Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Институт геологии Уфимского научного центра РАН

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Геоэкологические проблемы Юмагузинского водохранилища в начальный период эксплуатации

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

Тюр Виталий Артурович

Астрахань - 2009

Работа выполнена в лаборатории гидрогеологии и геоэкологии Института геологии Уфимского научного центра РАН

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, профессор Абдрахманов Рафил Фазылович

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор Бухарицин Петр Иванович

доктор географических наук, профессор Гареев Ауфар Миннигазимович

Ведущая организация: Институт проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан

Защита состоится 11 декабря 2009г. в 15⁰⁰ часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.04 при Астраханском государственном университете по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, д. 1, ауд. 101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета.

Текст автореферата диссертации размещен на официальном сайте Астраханского государственного университета: http://www.aspu.ru

Автореферат разослан 10 ноября 2009г.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, д. 1, АГУ, ученому секретарю диссертационного совета ДМ 212.009.04

Факс 8(8512)44-02-24; e-mail: miolin76@mail.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук, доцент М.М. Иолин.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Наиболее остро геоэкологические проблемы возникают в период строительства и в начальный этап эксплуатации водохранилища - в течение 5-7 лет после его наполнения. Поэтому анализ и обобщение этого периода существования водоема (особенно в карстоопасных районах) имеет не только теоретическое, но и важное практическое значение.

Юмагузинское водохранилище, построенное на Южном Урале, относится к бассейну Волжской речной системы. Строительство водохранилища наряду с решением ряда острых социальных проблем (водоснабжения, защиты от подтопления и др.) в среднем течении р.Белая создало ряд негативных моментов, связанных с затоплением сельскохозяйственных угодий (399 га), сведением лесонасаждений (1600 га), уничтожением ряда уникальных биологических сообществ, нарушением гидрологического, гидрохимического и гидробиологического режимов реки и пр.

Южный Урал вместе с Предуральем в промышленно-экономическом отношении один из наиболее развитых регионов Урало-Поволжья, в пределах которого благодаря богатым природным ресурсам возник ряд крупных нефтегазо-горнодобывающих, нефтехимических, металлургических комплексов гг. Белорецка, Стерлитамака, Салавата, Мелеуза, Кумертау и других, являющихся крупными потребителями водных ресурсов. Однако ресурсы их здесь ограничены и распределены в течение года весьма неравномерно. В короткий (1 месяц) весенний период проходит 50-70% речного стока, достигая у средних и малых рек 80-90%. В связи с этим в период прохождения половодий в среднем течении р. Белой часто затапливается до 72000 га земель, в зону которой попадают жилые постройки с населением более 96000 человек и свыше 360 км дорог, более 100 км инженерных коммуникаций. Весенние паводки каждые 2-3 года выводят из сельскохозяйственного оборота около 11 тыс. га земель. Среднегодовой ущерб в бассейне среднего течения р. Белой от паводков за последние 20 лет составил 4,8 млрд. рублей в действующих ценах. В 1979 году ущерб составил 1,97 млрд. руб., а в 1990 году - 4,4 млрд. рублей. Кроме того, ущерб в маловодные периоды (август, сентябрь, декабрь, январь, февраль) достигает 4,3 млрд. руб. за счет ежегодных упущенных выгод в промышленности, связанных со снижением объемов производства из-за дефицита воды.

Цель работы - геоэкологическая оценка Юмагузинского водохранилища в начальный период его эксплуатации.

Задачи исследований:

- оценка негативных последствий строительства водохранилища на окружающую среду;

- изучение особенностей изменения гидрологических условий в зависимости от режима эксплуатации водохранилища;

- оценка влияния техногенных факторов на гидрохимический и гидробиологический режимы;

- выполнение комплексных натурных и экспериментальных исследований с целью оценки влияния древесной растительности на формирование химического состава воды;

- оценка рекреационных возможностей зоны влияния водохранилища;

- анализ экономической эффективности создания водохранилища.

Объект исследования. Объектом исследования является Юмагузинское водохранилище, построенное с целью защиты от затопления и подтопления населенных пунктов, покрытия дефицита водопотребления промышленными предприятиями.

Предмет исследования. Геоэкологическая оценка окружающей среды и изменение гидрологического и гидрохимического режимов реки Белой в связи со строительством и эксплуатацией Юмагузинского водохранилища.

Научная новизна:

- впервые в условиях Уральского региона проведены комплексные геоэкологические исследования в начальный период эксплуатации водохранилища;

-установлена взаимосвязь между стоком и гидрохимическим, гидробиологическим режимами в период формирования водохранилища;

-выполнены экспериментальные исследования влияния затопленной древесной растительности на химический и биологический состав воды водохранилища;

-выполнена рекреационная и эколого-экономическая оценка.

Защищаемые положения

1. Комплексная оценка геоэкологического состояния зоны влияния Юмагузинского водохранилища.

2. Мониторинг формирования гидрологического режима водохранилища в начальный период эксплуатации.

3. Установление основных факторов формирования гидрохимического и гидробиологического режимов водохранилища.

Методы исследований. Для решения поставленных задач применялись: 1) анализ и обобщение ландшафтных материалов (климатических, почвенно-растительных, гидрологических, геолого-гидрогеологических изысканий); 2) специализированные натурные эколого-гидрохимические исследования; 3) экспериментальные работы по оценке влияния затопленной растительности на качество воды; 4) физико-химическое моделирование и графо-аналитические исследования.

Реализация результатов исследований и практическая значимость.

