Научный центр
оперативного мониторинга Земли

 

RUS | ENG

главная информация о дззстатьи по дззвлияние пиковых попусков с волгоградской гэс на экологию северо-западного каспия

Влияние пиковых попусков с Волгоградской ГЭС на экологию Северо-Западного Каспия


Влияние пиковых попусков с Волгоградской ГЭС на экологию Северо-Западного Каспия


Люшвин П.В. НЦ ОМЗ, Москва,
Зырянов В.Н. ИВП РАН, Москва, Егоров С.Н. КАСПНИРХ, Астрахань, Кухарский А.В. НИЦ ПЛАНЕТА, Москва, Полонский В.Ф., Коршенко А.Н. ГОИН, Лобов А.Л. Гидрометцентр РФ, Москва. 


Развитие настоящая работа получила в рамках тем выполняемых по дешифрированию сбросов загрязняющих веществ в моря России и дешифрированию паводковых затоплений нижней Волги. Из общего объема загрязняющих веществ, включая нефтяные углеводороды, поступающих в моря, свыше 80% приходит со стоковыми и сточными водами, свыше 90% из них с речным стоком (рис.1.а, [1]). По спутниковой информации удается оценить ареал распространения этих вод. Осуществляется это при анализе спутниковых карт температуры поверхности воды (ТПВ), хлорофилла и гидрозоля в поверхностных водах, а также по радиолокационным (рл.) снимкам. На льду отмечаются следы загрязнений.

Альбедо гидрозоля 19.09.2004

Альбедо гидрозоля 28.09.1999

ТПВ у дельты Волги 27.05.2002


Рл. снимок 29.09.1999 [17]

Рл. снимок 14.07.2003 [17] рукава Бахтемир с цугом волн от него

30.12.2004 (цуги круговых волн), слик над Уральской Бороздиной – разлив нефти или штиль?, за о-вами Кулалы — ветровая тень).

Справа — 09.03.04 г. (стрелками показаны слики у тающего льда, возможно, это нефтепродукты с Казахских нефтепромыслов).


С вводом в действие гидроэлектростанции на нижней Волге резко изменились гидроэкологические условия на нижней Волге и в Северном Каспии. Зимний сток увеличился втрое, на соответствующую величину стока уменьшилось весенне-летнее половодье и вдвое сократилась его продолжительность (рис.1.б.)


Рис.1.а. Сток нефтяных углеводородов (тыс.тонн) в Северный Каспий (р.Волга, в/п Верхнее Лебяжье) и концентрации нефтяных углеводородов (мг/л) в Северном Каспии и глубоководной части моря в 1977-1992 гг. [1].


Рис.1.б Слева уровень воды на в/п Астрахань в 1947 г., (шкала слева в см) и суточные изменения уровня воды (шкала справа в мм). В центре сброс воды с Волгоградской ГЭС (шкала слева), и уровень воды на в/п Астрахань. Справа сброс воды с ГЭС и ход уровня на в/п Астрахань в 1999 г. без временного сдвига и со сдвигом на 4 и 7 суток.

Сток волжской воды подвержен значительным межгодовым изменениям (рис.2). Согласно нормативным документам попуск воды для имитации весеннего половодья и обеспечения воспроизводства рыб осуществляется путем сброса ? 2.2 км? воды в сутки в течение первых нескольких дней, далее, пока хватает воды в водохранилищах, следует переход уровня сброса на «полку» ? 1.7 км? в сутки. В не засушливые годы таким режимом сброса достигается длительность половодья 40-60 дней, что считается экологически допустимым. Однако время стояния воды на отметках ниже максимальной за половодье на 0.2 и даже на 0.5 м оказывается менее 3-4 недель, что уже критично для времени необходимого для достижения мальками рыб жизнестойкого состояния. При дефиците воды пойма частично оказывается под водой менее 2-3 недель, в результате часть личинок и мальков либо скатываются с водой не достигнув жизнестойкого уровня развития, либо обсыхает вместе с икрой. Как, например, в маловодном 1975 г. зафиксировано массовое обсыхание икры и личинок, и как, следствие, минимальное число молоди рыб. После зарегулирования реки у Волгограда нормальные условия для воспроизводства полупроходных и речных рыб в дельте Волги обеспечивались с 1967 по 1980 год всего 4 года [4-6].


