Глава 1. Морфометрические показатели и качество вод

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 12

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

1.1. История образования

Строительство Чебоксарской было ГЭС начато в 1969 году в соответствии с постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 8 января 1968 года № 2 на основании утвержденного распоряжением Совета Министров СССР от 27.01.1967 № 177-р проектного задания со следующими показателями: расчетный напор - 15 м, отметка верхнего бьефа - 68 м [62].

Запуск первого гидроагрегата Чебоксарской ГЭС состоялся 31 декабря 1980 г., после успешных испытаний 15 января 1981 года. К 1981 году водохранилище было наполнено на промежуточную отметку НПУ 63.0 метра. Это позволило начать эксплуатацию гидроузла до его окончательного завершения. Строительство основных гидротехнических сооружений и монтаж необходимого оборудования ГЭС были завершены для отметки НПУ 68.0 м [5].

На сегодняшний день гидроэлектростанция используется также, как и в период начальной эксплуатации, на пониженном уровне, при отметке уровня воды в водохранилище 63 м.

В результате незаполнения Чебоксарского водохранилища до отметки 68 м возникли следующие проблемы:

– недостаточная мощность ГЭС при отметке 63 м составляет всего 820 МВт вместо проектной 1400 МВт;

– необходимая, минимальная судоходной глубины 4,0 м на участке от Горьковской до Чебоксарской ГЭС не была достигнута

– происходит деформация защитных сооружений, так как они не рассчитанны на работу при отметке 63 м;

– качество воды и способность к самоочищению водохранилища – ухудшаются, так как площадь мелководий не соответствует санитарным нормам (свыше 30% против необходимых 20%) [50].

Чебоксарское водохранилище комплексно используется в интересах энергетики, водоснабжения различных отраслей хозяйственной деятельности, водного транспорта, рекреации, рыболовства и рыбоводства. Водозабор из водохранилища производится в объёме 850 млн м³, в том числе на хозяйственно-питьевые нужны 127 млн м³ (15%), осуществляют 20 крупных водопользователей [11].

1.2. Морфометрические показатели

Чебоксарское водохранилище расположено на реке Волге, на территориях Чувашской Республики, Республики Марий Эл и Нижегородской области. Оно является пятой ступенью Волжской ветви Волжско-Камского каскада.

Гидроузел расположен в 1950 км от устья р. Волги и образован плотиной Чебоксарской ГЭС, расположенной в городе Новочебоксарске.

Площадь Чебоксарского водохранилища 1080 км², длина 294 км, наибольшая ширина 10 км, глубина до 21 м. Подробные параметры указаны в таблице 1.

Таблица 1

Параметры Чебоксарского водохранилища [1, 27, 39, 61]

*Площади со знаком «+» являются дополнительными затопленными площадями, после подъема НПУ Чебоксарского водохранилища до отметки 68 м

Водохранилище подразделяется на три части: верхнюю (от плотины Горьковской ГЭС до устья Оки), среднюю (между устьем рек Оки и Суры), нижнюю (от устья Суры до Чебоксарской ГЭС).

В верхнем участке водохранилища Волга пересекает Балахнинскую низменность. Берега в этой части низкие, узкие, напоминают старое русло Волги. Вода на этом участке близка по свойствам к воде Горьковского водохранилища. Левый берег находится в подзоне южной тайги, а правый – в подзоне смешанных хвойно-широколиственных лесов.

Берега средней и нижней части значительно отличаются по строению друг от друга. Правый берег, начиная от Нижнего Новгорода до Чебоксар, преимущественно высокий и зачастую крутой, левый – низкий, с небольшим уклоном. К правому берегу подходят отроги Приволжской возвышенности, к левому – Марийская низменность. Территория правобережья сильно распахана. Для левобережья характерны лесные и луговые ландшафты [9].

Для берегов водохранилища характерны разнообразные сочетания абразионных, обвальных, осыпных, эрозионных и оползневых явлений. Суммарная протяжённость абразионных, осыпных и обвально-оползневых склонов 120 км (11% береговой линии). Широкое распространение приобрели зарастающие берега, протяжённость которых в открытой части 184 км (приблизительно 17% береговой линии). Аккумулятивные берега с образованием кос и пляжей занимают участки в заливах по притокам или примыкают к пологим склонам. Протяжённость стабильных берегов – 740 км (более 65% береговой линии).

Для Чебоксарского водохранилища характерны повышенные скорости течения в половодье – до 0,7-0,9 м/с; большая протяжённость зоны переменного подпора – до 90 км; значительный вклад боковой приточности, вызванной суммарным стоком рек Оки, Ветлуги и Суры. Такой приток воды выше, чем через Горьковский гидроузел. Непроектный (ниже на 5 м) уровень воды в водохранилище привёл к образованию крупных и по большей части изолированных от русла Волги слабопроточных и мелководных участков. Для такого «гривистого» рельефа, характерны процессы зарастания и заболачивания вод. Это зоны кислородного дефицита и метанообразования [1].

