Все предусматриваемые проектом мероприятия по предотвращению развития растительности должны разрабатываться по данным ранее проведенных (в процессе взысканий) гидробиологических исследований ложа водохранилища, , водосборной площади и источника воды, питающего водохранилище. В этих данных должны быть освещены прогнозы развития водной растительности в будущем водохранилище.
При составлении гидробиологических прогнозов необходимо учитывать факторы развития водной растительности и намечать мероприятия по борьбе с ней, что и освещается ниже.
а. Подготовка ложа водохранилища
Большинство вновь строящихся водохранилищ создается путем перегораживания плотиной долины русла реки или ручья, оврага, балки или же обвалованием участка речной поймы. Во многих случаях для водохранилищ-охладителей также используются естественные озера, лиманы и водоемы. Многие ложа таких водохранилищ, подлежащие затоплению, и естественные водоемы сильно зарастают. Обычно после окончания гидротехнических работ занятые растениями площади остаются нетронутыми и затапливаются водой. Естественно, что все наземные' растения погибают и разлагаются, ухудшая физико-химические показатели воды, и образуют массу питательного материала для водных организмов, а водные растения, попав в благоприятные условия, успешно развиваются. Особенно хорошо развиваются растения с мощной корневой системой. Очевидно, они растут на глубине за счет питательных веществ, накопленных в их корневищах. Это обеспечивает их рост до определенных размеров (0, 5-1 м и более), пока растения преодолевают наиболее глубокий слой воды (придонный), где процессы фотосинтеза сведены к минимуму. Таким образом, растения за счет корневых запасов вырастают до глубины, на которой есть солнечные лучи в количестве достаточном для нормального фотосинтеза. При хорошем фотосинтезе и прочих благоприятных факторах, способствующих развитию растений, накопление питательных веществ в корневой системе продолжается и. растения могут развиваться на значительных глубинах из года в год. Так, тростник обыкновенный на Курганском водохранилище развивался длительное время на глубине до 3 м, а в отдельных районах до 4 м, хотя обычно он развивается на глубинах 0, 5-1, 5 м. Отсюда следует, что при подготовке ложа водохранилища необходимо уничтожать все растения с их корневой системой. В большинстве случаев институтом "Теплоэлектропроект" разрабатываются мероприятия по подготовке ложа водохранилища, включающие санитарные требования. Так как водохранилища-охладители, кроме прямого назначения, являются рыбохозяйственными водоемами, то необходимо также проводить мероприятия, связанные с рыбоводством, которые сводятся к следующему:
- лес, кустарник, а также отдельно стоящие деревья и кусты подлежат корчевке и вывозке из зоны затопления;
- большие земляные навалы после удаления пней и корней должны быть свалены в ямы;
- попадающие в тоневой, участок насыпи и иные земляные валы должны быть спланированы, а отвесные берега рек, староречий и каналов срезаны под углом не более 30° (рис.20);
- все отходы от раскорчевки пней и кустарника должны убираться и сжигаться без оставления недожогов;
- печи, каменные фундаменты, наземные строения колодцев, топографические знаки и всякие другие предметы, выступающие над землей, подлежат разборке на 0, 2 м ниже поверхности земли;
- строительный мусор, оставшийся от разработки глинобитных и каменных строений, подлежит разрыхлению и разравниванию;
- колодцы, ледники и подвалы засыпаются естественным грунтом или негниющим строительным мусором;
- откосы канав по ложу водохранилища с глубинами I м не уполаживаются.
Подготовка ложа, включая мероприятия, предотвращающие развитие водной растительности, может осуществляться по способу ОРГРЭС.
Рис.20. Уменьшение крутизны откосов берегов:
1 - засыпанное русло; 2 - срезанный грунт;
1 - срезка дамб обвалования; 2 - срезка береговых бровок рек и староречий; 3 - срезка осушителей; 4 - срезка оградительных дамб
По этому способу после проведения санитарных и рыбоводных мероприятий по подготовке ложа водохранилища-охладителя или одновременно с их выполнением (а если позволяет местность - ложе ровное, не требующее планировки, свободное от древесной растительности, свай, строений, изгородей и т.д. - то до их выполнения) ложе распаивается. Это необходимо проводить с таким расчетом, чтобы распаханное ложе подвергалось воздействию солнечных лучей и аэрации в течение одного лета.