Рис.2. Слева многолетние изменения среднегодового расхода воды Волги в вершине дельты у поста Верхнее Лебяжье (1) и расходов воды Волги при скользящем 6-летнем осреднении (2) за период с 1890 г. по 2003 г. [3]. В центре — схема размещения в/п на Нижней Волге [4]. Справа длительность половодья (уровень выше 4.3 м, синий цвет), длительность стояния уровня ниже мах. в половодье на 0.2 и 0.5 м (оранжевый и желтый цвета соответственно, красный – макс. уровень).

Во многом в результате неудачной антропогенной имитации половодья со времени постройки Волжского каскада водохранилищ во много раз снизилась численность рыб в Каспийском бассейне (рис.3). В частности из рассмотрения рис.3 (в центре) следует, что имеется тенденция к увеличению молоди леща при удлинении сроков половодья. Исходя из этого следует, что необходимо вносить коррективы в нормативные документы по имитации весеннего половодья с ГЭС, для увеличения сроков половодья с 2-3 до 4-6 недель в ущерб площади нерестилищ, иначе рыбья икра и личинки обсохнут [4]. Вариант такой коррекции сброса и отклика на него уровня воды в дельте приведен пунктиром на рис.3 справа.

От момента икрометания до появления жизнестойких мальков должно пройти больше или равно 3 недель! Причем рыбы нерестятся в разные сроки, поэтому, по возможности, важно продлить длительность половодья до 4-6 недель


Рис.3. Слева добыча рыбы предприятиями Астраханской области с 1932 по 2004 г, тыс.т. В центре соотношение числа дней в половодье, когда уровень воды не опускается ниже максимального более чем на 0.2 м и количества молоди (млрд. экз.) в дельте Волги при разном объеме стока (апрель-июнь) 1978-1990 гг. (данные по молоди из [5], прямая линия – линейный тренд). Справа схема нормативного вида хода сброса воды с ГЭС в весеннее половодье (черные линии), отклик хода уровня в Астрахани (зеленые линии). Черный пунктир – изменение нормативного хода сброса ГЭС для достижения оптимально возможного хода уровня воды в дельте Волги в маловодные годы для воспроизводства (нереста) рыб.

Неравномерность стока Волги в межень обуславливается в основном суточным и недельным регулированием стока – загрузка энергосетей и соответственно пик попусков осуществляется утром и в начале рабочей недели, спад вечером и в конце недели (рис.4) [3,7-10]. Суточный расход воды в Волге в межень больше или равно 0.5 куб.км, суточное изменение его более чем на 10%, приводящее к повышению уровня воды на в/п Астрахань более чем на 10 см – пиковый попуск. Пиковые «сбросы, особенно значительные в вечернее время, когда возрастает энергопотребление в энергетическом кольце, вследствие этого уровень Волги поднимается обычно на 1-2 м, а в один из вечеров в январе 1967 г. наблюдался подъем более чем на 4 м» [10].


Рис.4. Справа запись уровня на в/п Астрахань. Внизу справа – увеличенный фрагмент с 24.05 по 07.06.1992 г. В центре ход уровня на в/п Астрахань в 1983 (вверху) и 1999 г. (внизу). Справа спектральная плотность колебаний уровня воды за период с января 1992 г. по декабрь 2003 г.по данным измерений на в/п Енотаевка [3].

Интенсификация солевого перемешивания за счет пиковых попусков воды и ее влияния на био-продуктивность моря

Солевое перемешивание речных и морских вод в Северном Каспии обусловлено условиями добегания стоковых волн от Астрахани до моря. Эти условия различны в зависимости от уровня воды, интенсивности попуска, зарастания водной растительностью, ветра, сгонно-нагонных явлений. По западному рукаву Волги (Бахтемиру) волны добегают до моря за 1.5-3 суток, по восточным рукавам – за 3-5 суток [2,11,12]. Поэтому при поиске связей солености воды в море с попусками воды оказалось удачным опираться не на жесткие по времени суточные сдвиги добегания воды от Астрахани до моря, а в пределах ±1 дня к этим сдвигам, т.е. учитывать особенности распространения стоковых волн. Из сопоставления изменений солености воды в море и высоты стоковых волн (рис.5.) следует, что по морскому краю дельты имеется тенденция к уменьшению солености воды при пиковых попусках с ГЭС. Причем антропогенно обусловленное перемешивание достигает и дна. В восточной части Мангышлакского порога наблюдается иная тенденция – стоковые речные воды поджимают морскую воду к восточному берегу, что приводит к ослаблению перемешивания, росту солености воды. На рис.6 и 6.а дан детальный разбор изменения солености воды в районе точки №2 в зависимости от гидрометеорологических условий.