До формирования каскада водохранилищ дно р. Волги от Городца до Тольятти как правило состояли из песочных грунтов с галькой и выходами скальных пород. Донных илистых отложений практически не было.

После заполнения Чебоксарского водохранилища в 1981 г. начался процесс формирования песчаных отмелей, на глубинах откладывался ил [31]. Динамика изменения грунтов дна Чебоксарского водохранилища представлена в таблице 2.

Таблица 2

Пространственно-временная трансформация грунтового комплекса Чебоксарского водохранилища, % площади Водоема, в разные годы [31]

Донные отложения Чебоксарского водохранилища формировались в течении первых 10 лет его существования. Они представлены песками и илистыми песками (54% площади дна), также песчанистыми и серыми илами (30%). Затопленные почвы занимают 15% площади дна [33]. Скорость образования наносов в водохранилище ‒ 2,3 мм/год, или 2,6 млн т/год. Наибольший слой осадков, отмеченный в Чебоксарском водохранилище, составляет 110 см [32].

Водная масса Чебоксарского водохранилища складывается из двух, разных по характеристикам водных потоков, как гидрофизическим, так и гидрохимическим. Эти потоки поступают из расположенного выше Горьковского водохранилища и р. Оки. Химический состав Оки сильно отличается от волжского более высокой концентраций нитритов, нитратов, общего фосфора и большей минерализацией. Водные потоки Волги и Оки не смешиваются на протяжении почти 50 км.

1.3. Состояние и качество вод

Качество вод Чебоксарского водохранилища в течении долгих лет находилось в пределах от «загрязненных» до «грязных». Чаще всего к категории «грязные» относили воды на участках у Кстово и Нижний Новгород. Участки ниже Кстово и недалеко от города Балахна являются наиболее чистыми. На протяжении последних лет качество воды (рисунок 1) на участках ниже г. Нижний Новгород неизменно характеризовалось как «грязное» [26].

Одной из основных характеристик качества вод можно назвать водородный показатель (рН). Показатель концентрации ионов водорода (рН) имеет огромное значение для химических и биологических процессов, проходящих в естественных водоемах [34].

О минерализации водоемов и водотоков можно узнать по электропроводимости воды.

Кислород следует отметить, как весьма подвижный и химически активный компонент естественных водоемов. Он определяет интенсивность окислительно-восстановительных биохимических реакций [27]. Подробные физико-химические показатели Чебоксарского водохранилища можно рассмотреть в таблице 3.

Таблица 3

Физико-химические показатели воды водохранилищ

Волжского каскада летом 2011 г. [27, 60]

Доминирующими загрязнителями вод Чебоксарского водохранилища, в течении многих лет, являются соединения меди, железа и органические вещества (по ХПК), среднегодовые концентрации этих веществ 2018 г. находились в пределах 2-5, 1-2, 2 ПДК соответственно. Стоки Нижегородской станции аэрации повышают содержание азотсодержащих компонентов в воде у правого берега Волги. За минувшие годы отмечалось повышение среднегодовых концентраций: аммонийного азота до 2 ПДК. Содержание нитритного азота увеличивалось до 3-4 ПДК (до 2017 г.), но после, в 2018 году, снизилось до 2 ПДК (рисунок 1). В 2018 г. встречаемость аммонийного и нитритного азотов в концентрациях выше норм ПДК, в районе города Нижний Новгород, возросла до 50 %, максимальные концентрации превышали ПДК в 4 и 9 раз соответственно. За срок наблюдений с 2004 г. на водохранилище наблюдались значительные колебания среднего уровня загрязненности соединениями меди – от 4-6 ПДК по большей части, в рассматриваемом периоде уровень достигал до 3 и 2 ПДК в 2017 и 2018 гг. соответственно. Концентрация органических веществ (по ХПК и БПК5) находятся на отметке 2 и 1 ПДК соответственно; содержание фенолов, нефтепродуктов и фосфатов ниже ПДК. Случаи загрязнения метанолом и соединениями свинца – единичны. Эти вещества обнаружены в районе городов Нижний Новгород и Кстово в концентрациях 1 ПДК.