Результаты исследований отмечены в важнейших научных достижениях РАН по Отделению Науки о Земле в 2008 году (№ направления 62): «Сформулированы основные закономерности формирования гидрологического и гидрохимического режимов водохранилищ Уральского региона в начальный период эксплуатации. Выявлено, что влияние затопленной древесной растительности на гидрохимический режим наиболее интенсивно в первые 10-12 суток после затопления, но менее интенсивное воздействие имеет место до 20 лет». Результаты исследований используются службой эксплуатации Юмагузинского водохранилища при оценке паводковой ситуации в среднем течении реки Белой, а также в учебном процессе при чтении лекционных курсов «Природоохранные сооружения», «Обследование и экологическая оценка территории», «Возобновляемые источники энергии» в Башкирском государственном и в Башкирском государственном аграрном университетах.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на региональных, всероссийских и международных совещаниях и конференциях: Межвузовской научной конференции "Электрификация сельского хозяйства» (Уфа, 2002, 2005 г.г.), «Мир чистой воды: "Технологии и оборудование - 2007"» (Москва, 2007 г.), VII Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы и перспективы развития инновационной деятельности в агропромышленном производстве" (Уфа, 2007 г.), Межрегиональных научно-практических конференциях «Капля воды - крупица золота» (Уфа, 2007 г.) и «Чистая вода Башкортостана» (Уфа, 2008 г.), Вода для жизни (Уфа, 2009 г.), Всероссийской научно-практической конференции "Водохозяйственные проблемы и рациональное природопользование" (Оренбург, 2008 г.), Международной научно-практической конференции «Чистая вода России». (Екатеринбург, 2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе: 1 монография, 3 статьи в рецензируемых научных журналах.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 150 страницах машинописного текста и состоит из введения, 5 глав. Работа иллюстрирована 31 рисунком, содержит 21 таблицу, 9 приложений. Список использованных источников включает 178 отечественных и 11 иностранных наименований.

Исходные материалы. В основу работы положены результаты геоэкологических исследований автора в Институте геологии УНЦ РАН (2007-2009 гг.), наблюдения во время работы в ОАО «Юмагузинское водохранилище» по созданию и эксплуатации Юмагузинского водохранилища (1999-2007 г.г.), а также малых водохранилищ в Республике Башкортостан в системе «Башмелиоводхоз» (1983-1999 г.г). В ходе исследований изучались гидрологические особенности бассейна р. Белой, ионно-солевой, микрокомпонентный, газовый, гидробиологический составы воды р. Белой и водохранилища (более 500 анализов). Аналитические работы производились в лабораториях: аналитического центра ФГУ по мониторингу водных объектов бассейнов рек Белой и Урала (г. Мелеуз), института «Башгипроводхоз», «Башгидромета», РосНИИВХ (г.Екатеринбург) и др.

Работа выполнена в лаборатории гидрогеологии и геоэкологии Института геологии Уфимского научного центра РАН под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора Р.Ф. Абдрахманова, которому автор выражает свою глубокую благодарность. Автор признателен научным сотрудника Института геологии УНЦ РАН Р.М. Ахметову, И.Ю. Лешан, А.О. Полевой, профессору Р.А. Фаткуллину, коллегам по совместной работе Б.Н. Батанову, А.И. Рогову, В.М. Юрову и др. за советы, внимание и помощь в сборе, обработке, анализе материалов.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность проводимых исследований, сформулированы цели и задачи, указаны методы исследований, приводится научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе «Состояние водохозяйственного комплекса и обоснование создания искусственных водоемов в среднем течении р. Белая» рассмотрены водохозяйственные проблемы в среднем течении р. Белой, вызванные неравномерностью распределения стока в течение года. Сток р. Белой в среднем ее течении характеризуется значительной неравномерностью. Расход воды 0,1% обеспеченности в створах гг. Мелеуз-Стерлитамак колеблется от 2710 до 5010 м³/с в паводковый период, а в меженный (95% обеспеченности) - от 3,39 до 4,9 м³/с. В связи с этим в зону затопления попадают жилые постройки, сельскохозяйственные земли. Южно-уральский регион Башкортостана, где сосредоточены нефтеперерабатывающие, нефтехимические, химические, металлургические и другие промышленные предприятия гг. Белорецка, Стерлитамака, Салавата, Мелеуза, Кумертау и др., испытывает острый дефицит водных ресурсов. Для решения этой важной народно-хозяйственной задачи в среднем течении р. Белой построено водохранилище. Временная эксплуатация водохранилища начата в 2004 г., а в эксплуатацию оно сдано в 2007 г. В главе кратко освещается также история создания водоемов в среднем течении р. Белой.

Водохранилища оказывают значительное влияние на природную среду. Геоэкологическое значение водохранилищ и влияние их на окружающую природную среду нашли отражение в работах Р.Ф. Абдрахманова, А.Б. Авакяна, В.Ф. Бреховских, А.М. Гареева, А.И. Денисовой, Т.М. Лабутиной, П.Н. Линник, Ю.М. Моторзина, И.А. Печеркина, А.Н. Попова, В.А. Серышева, А.А. Чибилева, И.С. Шахова и др.

Глава вторая «Ландшафтно-экологические особенности бассейна Юмагузинского водохранилища» посвящена рассмотрению природных условий формирования геоэкологических ситуаций в зоне влияния Юмагузинского водохранилища. Дана характеристика особенностей рельефа, климатических условий, почвенно-растительного покрова, животного мира и геолого-гидрогеологических особенностей территории. Приведены данные по растениям и животным, включенным в Красную книгу России и Башкортостана, попадающим в зону затопления водохранилища. Выполнена ландшафтная типизация местности зоны влияния Юмагузинского водохранилища (рис. 1).

В главе 3 «Водно-ресурсный потенциал, гидротехнические сооружения и режим работы Юмагузинского водохранилища» приведена характеристика гидрологических условий, ресурсов и водоотбор в среднем течении р.Белой. Водохранилище расположено в пределах Южного Урала, относится к горному типу, класс капитальности сооружений - 1. Объем водохранилища при ФПУ (абс. отм. 270 м) составляет 890 млн. м³, НПУ (253 м) - 295 млн м³, при УМО (225 м) - 21,5 млн м³. Площадь зеркала при ФПУ - 34,5 км², НПУ - 17,3 км².