Рис.5. Слева по вертикали – экстремальные суточные изменения уровня воды в Астрахани в мм (для точек 3 и 4 за сутки – четверо до измерения солености в море, для точек 1 и 2 – за 4-7 суток; темным цветом даны точки соответствующие макс. суточным приращениям уровня, фиолетовым – максимальным снижениям уровня). По горизонтали – соленость в ‰. Врезка сверху [12].

Интенсификация солевого перемешивания за счет пиковых попусков воды и ее влияние на био-продуктивность моря

Скорость перемешивания речных и морских вод порой такова, что менее чем за полчаса соленость у дна изменяется более чем на 2 ‰ (рис.6, точка №2 с рис.5). В результате таких антропогенных воздействий на морскую биоту обрушивается речная биота, а через несколько часов-дней возвращается солоноватая вода с морской биотой. Причем каждая из биот не может «переждать» возврата своей воды, так как переход солености воды через 5-8‰ приводит к изменению осмотического давления, несовместимого с жизнедеятельностью многих видов биоты, особенно мальков рыб и бентоса [1,5,13,14]. Так, например, граница массового распространения молоди воблы ограничена изогалиной 10‰, леща и судака — 7-8‰ [5]. Согласно оценкам [11,12], площадь струйных течений волжских вод в северо-западной части Каспии (область стресса) занимает до трети его площади.


Рис.6. Ход уровня воды на в/п Астрахань и его изменений за сутки (вверху), температуры воды (в центре) и солености воды у дна (внизу) с 18.09 по 10.11.2004 в точке №2. Красными стрелками показано временное соответствие прохождения стоковых волн через в/п Астрахань и изменения придонной солености в море (график уровней воды сдвинут относительно нижних графиков на 4 суток). На врезках средняя скорость ветра по полю давления, в сентябре и ноябре тихая погода, в октябре (7-10, 15-18, 22-25 числа) – перестройка барического поля, ветер, волнение [15,21], волжская вода перемешивается у баров. Справа синим цветом окрашены данные при легком-тихом ветре, оранжевым – при свежем ветре (линия тенденции проведена для условий тихого-легкого ветра).


Рис.6.а. Экстремальные изменения придонной солености в море при прохождении стоковых волн по Северному Каспию для точки №2 с рис.5. Слева без фильтрации штормовых ситуаций, справа с фильтрацией таких ситуаций в октябре 2004 г. (7-10, 15-18, 22-25) [15,21]. В штормовых условиях (рис.6.б.) волжская вода полностью перемешивается у баров, соленость в море составляет 9-11‰.


Рис.6.б. На левом рл. снимке [17] в центре Каспия 24.10.2003 г. видны две структуры волн (на верхней врезке, стрелкой показана небольшая стоковая волна в начале третьей декады октября). Одна структура коротких волн идет со стороны Волги, другая, с длинами волн на порядок больше, идет вдоль дельты Волги, по видимому, это проявление барических волн над Каспием (нижняя врезка). На правом рл. снимке от 30.12.2004 г. [17] наблюдаются волновые структуры, видимо, они обусловлены быстрым изменением поля давления над морем, причем прохождение анемобарической волны (нижняя врезка [15]) совпало с прохождением стоковой волны по морю (см. верхнюю врезку).

Спутниковые снимки Северного Каспия Типичная ситуаций вне интенсивных антропогенных попусков воды с ГЭС 19.09.2004


Рис.7.а. На рл. снимке северо-западного Каспия (крайний слева) 19.09.2004 [17] в период отсутствия пиковых попусков воды в условиях слабого и умеренного ветра не наблюдается ярко выраженных волновых структур (на втором рис. слева, жирной линией дан уровень воды, тонкой линией — суточные изменения уровня воды на в/п Астрахань с 01.09 по 01.10.2004, на двух правых рис. — характеристики ветра [15,21]). Темная полоса на радиолокационном снимке, тянущаяся от Аграханского п-ва, — ослабление ветра под полупрозрачным облаком, облако видно на рис.7.б, слева.