Вспаханное поле обрабатывается гербицидами. Если водохранилище создается на заболоченном, заросшем растительностью участке или на заросшем озере или лимане, целесообразно предварительно провести мелиоративные работы до заполнения водохранилища водой, чтобы в дальнейшем вспахать ложе и обработать гербицидами. Работы по мелиорации проводятся в том случае, если они оправданы технико-экономическими условиями. Если мелиоративные работы не проводятся, то гербицидами следует обрабатывать почву чаши, а также заболоченные заросшие мелководные районы.
В качестве гербицидов используются химические вещества, устойчивые в почве и с большим гербицидным действием: монурон, диурон, симазин и некоторые другие. Препараты, применяемые в дозах, токсичных для растений, должны быть не токсичны для человека и фауны водоемов. В среднем дозы перечисленных гербицидов лежат в пределах от 10-25 до 55 кг/га по действующему началу. Доза гербицида определяется характером грунта, качественным и количественным составами растительного покрова и другими факторами и увеличивается при обработке заболоченных мест, торфяников а т.п. на 10-20% от принятой для вспаханного ложа. Обработку вспаханного ложа необходимо проводить опрыскиванием с расходом рабочей жидкости 600-800 л/га. Для опрыскивания используются самолеты (АН-2, По-2А), вертолеты, а при небольших площадях-конномоторвые и тракторные опрыскиватели. При обработке сильно заболоченных мест, покрытых слоем воды, гербициды применяются в виде гранул.
Наиболее целесообразно проводить обработку весной либо в середине лета с таким расчетом, чтобы обработанное гербицидами локе не заливали водой в течение одного-трех весенне-летних или, в крайнем случае, осенних месяцев.
Вспашку необходимо проводить на всей площади ложа, а обработку гербицидами - тех районов водохранилища, где будет глубина не более 4 м. Наиболее тщательно необходимо обрабатывать литоральные зоны, т.е. участки с глубинами до 2 м.
В результате такой подготовки ложа водная растительность развиваться не будет, это подтверждено экспериментами, проведенными в производственных условиях на участках нескольких водохранилищ-охладителей.
Отсутствие зарастаний объясняется тем, что обработка грунта гербицидами сильного и длительного токсичного для растений действия обеспечивает гибель всех оставшихся водных растений и их зачатков. Если зачатки растений попадают в водохранилище после заполнения ложа водой, то на грунте, содержащем гербицид, они погибают. Вследствие вспашки ложа происходит гниение в почве всех зачатков водной растительности и органических веществ, в результате чего вода обедняется питательными веществами, что отрицательно сказывается на развитии растений.
Предлагаемый способ подготовки ложа обеспечивает также минерализацию органических веществ в водохранилище, что способствует сравнительно быстрой стабилизации гидрохимического состава циркуляционной воды, в результате чего улучшаются ее технические качества, исключается накопление в ней сероводорода, который может вызывать коррозию оборудования.
Необходимо отметить, что все работы, связанные с подготовкой ложа водохранилища, являются второстепенными в целом комплексе строительства тепловых электростанций и проводятся они обычно перед заполнением водохранилища водой. В спешке усложняется их выполнение, преувеличиваются трудности, а подчас вообще отрицается необходимость и полезность проведения этих работ. Но на основании эксплуатационных данных (Змиевская, Бурштынская ГРЭС и др.) и экспериментальных исследований, установлено, что подготовка ложа необходима для предотвращения развития водной растительности, быстрой стабилизации воды в водохранилищах-охладителях, обеспечения санитарно-гигиенических требований, а также рыбохозяйственных и спортивных интересов.
б. Глубина водохранилища
Обычно массовое распространение и развитие высшей растительности наблюдается на мелководных участках водохранилища, где глубины не превышают 2, 0-2, 5 м. Водные растения встречаются и на глубине 3, 0-4, 0 м, но реке и в меньшем количестве. На глубине 4, 5-5, 0 м высшие растения встречаются довольно редко.
Ниже перечисляются основные факторы, которые необходимо учитывать при выборе глубины проектируемых водохранилищ.
Освещенность. Оценивается возможность фотосинтеза растений по вертикали. Для установления оптимальной глубины при различной освещенности необходимо определить компенсационный пункт различных видов водных растений (характерных для проектируемого водохранилища) при экстремальных значениях распространения лучистого потока солнечной радиации с глубиной в зависимости от метеорологических и гидрооптических условий.
Характер грунта. По литературным данным и по натурным обследованиям известно, что илистые грунты, богатые органическими веществами, наиболее благоприятны для развития на них высшей водной растительности. Растения на таких грунтах легко укореняются и при наличии здесь питательного материала хорошо развиваются. Водохранилища с тагами грунтами (например, Добротворское, Барабинское и др.) интенсивно зарастают высшей растительностью.