Рис.1. Типы местности Юмагузинского водохранилища и прилегающей к нему территории: 1 - типы местности: 1 - возвышенные эрозионно-расчлененные равнины, сложенные терригенно-карбонатными породами пермского возраста, с лесостепями и пашнями на типичных и выщелоченных черноземах, 2 - холмисто-увалистые предгорья, сложенные пермскими аргиллитами, мергелями, песчаниками, с широколиственными лесами на серых лесных почвах, 3 - низкогорные хребты, сложенные терригенно-карбонатными (закарстованными) породами девона и карбона, с липово-дубово-кленовыми лесами на горных серых лесных почвах; 4 - эрозионно-расчлененнные низкогорья, сложенные преимущественно сланцами, песчаниками, алевролитами раннего палеозоя, с преобладанием широколиственных лесов на горных серых лесных почвах, 5 - низкогорные линейно вытянутые хребты, сложенные преимущественно кварцитовидными песчаниками, известняками венда, с мягколиственными лесами на горных лесных почвах, 6 - межгорные депрессии с холмистым рельефом, сложенные терригенно-карбонатными породами венда - ордовика, со смешанными лесами на серых лесных почвах, 7 - платообразные равнины и плоскогорья, сложенные песчаниками, сланцами девона и карбона, с дубовыми лесами на темно-серых лесных почвах, 8 - днище древней мезозойской долины с березово-сосновыми лесами и лугами на дерново-аллювиальных почвах, 9 - пойма, эрозионно-аккумулятивные террасы речных долин, с лесами и кустарниками на аллювиальных, серых лесных почвах; 2 - урочища: 1 - Юмагузинское, 2 - Акаваз, 3 - Сакасска, 4 - скала «Крейсер» с пещерой «Театральная», 5 - Муйнакташ («Чертов палец»), 6 - скала «Вождей», 7 - Байсланташ (Акбута), 8 - Суюшево, 9 - Нугуш, 10 - Кутук, 11 - Максютово, 12 - Капова пещера (Шульганташ)

Средняя глубина водохранилища 17,9 м (максимальная 54 м), протяженность 57 км. Оно обеспечивает сезонное, недельное, суточное регулирование стока р. Белой, аккумулируя до 20% весеннего стока реки. Площадь водосбора р. Белой в створе водохранилища составляет 10100 км², что равно 7,1% общего водосбора реки. Длина р. Белой до створа 515 км. Средняя высота водосбора 626 м, залесенность 65%, заболоченность около 25%. Бассейн реки ассиметричен. Восточная часть его характеризуется более развитой речной сетью. Наиболее крупными притоками в зоне затопления являются реки Акаваз и Батран, остальные имеют вид небольших горных ручьев. Скорость течения р. Белой в створе с. Сыртланово (в 2 км ниже створа) от 0,2-0,4 в межень, до 2-2,5 м/с в половодье. Густота речной сети на рассматриваемом участке р. Белой составляет 0,2 км/км².

Среднегодовой, паводковый и меженный (летне-осенний и зимний) стоки реки Белой по метеопосту Сыртланово по теоретической кривой распределения с параметрами C_v (коэффициент вариации), C_s (коэффициент ассиметрии), R (коэффициент корреляции смежных лет водохозяйственного ряда), Q_ср (среднегодовой сток) приведены в таблице 1.

Объем паводкового стока определен суммированием ординат гидрографа половодья без разделения на поверхностный и подземный. Объем весеннего стока является характеристикой суммарного объема стока за половодье. Летне-осенняя межень обычно наступает в конце мая и заканчивается в октябре. Межень нередко прерывается дождевыми паводками.

Таблица 1 Сток р. Белой в створе с. Сыртланово

Параметры	Расходы (м3/с) при различной обеспеченности (%)
Виды стока	Cv	Cs	R	Qср	5	25	50	75	95
Среднегодовой	0,34	0,62	0,31	65,1	105	78,1	62,6	49,1	33,8
Паводковый	0,38	0,19	0,09	899	1722	1488	1357	1133	889
Летне-осенней межени	0,50	3,06	0,21	17,1	14,9	11,6	9,35	8,33	7,94
Зимней межени	0,45	0,65	0,35	10,2	9,72	6,86	4,75	3,71	3,11

Питание р. Белой преимущественно снеговое (70-75% годового стока). В летне-осенний сезон проходит 20% годового стока, а в зимний период - 9-10%. Весной доля подземного питания составляет 10-11%. В летне-осеннюю межень дождевое питание составляет 67%, а подземное 33%. В зимний период питание реки исключительно подземное.

В горных районах летние и осенние паводки часто превышают весенние, вызывая иногда катастрофические затопления. Так, в 1990 г. во время прохождения по рекам Южного Урала весеннего половодья всего за 4 дня выпала почти двухмесячная норма осадков, что повлекло за собой резкий (в течение одних суток) подъем уровней рек на 0,5-1,2 м. Огромные массы воды были сконцентрированы в узких днищах долин горных рек, проходя по ним волнообразными потоками. В результате в долине р.Белая было затоплено 105 населенных пунктов, 12705 жилых домов, часть из которых была снесена и полностью разрушена, выведено из строя или полностью разрушено 64 моста, размыты сотни земляных плотин, погибло 14 человек. Еще большие человеческие жертвы повлек за собой паводок 1994 г. в Белорецком районе, вызванный прорывом Тирлянского пруда (бассейна р.Белая), унесший жизни 29 человек.