Рис.7.б. Снимки (карты) северной части Каспийского моря по данным AVHRR/NOAA; в центре – карта ТПВ в °С; справа альбедо гидрозоля в %. За Волжскими барами и банками, на глубинах более 3-5 м, как правило, наблюдаются монотонные изменения в поле ТПВ, на мелководье температура выше или ниже морской в зависимости от сезона года и локальных условий инсоляции. Содержание гидрозоля в толще воды (альбедо водной толщи) максимально в «Казахском кармане», в районе волжских банок и баров, а также в струях речных вод (методика расчетов альбедо гидрозоля и ТПВ изложена в [16,22]).


Рис.8.а. Рл. снимок 21.01.2005 г. [17], эллипсами обведены цуги волн, идущие от Волжских рукавов и каналов, на врезке дан увеличенный фрагмент верхнего цуга волн.


Рис.8.б. Рл. снимок 14.07.2003 г. [17] мористой части рукава Бахтемир с цугом волн от него. По видимому, это прохождение суточной стоковой волны (не зарегистрировано пиковых попусков вод – верхняя врезка с 01.07 по 01.08, слабый ветер – нижняя врезка [15] ).

Спутниковая и сопутствующая информация о Северном Каспии в период выхода в море стоковой волны.

Рис.9.а. Вверху р.л. снимок ERS-2 29.09.1999 [17]; на верхней врезке — уровень воды и его суточные изменения с 01.09 по 01.10, стрелкой показана стоковая волна, которая проходила через Астрахань 25-27.09.1999, через 2-3 суток волна дошла до моря и проявилась на р.л снимке в виде цуга волн; скорость ветра в море 29.09.1999 не превышала 4-6 м/с [21,15]. Снизу — карта альбедо гидрозоля 28.09.1999 г. по AVHRR. Мутные речные воды текут от западных рукавов Волги в море.

Рис.9.б. На р.л снимке с ENVISAT [17] отчетливо видны волновые структуры, обтекающие Аграханский п-ов. По всей видимости, это продолжение распространения стоковой волны из Волго-Каспийского канала по поверхности моря. На верхней врезке попуск воды с ГЭС в м? в сек. с 05.03 по 13.03.05 г., стрелкой показан попуск 10.03-11.03.05 г., волна от которого через 6-7 суток достигла моря; скорость ветра в море 16.03 не превышала 4 м/с [21,15].

Последствия прохождения стоковой волны по Каспию можно видеть и из анализа полей хлорофилла на рис.10 [23]. А именно, повышенное содержание хлорофилла в море наблюдается, как правило, на траверзе волжских каналов. Стоковые волны выплескивают за волжские бары речную воду, ускоренно прошедшую биологический фильтр дельты. В результате в море попадает антропогенно обусловленное повышенное количество примесей (хлорофилла, гидрозолей, биогенов и нефтяных углеводородов) и эти приращения примесей направляются в зону будущих вышек «Лукойла».

Рис.10. Верхний ряд — содержание хлорофилла в верхней толще вод вне времени прохождения по морю фронта стоковой волны ±1-4 суток. Дата достижения стоковыми волнами Астрахани 25.03.1999 г., 25.09.1999 г., 06.04.1998 г. и 26.04.2000 г слева направо [23]. Нижний ряд – разница между максимальной величиной содержания хлорофилла в толще воды через 2-3 суток после даты на верхнем рис. и минимальным содержанием хлорофилла за соседние даны).


Скачать полную версию статьи (Формат архива zip, размер 15Мб)


Версия для печати

    Еще в рубрике: Влияние пиковых попусков с Волгоградской ГЭС на экологию Северо-Западного Каспия, Дешифрирование космических снимков для целей картографии, Создание ортоисправленных изображений со спутника IKONOS на основе ЦМР со спутника SPOT, Обновление географической информации на основе данных ДЗЗ высокого разрешения, Использование коэффициентов рационального многочлена (RPCs) для ортотрансформирования спутниковых изображений IKONOS/QuickBird,
    Все материалы

© Официальный сайт Научного центра оперативного мониторинга Земли (НЦ ОМЗ) АО «Российские космические системы». При использовании материалов сайта ссылка на источник обязательна.

127490, Москва, ул. Декабристов, вл.51, стр. 25
Тел.: (495) 925-04-19, (495) 229-43-89, Факс: (495) 509-12-00
E-mail: ntsomz@ntsomz.ru, service@ntsomz.ru

 

Яндекс цитирования Rambler's Top100 Система Orphus