На каждом из 25 обследованных водохранилищ-охладителей основная часть площади чаши приходится на грунты, благоприятные для развития водной растительности, и лишь 8-15% площади некоторых водохранилищ менее благоприятны для развития растений (грунты торфянистые, песчаные, каменистые, галечные и др.).
Крутизна берегов. На водохранилищах с крутыми берегами высшая водная растительность часто не развивается или занимает только узкую полосу вдоль берега (водохранилища Новомосковской, Мироновской ГРЯЗ и др.). Водохранилища с пологими берегами (Брянская, Добротворская ГРЭС и др.) зарастают в большей мере.
Конфигурация берегов и рельеф дна. Большинство водохранилищ- охладителей, которые имеют извилистую береговую полосу и много заливов, сильно зарастает. Причем наиболее интенсивно начинают зарастать мелководные заливы, откуда растения распространяются в глубь водохранилища, занимая все большие площади (Зуевское, Аргояшское и др. водохранилища).
Водохранилища-охладители с плоским дном зарастают очень быстро. Так, первое Барабинское водохранилище со средней глубиной м, но с плоским дном заросло высшей растительностью на второй- третий год эксплуатации, а второе водохранилище на той же ГРЭС также с плоским дном при средней глубине 2, 85 м заросло еще быстрее - в первый год эксплуатации.
Ветер. Подветренные берега обычно не зарастают или зарастают
Момент, когда фотосинтез растений равен расходу на дыхание и не происходит накопления органического вещества.
очень слабо, причем растениями с мощной корневой системой (тростник, рогоз и др.). Наветренные берега при прочих равных условиях зарастают интенсивно. Это наблюдается по отдельным водохранилищам Союза.
Температура воды. При повышенных температурах воды в водохранилищах-охладителях отдельные виды растений (например, рдесты курчавый, блестящий, пронзеннолистный валлиснерия и др.) начинают развиваться раньше и быстрее. В целом на развитие высших водных растений повышенные температуры действуют двояко - ускоряют развитие одних видов (валлиснерия, многие виды рдестов и др.) и угнетают другие виды (элодея и т.п.). Это подтверждается на ряде водохранилищ-охладителей; в районе водозабора развивается элодея, но она отсутствует на участке сброса горячей воды, а вместо нее там интенсивно развивается валлиснерия (водохранилища Ярославской, Новомосковской ГРЭС, ГРЭС-3 Мосэнерго и др.).
Наличие питательных веществ, зачатйов растений и заиление водохранилища. Обилие питательных веществ особенно таких, как азот, фосфор, иногда железо и др.), зачатков растений, поступающих в водохранилище, и значительное заиление способствуют развитию и распространению водной растительности.
Таким образом, необходимо создавать достаточно большие глубины и предусматривать мероприятия, предотвращающие зарастание водохранилищ на участках с пологими берегами, илистым грунтом и плоским дном, с наличием большого количества питательных веществ, зачатков растений, значительного заиления, хорошей освещенности или большой прозрачности, повышенных температур (с учетом вида растений) и в наветренных местах.
в. Устройство пруда-накопителя
Можно в значительной мере ослабить или даже исключить попадание в водохранилище большого количества биогенных веществ, зачатков растений и взвешенных веществ, если в его верховье создать пруд-накопитель. Сооружение таких прудов-накопителей особенно оправдано при сбросе в водохранилище сточных вод больших городов (водохранилища Старобешевской, Добротворской ГРЭС и др.).
В этом случае в пруд-накопитель поступает масса взвешенных частиц и растворенных питательных веществ. В результате он становится как бы естественным очистным сооружением с интенсивными процессами минерализации поступающих органических веществ. Здесь аккумулируется питательный материал, необходимый для развития растительности. Бурное ее развитие в пруде-накопителе будет способствовать оседанию взвешенных веществ и обеднению воды питательными веществами, т.е. пруд-накопитель будет выполнять функцию биологического фильтра. Можно усилить биологический фильтр путем заселения диким рисом литоральных зон пруда с последующей уборкой риса на сельскохозяйственные нужды. Однако культивация дикого риса полезна лишь в том случае, если производить сбор его биомассы. В противном же случае она приведет к заилению и вторичному загрязнению накопителя.
Кроме того, в пруде-накопителе будет задерживаться масса зачатков растений, а водосброс на пути следования загрязненных вод будет также способствовать самоочищению воды, так как проходящая через него вода аэрируется.