Геоэкологическое состояние Юмагузинского водохранилища в значительной степени определяется режимом его эксплуатации. Колебание уровня воды в водохранилище составляет 45 м, в связи с этим в верхнем течении образуются осушенные зоны, а в среднем и нижнем - обнажаются берега. Бытовые расходы р. Белой в створе водохранилища при различной обеспеченности (%) составляют (м³/с): 0,01% - 5150, 0,1% - 3455, 1% - 2470, 3% - 2030, 5% - 1870, 10% - 1570, а сбросные расходы с учетом трансформации водохранилищем (м³/с): 0,01% - 3760, 0,2% - 3455, 1% - 1118, гарантированного попуска (P=95%) - 25. Изменения суточных расходов в весенне-летний периоды эксплуатации приведены на рис. 2.

Рис. 2. Кривые изменения суточных расходов воды р. Белой в весенне-летние периоды в створе Юмагузинского водохранилища

К неблагоприятным факторам работы водохранилища относится ограниченная емкость регулирования. Опасность затопления Каповой пещеры, расположенной в 15 км выше водохранилища, ограничивает подъем уровня (подпор) воды. Исходя из этих факторов, предельно возможная абсолютная отметка гребня плотины- 273 м, а абсолютная отметка ФПУ - 270 м.

Режим работы водохранилища обоснован водохозяйственными расчетами по годам 25%, 50% и 95% обеспеченности.

Для определения размеров подачи воды из водохранилища, для обеспечения санитарной проточности, удовлетворения водопотребления отраслей народного хозяйства, а также выполнения функций противопаводковой защиты разработан диспетчерский график (рис. 3).

Рис. 3. Диспетчерский график управления водными ресурсами Юмагузинского водохранилища

Линии наполнения (a-a, b-b): a-a - расход воды, поступающей в нижний бьеф гидроузла в период наполнения водохранилища при прогнозе весеннего половодья объемом от 600 до 2600 млн. м³, b-b - при прогнозе весеннего половодья объемом менее 600 млн. м³. Линии принудительной сработки в период летне-осенней межени, осеннего паводка и зимней межени (c-c, d-d): с-с - при прогнозе половодья более 2600 млн. м³, d-d - при прогнозе половодья менее 2600 млн. м³

Диспетчерский график попусков и сбросов в нижний бьеф из водохранилища составлен с учетом характерных лет по водности, времени года, запасов воды в водохранилище на рассматриваемую дату гидрологического прогноза на ближайший отрезок времени (декада, месяц, квартал).

В главе 4 «Геоэкологическая оценка Юмагузинского водохранилища» рассматриваются источники антропогенного влияния на водные ресурсы и анализируются гидрохимические и гидробиологические условия формирования качества воды. Сооружение водохранилища ведет к значительному перераспределению стока р. Белой по сезонам года, определяет сезонную и многолетнюю динамику изменения минерализации (М) и химического состава воды. В результате выполненных натурных и экспериментальных исследований установлены основные закономерности формирования гидрохимического режима Юмагузинского водохранилища. Он обусловлен комплексом естественных и техногенных факторов, контролирующих состояние природной среды в бассейне р. Белой. Главными среди них являются: ландшафтно-климатические и геолого-гидрогеологические условия, процессы физического, химического и биологического выветривания, трещиноватости и карста, а также физико-химические и биохимические процессы, происходящие в самом водохранилище. Существенное влияние на качество воды оказывают промышленные (металлургические, металлообрабатывающие и др.) предприятия г. Белорецка, пос. Тирлянский и других населенных пунктов, расположенных в верхнем течении р. Белой.

Под воздействием природных факторов формируется общий ионно-солевой (макро- и отчасти микрокомпонентный) состав и, как следствие, М воды. Влияние техногенеза относительно слабо отражается на макрокомпонентном составе воды, а микрокомпонентный - в значительной степени определяется им. Концентрация и состав основных ионов в воде зависят от геохимических особенностей вод рек, питающих водохранилище, а также подземных трещинно-карстовых вод, разгружающихся непосредственно в водохранилище из карбонатных пород (доля подземного питания р.Белой составляет около 21 %). Геохимия речных и подземных вод определяется составом горных пород, слагающих водосборы рек. Большая часть территории, где происходит питание рек, сложена протерозойскими и палеозойскими метаморфическими и осадочными терригенно-карбонатными образованиями: слаборастворимыми кварцитами, метаморфическими сланцами, серпентинитами, кварцевыми и аркозовыми песчаниками, а также более растворимыми известняками и доломитами, подверженными карстовому процессу.

Анализ условий формирования химического состава воды Юмагузинского водохранилища позволяет следующим образом сгруппировать основные источники техногенного влияния на качество воды:

- продукты переработки берегов и связанные с ними ингредиенты;

- сельскохозяйственные, коммунально-бытовые и промышленные стоки населенных пунктов;

- затопленный почвенно-растительный покров.

До 80 % от всей береговой линии водохранилища составляют берега преимущественно выпуклые, крутые (часто отвесные). Под действием волн с них смывается почвенно-делювиальный покров выше НПУ на 0,5-2,0 м. Наиболее интенсивной переработке подвергаются берега с развитым пойменно-террасовым комплексом в среднем и верхнем течениях водохранилища. Переработка берегов происходит главным образом под влиянием ветровых волновых явлений.

Процессы формирования берегов и дна водохранилища едины, происходят одновременно и в значительной степени зависят от режима эксплуатации и колебания уровня воды водохранилища (достигает 45 м). Продукты переработки берегов, а также взвешенный материал, приносимый р.Белой и ее притоками, формируют донные отложения. Концентрация взвешенных веществ в зависимости от сезона года колеблется от 3-10 в меженные периоды до 90-162, иногда до 260 мг/дм³ в половодье. За пятилетний период эксплуатации водохранилища образовался слой ила мощностью до 10 см.

Исследование донных отложений показало, что механический состав их на 29-52,7 % представлен песчаными фракциями, до 47,3-71,0 % - глинистыми. Глинистым осадкам свойственен смешанный гидрослюдисто-монтмориллонитовый состав. Они, как и содержащиеся в них органические вещества (ОВ), обладают высокой емкостью поглощенного комплекса (до 80-100 моль/100 г породы) и в результате сорбционных процессов способны к поглощению и воспроизводству растворенного вещества, в частности тяжелых металлов. В результате содержание последних в илах составляет (мг/кг породы): Fe - 31654-33022, Cu - 44-46, Zn - 76-90, Mn - 845-1270. Процессы комплексообразования с ОВ уменьшают сорбционную способность металлов. Также в составе воды и поглощенного комплекса глинистых осадков преобладают щелочноземельные компоненты (Ca²⁺ и Mg²⁺), существенной метаморфизации воды за счет обменно-адсорбционных процессов, судя по всему, не происходит.

Значительную роль в формировании состава воды в первые годы существования водохранилища играют: первичная продукция органических веществ, органические и биогенные вещества, поступающие в водоем из залитого ложа при минерализации древесной, луговой, высшей водной растительности и отмершего планктона.

Основными источниками поступления биогенных элементов являются сельскохозяйственные, коммунально-бытовые стоки, затопленный почвенно-растительный покров и пр. Общий вынос биогенных элементов в бассейн верхнего течения р.Белой составляет: азота 3900, фосфора 1700 т/год. Содержание нефтепродуктов и ПАВ по всей акватории водохранилища ниже ПДК рыбохозяйственного назначения.

Экспериментальные исследования, выполненные совместно с А.О. Полевой (2007 г.) для выяснения зависимости формирования гидрохимического режима от затопленной древесины, показали, что в первые 10-12 суток после затопления происходит наибольшая экстракция веществ. Содержание О₂ снижается от 7,90 до 3,03 мг/дм³, увеличиваются показатели БПК₅ и ХПК: от 3,6 до 7,6-8,4 мг/дм³ О₂ и от 16,1 до 25,8-52,8 мг/дм³ соответственно.

На основе полученных данных установлено, что при полном разложении остатков древесных пород (167306 т) в водохранилище поступает: NH₄⁺ - 7358, NO₃^- - до 1304, Р_общ - до 3296, С - до 181357, N - до 33700, фенолы - до 308 кг (за первые два года 60-80 % от этих количеств). Затопленная древесина является источником продолжительного (не менее 20 лет) поступления в воду минеральных и органических веществ.

Химический состав воды р.Белой до заполнения водохранилища характеризовался гидрокарбонатным магниево-кальциевым составом с М от 0,25 до 0,32 г/дм³. В паводковый период М снижалась до 0,10-0,15 г/дм³. Среди анионов преобладал ион HCO₃^- - от 165 до 195 мг/дм³ (от 72 до 86 %), содержание SO₄^2- и Cl^- составляло соответственно 4,0-20,0 мг/дм³ (2,3-9,5 %) и 3,4-10,2 мг/дм³ (3,4-8,0 %). Среди катионов преобладали ионы Ca²⁺ - 32-48 мг/дм³ (46,4-53,9 %), иногда Mg²⁺ - 14,5-19,5 мг/дм³ (33,7-46,6 %), тогда как концентрация иона Na⁺ не превышала 3,1-12,7 мг/дм³ (4,1-7,3 %). Нередко в воде обнаруживался SiO₂ в количестве 2,2-9,0 мг/л. В относительно небольших концентрациях (обычно менее 0,01 мг/дм³) в воде присутствовали металлы (Cu, Zn, Ni. Cr и др.). Вода имела щелочную реакцию среды (рН 8,18-8,26) и содовый гидрохимический тип (первый, по классификации О.А. Алекина). Химический состав и М вод притоков р.Белой близки к таковым Бельской воды. Отличительной чертой их служат меньшие концентрации металлов, поступающих в воду за счет окисления сульфидов, содержащихся в горных породах различного генезиса.

После заполнения водохранилища макроэлементный состав и М воды существенно не изменились и на всем его протяжении являются довольно однородными. Вода сохранила HCO₃ - Mg - Ca состав, М в верхнем течении - 0,23, у плотины - 0,17 г/см³, т.е. происходит ее существенное разбавление. Часто в составе воды над ионом Na⁺ (4,7-6,9 мг/дм³) превалирует ион К⁺ (8,5-11,5 мг/дм³), значительная часть которого имеет биогенную природу. Другим источником элементы являются калиевые полевые шпаты (ортоклаз, микроклин), при гидролизе которых вместе с К⁺ в воду поступает и SiO₂. Концентрация главных ионов в зависимости от гидрометеорологических условий испытывает значительные колебания по сезонам года: максимальные наблюдаются в зимнюю межень, когда концентрация Ca²⁺ достигает 46,3, а SO₄^2- - 24,4 мг/дм³, против соответственно 15,0 и 11,2 мг/дм³ в весенне-летнее время.

Микрокомпонентный состав - концентрации металлов, биогенных и органических веществ (нефтепродукты, фенолы и др.) - во многом определяется влиянием предприятий населенных пунктов, расположенных выше водохранилища (рис. 4). Концентрация Pb достигает 0,11, Zn - 3,3, Hg - 0,005 мкг/дм³. Химическое потребление кислорода в весенне-летнее время колеблется от 5,0 до 27,5 мг/дм³, наиболее пониженные показатели наблюдаются в зимнее время. Низкими значениями (1,1-1,5 мг/дм³ О₂) в зимнее время характеризуется и биохимическое потребление кислорода (БПК₅). В летнюю межень оно составляет 4,0-6,9 мг/дм³ О₂.

Согласно комплексной экологической классификации качества поверхностных вод суши, по гидробиологическим показателям состояние Юмагузинского водохранилища характеризуется следующим образом:

1) по концентрации хлорофилла «а» - мезотрофы, второй класс качества воды с разрядом «вполне чистая»;

2) по биомассе фитопланктона (7,0-14,0 мг/л) - эвтрофно-политрофное, четвертый класс качества воды с разрядом «сильно загрязненная»;

3) по уровню валовой первичной продукции фитопланктона (в среднем 2,9 г/м²Чсут О₂) - эвтрофное, третий класс качества воды с разрядом «слабо загрязненная». Развитие водохранилища характеризуется умеренным эвтрофированием.