При сооружении очистных устройств для очистки сточных вод, загрязняющих реку и водохранилище-охладитель, строительство пруда-накопителя также целесообразно, так как очистные сооружения часто работают неэффективно и не могут полностью оградить водохранилище от загрязнений. Пруд-накопитель явится промежуточным звеном между очистными сооружениями и водохранилищем-охладителем.
Пруд-накопитель будет уменьшать заиление водохранилища-охладителя и особенно его верховья. В качестве примеров можно привести водохранилища-охладители в Донбассе. Так, верхняя часть водохранилища-охладителя Штеровской ГРЭС (так называемый пруд первой очереди) оказалась заиленной более чем на 60-70% полезного объема на протяжении первых пяти лет эксплуатации, что потребовало систематического дноуглубления. Нижняя часть Штеровскбго водохранилища - пруд второй очереди-работает более 30 лет без заметного обмеления. Точно так же заметно снизилось заиление водохранилища НесветайГРЭС после сооружения выше расположенного Вербинского водохранилища.
г. Устройство дамб
Чтобы избежать распространения высшей растительности с заливов в глубь водохранилищ, целесообразно заливы отгораживать от центральной части водохранилища дамбами.
В зависимости от формы чаши, геоморфологических и гидрологических данных водоема, обвалование отдельных его районов и сооружение дополнительных насосных станций, дренажей и более высоких плотин с целью достижения оптимальной глубины обычно бывает оправданным.
Так, водохранилище-охладитель Молдавской ГРЭС сооружено с использованием естественного водоема - Кучурганского лимана. Средняя глубина 4, 0 м достигается здесь путем сооружения ограждающих дамб, перекачивавших насосных станций и дренажей общей стоимостью 2, 2 млн. руб. При этом указанная глубина устанавливается на площади 30 км2, а для водохранилища-охладителя используется лишь 7, 75 кг. Для достижения такой же глубины с помощью гидромеханизации необходимо было бы израсходовать при углублении на площади 50 км - 24 млн.руб, а при углублении в пределах 7, 75км2 - млн. руб. Сооружение дамб в данном случае гораздо- экономичнее. Но к этому вопросу нельзя подходить по аналогии; необходимо производить сравнительные технико-экономические расчеты, в которых надо сопоставлять затраты и эксплуатационные расходы на гидротехническое строительство и то же на гидромеханизацию по землечерпанию для создания требуемой глубины, при которой высшие растения не будут развиваться.
д. Выбор створа плотины
При проектировании водохранилищ целесообразно выбирать створ плотины и отметку НПУ, при которых площадь мелководий будет возможно меньшей. Выбор створа плотины также целесообразно увязывать с направлением господствующих ветров. В период массового развития растительности большое количество ее на поверхности часто сгоняется ветром в один район водохранилища ("нагонный плактон”). Если ветры летом неправлены преимущественно в сторону плотины, то приплотинный район будет местом скопления "нагонного планктона".
При наличии поверхностного водосброса легко можно сбросить в нижний бьеф эту растительную массу. Водозаборные сооружения, наоборот, целесообразно сооружать в подветренных районах водохранилища, где "нагонный планктон" обычно отсутствует.
е. Глубинный водозабор
Данные исследований Добротворского водохранилища показывают, что при проектировании и строительстве водозаборных сооружений целесообразно предусматривать глубинный водозабор в связи со стратификацией термических, гидрохимических и гидробиологических качеств воды.
На этом водохранилище установлено, что разница в температуре воды на поверхности и дне (максимальная глубина 8 м) в различные сезоны года в среднем такова: зимой - 0, 57°С, весной - 2, 21°С, летом - 3, 02°С, осенью - 0, 84°С. В отдельные дни по всей вертикали отмечалась полная гомотермия, даже в летний период, что объясняется сильным ветровым перемешиванием воды. В течение года наблюдалась преимущественно прямая тепловая слоистость воды и лишь 30 сут. зимой - обратная. В поверхностных слоях воды суточные изменения температуры заметнее, чем в нижних.
С увеличением глубины в воде повышается содержание углекислоты, увеличивается щелочность, понижается содержание кислорода, уменьшается величина pH и окисляемость. Изменение солесодержания воды происходит в основном по сезонам года и незначительно по глубине.
Основная масса фитопланктона содержится в верхние слоях воды, особенно это отмечается летом при штиле. На глубине 8 м число особей фитопланктона, обуславливающего "цветение" воды, уменьшается на 60% и более по сравнению с количеством их: в поверхностном слое (в пределах 0, 25-0, 5 м).
Основная масса высшей растительности при отмирании и сильных ветрах относится течением к водозабору, сосредотачивается в верхних слоях воды и засоряет решетки насосной станции.