Выполнено геоэкологическое зонирование акватории Юмагузинского водохранилища с учетом режима эксплуатации, влияния природных и техногенных факторов на качество водных ресурсов (рис. 5). Выделены 4 зоны.

Первая зона постоянного затопления выделяется от створа водохранилища до 16 км, с ярко выраженным озерным режимом. После сработки уровня до отметки 225 м (УМО) обнажаются берега.

Рис.4. Изменение содержания компонентов в верхнем течении р. Белой (от пос. Тирлян до плотины Юмагузинского водохранилища): НП - нефтепродукты, г.п. - гидрохимический пост

Для этого участка характерно присутствие первичных грунтов, сохранившихся после затопления незаиленных почв, подвергшихся в условиях залития существенным изменениям, и вторичных грунтов, образующихся из большей части взвешенного вещества, поступающего в водохранилище. Это водная масса собственно водохранилища.

Вторая зона ежегодного затопления (240-250 суток) выделяется на участке 16-58 км (от отметки уровня 225 до 253 м - НПУ). В результате сработки уровня водохранилища обнажаются берега и образуются осушенные участки дна. Эта зона переходного озерно-речного режима, в которой происходит трансформация речной воды в водную массу, характерную для водоемов с замедленным водообменом.

Третья зона кратковременного затопления в весеннее половодье (до 80 суток - с мая по июль) выделяется на участке 58 - 68 км на отметках 253 -260 м (РПУ) и является транзитной речной. Содержание биогенных веществ зависит от их количества, вносимого питающими реками.

Четвертая зона кратковременного затопления (до 15 суток) при катастрофических весенних половодьях 0,01 % обеспеченности выделяется на участке 68 - 90 км на отметках 260 - 270 м (ФПУ).

На участках с 16 по 26 и 38 по 50 км наблюдается повышенное органическое загрязнение водохранилища, вызванное затоплением пойменных участков в местах бывшего расположения населенных пунктов и сельскохозяйственных земель.

1 2 3 4 5	1.6 0 1.6 3.2 км

Рис. 5. Геоэкологическое зонирование акватории Юмагузинского водохранилища: 1 - первая зона, 2 - вторая зона, 3 - третья зона, 4 - четвертая зона, 5 - участки с повышенным органическим загрязнением (16 - 26 и 38 - 50 км)

В пятой главе «Рекреационная и экономическая оценка» выполнена рекреационная оценка зоны влияния Юмагузинского водохранилища и оценена экономическая эффективность использования водохранилища.

Рекреационно-туристический потенциал Юмагузинского водохранилища складывается из совокупности природных, социально-экономических ресурсов и объектов историко-культурного наследия, формирующих гармонию устойчивости ландшафтов. Уникальность рассматриваемой территории заключается в том, что район расположен в центре самобытной национальной башкирской культуры. Восточнее расположены центры старинного горнозаводского производства, а на западе проходит Оренбургский тракт с ожерельем из старинных городов. Из историко-культурных достопримечательностей особую ценность представляют археологические памятники (стоянки, могильники, курганы), памятники старины (старые здания железоделательных заводов, музеи, места проживания известных людей и др.). Рекреационная деятельность в окрестностях Юмагузинского водохранилища можно использовать как стационарно, так и мобильно со всеми формами (лечебный, оздоровительный, спортивный, познавательный) как в летнее-зимнее время, так и в переходные сезоны. По возрастным показателям - это дошкольники, школьники, молодежь, отдых пожилого населения. Кроме этого необходимо различать: семейный, индивидуальный, смешанный, организованный и неорганизованный и др.

Наибольшую рекреационную ценность представляют уникальные природные памятники: пещерные комплексы, скалистые каньоны, отдельные скалы, кальцитовые плотины, каменные мосты и прочие. В рекреационной зоне Юмагузинского водохранилища известно свыше 60 пещер. Наиболее известные из них: пещерный комплекс «Шульган-Таш (Капова)», карстовое урочище Кутук и др. (рис. 6).

Большую ценность в рекреационной оценке представляют биологические объекты. Как отмечают М.Г. Баянов и др. [2002], А.И. Соломещ и др. [2002], в зоне затопления и влияния Юмагузинского водохранилища зарегистрировано 426 видов животных, 486 видов сосудистых растений. Среди них много эндемиков и реликтов, включенных в «Красную книгу», находящихся под угрозой исчезновения. Они требуют особого режима наблюдений и охраны, т.к. после заполнения водохранилища, рекреационная нагрузка на эти территории резко возросла.

Анализ численности отдыхающих на Нугушском водохранилище, расположенном рядом с Юмагузинским, показывает, что в летние дни на береговой площади в пределах 100 га располагается более 2000 человек, а среднее время пребывания группы - 48 часов. Если время активного отдыха ограничится только одними сутками, и тогда рекреационная нагрузка составит 240 чел./ч/га, в 12 раз превышающая максимально допустимую нагрузку, что катастрофично для природной среды. Расчеты для территории бассейна р. Белая в районе заповедника «Шульган-Таш» показывают еще более высокую рекреационную нагрузку - 450 чел./ч/га (150 челЧ24ч/8 га). Стихийный туризм способен за один сезон резко снизить рекреационную ценность территории. гидрологический водохранилище растительность

Отсутствие подъездных путей, населенных пунктов, энергоснабжения, пологих берегов для организации туристских стоянок и других компонентов жизнеобеспечения в зоне непосредственного влияния водохранилища ограничивает рекреационное освоение прилегающей территории и нагрузку на природные ландшафты, особенно в его среднем и нижнем течениях. Отсутствие инфраструктуры в какой-то мере играет положительную роль, так как появляется возможность развития ее с учетом уникальных особенностей территории и современных технологий мирового уровня.