Это затрудняет работу циркуляционной насосной станции при водозаборе с глубины до 4 м и совершенно не мешает работе насосной при заборе воды с глубины 8 м. Кроме того, при такой стратификации качеств воды уменьшается загрязнение теплообменного оборудования минеральными и органическими отложениями.
Стратификация гидрохимических, гидробиологических и термических качеств воды определяется не только метеорологическими особенностями, но и соответствующей площадью водохранилища, объемом, скоростью и глубиной воды перед водозабором, ее притоком, тепловой
нагрузкой на водоем и рядом других факторов, которые необходимо учитывать при выборе глубинных водозаборов.
ж. Колебания горизонта воды
Этот фактор отрицательно сказывается на развитии высшей и некоторых представителей низшей растительности. При этом многие растения при пониженных горизонтах вода погибают от солнечных лучей или в результате нарушения иных условий для их развития. Изобилие, воды ведет также к угнетению, некоторых видов растений или даже к их гибели.
Колебание горизонтов воды иногда специально использовалось для уничтожения водной растительности (Старобешевское, Добротворское водохранилища и др.). В связи с этим при проектировании целесообразно предусматривать такую эксплуатацию водохранилища, которая тормозила бы развитие водной растительности. Режим сработки и дальнейшее пополнение водохранилища должны быть четко увязаны с его тепловой нагрузкой, химизмом воды в период сработки и с рядом других обстоятельств, возникающих при колебаниях горизонтов вода.
з. Заполнение водохранилища
По окончании строительства первичное заполнение водохранилища до НПУ необходимо проводить в половодье, когда. вода наименее минерализована. Практикуемое в большинстве случаев заполнение водой в несколько очередей, начиная от минимального необходимого горизонта воды для работы первого и последующих блоков ГРЭС, приводит к развитию растительности на всей мелководной акватории водохранилища. Дальнейшее повышение горизонта воды по мере готовности гидротехнических сооружений не улучшает положения, так как растения укореняются, накапливают в корневой системе много питательных веществ и затем хорошо развиваются на значительных глубинах (до 4 м). Если на заранее подготовленном ложе сразу создается проектная глубина (в большинстве случаев 4 м), то попадающие в водохранилище зачатки растений либо вообще не развиваются, либо прорастают в незначительных количествах на литоральных зонах, зачатки растений содержат незначительный питательный запасли он не обеспечивает их роста на больших глубинах, в пределах от дна до той отметки, на которую проникает потребное количество лучей солнца, необходимых для фотосинтеза растений.
В связи с изложенным следует к пуску первого блока заканчивать весь комплекс работ по гидроузлу, обеспечивающий заполнение водохранилища до НПУ. Если нельзя сразу заполнить водохранилище до НПУ, то при проектировании необходимо предусматривать мероприятия, предотвращающие развитие водной. растительности на переходный период.
и. Сброс сточных вод
Вопросы о сбросе неочищенных сточных вод в водохранилище и об устройстве технических охранных зон должны решаться по конкретным условиям и зависят от; количества и качества стоков, циркуляционной воды и речного притока, а также поверхностных и фильтрационных вод, перекачиваемых в водохранилище, от его объема и морфометрических особенностей, крутизны и конфигурации берегов, использования их для культурно-спортивных целей и т.п.
В целом при решении этих вопросов ведущими принципами следует считать способность водохранилища к самоочищению и формированию физико-химического состава воды. По этим принципам в конкретных условиях должны обеспечиваться наиболее оптимальные технические качества охлаждающей воды. Долины приниматься во внимание природные, санитарные условия, в которых находится водохранилище, а такие использование его для водоподготовительных установок и ряда других водопотребителей и водопользователей.
В систему мероприятий по созданию технических охранных зон водохранилища должны быть положены следующие требования:
- подготовка ложа водохранилища, включающая мероприятия, санитарные, рыбоводные и предотвращающая развитие растительности;
- создание лесозащитных полос и насаждений, ограничение распашки земель на крутых склонах, примыкающих к водохранилищу, озеленение и крепление его берегов;
- нормирование выпуска сточных вод в водохранилище;
- регулирование подпорных уровней в зависимости от качества воды в водохранилище и в источнике его пополнения, а также от других технических требований;
- углубление водохранилищ или обвалование участков мелководья;
- постоянный контроль за качеством воды, содержащейся в водохранилище и поступающей в него, а также за мероприятиями для поддержания водохранилища в нужном техническом и санитарно-гигиеническом состоянии.