Юмагузинское водохранилище с редкими уникальными геокомплексами, образует большой научно-познавательный, рекреационно- туристический потенциал территории, способный удовлетворять комфортную рекреационную потребность населения близлежащих городов (Стерлитамак, Ишимбай, Салават, Мелеуз, Кумертау) и других населенных пунктов не только Башкортостана, но и Оренбургской области.

Экономическая (народно-хозяйственная) эффективность использования водохранилища выше финансовой. Такая разница связана с тем, что все финансовые тяготы по преодолению социальных последствий, таких как разрушительные паводки, дефицит воды и негативные последствия строительства водохранилища и др. несет республика. Срок окупаемости объекта для народного хозяйства Республики составляет от 7 до 10 лет, а для предприятий - участников создания ООО «Юмагузинское водохранилище» - от 17 до 34 лет. Экономическая эффективность (элементы дохода) складывается от продажи электроэнергии, реализации воды, использования рекреационных ресурсов и прочих.



1 2 3 4 5	км

Рис. 6. Рекреационно-туристические ресурсы Юмагузинского водохранилища и прилегающей территории: A - геологический памятник природы «Урочище Кутук»; B - Национальный парк «Башкирия»; C - государственный природный заповедник «Шульганташ»; D - природный парк «Мурадымовское ущелье»; 1 - кемпинг; 2 - место стоянки; 3 - Юмагузинский гидроузел с режимной охранной зоной; 4 - границы особо охраняемых природных территорий; 5 - номер туристского маршрута и урочище с буферной зоной: 1 - Уфа - Юмагузинское водохранилище - Уфа (урочище Юмагузинское, 10-12 км от створа гидроузла), 2, 3 - Мелеуз - Акаваз - Сакасска - Мелеуз (урочища Акаваз, 16-17 км и Сакасска, 25-26 км), 4 - Мелеуз - «Скала «Крейсер» с пещерой «Театральная» - Мелеуз (урочище скала «Крейсер», 34-35 км), 5 - Салават - «Скала вождей» - Салават (урочище «Скала вождей», 38 км), 6 - Стерлитамак - скала Муйнакташ («Чертов палец») - Стерлитамак, (урочище Муйнакташ, 37 км), 7, 8 - Уфа - скала Байсланташ с Акбутинской пещерой, Суюшево - Уфа, (урочища «Акбута», 39-40 км и Суюшево, 40-41 км), 9 - Уфа - национальный парк «Башкирия» - Уфа (урочище «Нугуш»), 10 - Уфа - Кутук - Уфа (урочище «Кутук»), 11 - Уфа - Максютово - Юмагузинское водохранилище - Уфа (урочище «Максютово», 65 км), 12 - Уфа - пещерный комплекс «Шульганташ» - Уфа (урочище «Шульганташ (Капова пещера), 90 км), 13 - Мелеуз - водопад «Куперля» - Мелеуз (урочище «Куперля»), 14 - Кумертау - Мурадымовское ущелье - Кумертау (урочище «Мурадымовское ущелье»)

Выводы

Познание геоэкологических условий формирования крупных водохранилищ в начальный период эксплуатации представляет большой научно-практический интерес при оценке негативных последствий их создания, решении проблем регулирования стока, затопления и подтопления прилегающих территорий, хозяйственно-питьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения и пр.

1. Геоэкологическое состояние Юмагузинского водохранилища в значительной степени определяется режимом его эксплуатации. В этот период формируются гидрохимические и гидробиологические условия. Меняется гидрологический режим. Чрезвычайные ситуации происходят чаще всего в начальный период эксплуатации (в течение 5-7 лет после наполнения водохранилища).

2. Анализ условий формирования водохранилища позволяет следующим образом сгруппировать основные источники техногенного влияния на качество воды:

- продукты переработки берегов и связанные с ними ингредиенты;

- сельскохозяйственные, коммунально-бытовые и промышленные стоки населенных пунктов;

- затопленный почвенно-растительный покров.

Наиболее интенсивной переработке подвергаются берега с развитым пойменно-террасовым комплексом в среднем и верхнем течениях водохранилища, где колебания уровня воды достигают 45 м. За пятилетний период эксплуатации водохранилища образовался слой ила мощностью до 10 см.

3. В результате выполненных натурных и экспериментальных исследований установлены основные закономерности формирования гидрологического, гидрохимического и гидробиологического режимов Юмагузинского водохранилища. Они обусловлены комплексом естественных и техногенных факторов, контролирующих состояние природной среды в бассейне р. Белой. Главными среди них являются: ландшафтно-климатические и геолого-гидрогеологические условия, процессы физического, химического и биологического выветривания, а также физико-химические и биохимические процессы, происходящие в самом водохранилище.

Основным источником поступления биогенных элементов являются сельскохозяйственные, коммунально-бытовые стоки, затопленный почвенно-растительный покров и пр. Общий вынос биогенных элементов в водохранилище составляет: азота 3900, фосфора 1700 т/год.

4. Экспериментальные исследования, выполненные для выяснения зависимости формирования гидрохимического режима от затопленной древесины, показали, что в первые 10-12 суток после затопления происходит наибольшая экстракция веществ. Согласно комплексной экологической классификации по гидробиологическим показателям состояние Юмагузинского водохранилища характеризуется следующим образом:

- по концентрации хлорофилла «а» - мезотрофы, второй класс качества воды с разрядом «вполне чистая»;

- по биомассе фитопланктона (7,0-14,0 мг/л) - эвтрофно-политрофное, четвертый класс качества воды с разрядом «сильно загрязненная»;

- по уровню валовой первичной продукции фитопланктона (в среднем 2,9 г/м²Чсут О₂) - эвтрофное, третий класс качества воды с разрядом «слабо загрязненная». Развитие водохранилища характеризуется умеренным эвтрофированием.

5. Экономическая эффективность использования Юмагузинского водохранилища, наряду с защитой от затопления и подтопления, эксплуатацией ГЭС, определяется и рекреационно-туристическим потенциалом. Рекреационно-туристический потенциал зоны Юмагузинского водохранилища складывается из совокупности природных, социально-экономических ресурсов и объектов историко-культурного наследия, формирующих гармонию устойчивости ландшафтов. Наибольшую рекреационную ценность представляют уникальные природные памятники: пещерный комплекс «Шульган-таш» (Капова), урочища Кутук, Сакаска и др. Главная задача рекреации и туризма в зоне Юмагузинского водохранилища - сочетание функции сохранения природных объектов с функциями отдыха.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

Монография:

1. Абдрахманов Р.Ф., Тюр В.А., Юров В.М. Юмагузинское водохранилище: Гидрологический и гидрохимический режимы. Уфа: Информреклама, 2008. 152 с.

Статьи в рецензируемых журналах:

2. Абдрахманов Р.Ф., Полева А.О., Тюр В.А. Формирование химического состава воды в крупных водохранилищах Башкирии // Мелиорация и водное хозяйство. - 2008. - № 3. - С. 18-21.

3. Абдрахманов Р.Ф., Тюр В.А., Полева А.О., Юров В.М. Особенности гидрологического и гидрохимического режимов крупных водохранилищ Южного Урала // Вестник Воронежского государственного университета. - 2009. - № 1. - С. 23-30.

4. Тюр В.А., Абдрахманов Р.Ф., Батанов Б.Н., Юров В.М. Режим работы Юмагузинского водохранилища // Мелиорация водного хозяйства. -2009. - № 4. - С. 27-29.

Статьи в сборниках:

5. Байрамгулов Ю.Ж., Тюр А.А., Бадретдинов Б.В., Тюр В.А. Использование для энергетических целей водостоков, прудов Чишминского и Давлекановского районов РБ: Межвузовский сборник БГАУ «Электрификация сельского хозяйства». - Уфа: БГАУ, 2002. Выпуск 3. - С. 16-21.

6. Тюр В.А. Водохозяйственное значение строительства Юмагузинского водохранилища на реке Белая // Капля воды - крупица золота: материалы регион. научн. конф. - Уфа, 2007. - С. 69-71.

7. Абдрахманов Р.Ф., Тюр В.А. Особенности формирования качества воды бассейна Юмагузинского водохранилища // Проблемы и перспективы развития инновационной деятельности в агропромышленном производстве: материалы Всеросс. науч.-практ. конф. XVII Междунар. специал. выст. "Агрокомплекс-2007" - Уфа, 2007. - С.135-137.

8. Тюр В.А., Абдрахманов Р.Ф. Освоение гидроэнергетических ресурсов Башкортостана // Проблемы и перспективы развития инновационной деятельности в агропромышленном производстве: материалы Всеросс. науч.-практ. конф. XVII Междунар. специал. выст. "Агрокомплекс-2007" - Уфа, 2007. - С. 127-129.

9. Тюр В.А., Бурячок В.О. Формирование химического состава воды водохранилищ Южного Урала и их влияние на качество воды инфильтрационных водозаборов крупных городов и промышленных предприятий // Вода: технологии и оборудование: материалы науч.-практ. конф. М.: Издательский комплекс МГУПП, 2007. - С. 83-87.

10. Абдрахманов Р.Ф., Полева А.О., Тюр В.А. Экспериментальные исследования условий формирования химического состава воды крупных водохранилищ Южного Урала: Ежегодный геологический сборник. - Уфа: ИГ УНЦ РАН, 2007. - С. 262-265.

11. Тюр В.А. Юмагузинское водохранилище в экономике Башкортостана: Межвузовский сборник БГАУ «Электрификация сельского хозяйства». - Уфа: БГАУ, 2008. Выпуск 5. - C. 32-34.

12. Тюр В.А. Белая: экологические водохозяйственные проблемы реки // Табигат (Природа). - 2008. - № 1 (72). - С. 15-18.

13. Абдрахманов Р.Ф., Полева А.О., Тюр В.А. Гидрохимические и гидробиологические особенности крупных водохранилищ Башкортостана // Чистая вода России: материалы междунар. науч.-практ. конф. - Екатеринбург, 2008. - С. 281-287.

14. Абдрахманов Р.Ф., Тюр В.А., Полева А.О., Юров В.М. Гидрологические и гидрохимические проблемы формирования водохранилищ Южного Урала // Водохозяйственные проблемы и рациональное природопользование: материалы Всеросс. науч.-практ. конф. - Оренбург-Пермь, 2008. - С. 63-67.

15. Тюр В.А., Давыдов А.С., Калинкин Е.Г. Перспективы строительства и реконструкции крупных гидротехнических сооружений в Республике Башкортостан // Чистая вода Башкортостана - 2008: материалы межрегион. науч.-практ. конф. - Уфа: Информреклама, 2008. - С. 214-219.

16. Фаткуллин Р.А., Тюр В.А., Полева А.О., Халиуллина Г.Ф. Рекреационно-туристский потенциал водохранилищ Башкортостана // Организация территории: статика, динамика, управление: материалы V Всеросс. науч.-практ. конф. - Уфа: Изд-во БГПУ, 2008. - С. 58-60.

17. Тюр В.А., Юров В.М. Оценка влияния Юмагузинского и Нугушского водохранилищ на паводковую ситуацию в среднем течении реки Белой на примере пропуска половодья 2007 года. // Вода для жизни - 2009: материалы межрегион. науч.-практ. конф. - Уфа: Информреклама, 2009. - С. 188-191.

Размещено на Allbest.ru