Рисунок 1 – Динамика среднегодовых концентраций отдельных веществ и показателей качества воды [26]

В бассейне Чебоксарского водохранилища к «грязным» отнесены воды рек: Республика Мордовия – Инсар и Нуя; Нижегородская область – Пыра, Кудьма, Республика Чувашия – Сура. Реки Кудьма, Сундовик – правые притоки Волги, отличаются высокой минерализацией воды до 1125-12010 мг/л и повышенным содержанием в воде сульфатных ионов до 483-699 мг/л. Сточные воды разнообразных предприятий являются причиной критического уровня загрязненности воды реки Инсар аммонийным азотом до 10 ПДК, рек Кудьма и Нуя – аммонийными и нитритным азотом до 9-12 ПДК. В 2018 г. в водах Керженца и Ветлуги возросло содержание нефтепродуктов: среднегодовое до 3 и 6 ПДК, а максимальное 13 и 16 ПДК соответственно. Концентрация других загрязнителей в водах водотоков в 2018 г. было ниже 10 ПДК [74].

Воды Чебоксарского водохранилища подвержены мощным антропогенным нагрузкам. В 2005 году в его водоохранной зоне было зафиксировано свыше 300 источников загрязнения, среди которых 143 сбрасывали неочищенные сточные воды. По сравнению с другими водохранилищами Волжского каскада именно на Чебоксарское, приходится огромная антропогенная нагрузка, которая оценивается в 15%. Только Горьковское водохранилище испытывает большую нагрузку по загрязняющим веществам – 21% [1].

1.4. Притоки

Река Волга на участке Чебоксарского водохранилища имеет 38 притока (не считая ручьев) (см. приложение 1) [17]. Среди этих притоков самыми крупными являются реки: Узола, Линда, Ока, Кудьма, Керженец, Сура, Ветлуга, Рутка.

Река Узола

Узола – левый приток Волги, протекает в Нижегородской области. Длина реки составляет 147 км, а водосборный бассейн – 1920 км² [24]. Река протекает по Ковернинскому и Городецкому районам Нижегородской области.

Дно Узолы в верховьях илисто-торфянистое, ниже – песчаное. Река довольно извилиста, протекает по широкой луговой долине. Глубина реки не превышает 2,5 м. На всем протяжении русла часто встречаются перекаты и отмели.

Река Линда

Линда протекает в Нижегородской области, левый приток Волги.

Бассейн Линды находится в юго-западной части Унженско-Ветлужской равнины и представляет собой водно-ледниковую равнину, постепенно спускающуюся на юг в сторону р. Волги [4].

Длина реки –122 км [20]. Основные морфометрические характеристики водосборного бассейна: площадь - 1610 км², длина - 63 км, средняя ширина - 26 км. Среднегодовые температура и количество осадков, данного водосбора, составляют 3,5 °С и 517 мм соответственно [16, 15]. Густота речной сети составляет 0,35 км/км².

Русло Линды извилистое, берега крутые и обрывистые. Грунты русла реки в основном песчаные с глинистыми выходами. Линда имеет грунтовое питание, а также за счет стоков с заболоченной местности.

Река Ока

Ока – одна из крупнейших рек в Европейской части России. Исток Оки находится на Среднерусской возвышенности. Она занимает первое место по величине среди правых притоков Волги. Длина – 1500 км. Площадь водосборного бассейна – 245 тыс. км² [21].

Средние температуры на всем бассейне р. Оки: январь – от -10 до -12 °С, июль – от +18 до +20 °С. Среднегодовая величина атмосферных осадков – приблизительно 600-700 мм. На территории бассейна расположены как правило широколиственные леса и елово-сосновые леса. С севера на юг лесистость уменьшается от 80% до 2–10% [28].

Гидрологический режим Оки вполне обычен. Питание в основном снеговое, высокое половодье, летняя и зимняя межень – низкие. Средний расход воды 411 м³/с. Половодье в среднем составляет от 30 до 45 сут. Максимальный среднесуточный – 4600 м³/с [8].

Воды Оки имеют сильную антропогенную нагрузку из-за поступающих стоков. Рекой пользуются множество городов, для коммунально-бытовых и промышленных нужд. Все это неизбежно приводит к загрязнению и истощению вод [49].

Качество воды в целом в бассейне Оки варьирует от 3 класса «загрязненная» до 4 класса «грязная». Главными загрязняющими веществами в р. Оке являются: соединения меди, цинка, свинца, органических веществ (по БПК₅), азот нитритный [59].

Касательно ихтиофауны можно сказать, что видовая структура рыбного населения Оки состоит приблизительно из 40 видов рыб. Наибольшим числом видов представлено семейство карповых — 24, окунёвые представлены 4, вьюновые представлены 3 видами. Рыбы других семейств представлены по одному виду [10].

Река Кудьма

Река Кудьма является правым притоком Волги, длина которого составляет 144 км. Площадь водосборного бассейна р. Кудьмы насчитывает 3210 км² [19]. Русло извилистое, в среднем течении было спрямлено искусственно.

Бассейн р. Кудьма находится в северной части Приволжской возвышенности, имеющую уклон с юго-запада на северо-восток, спускающуюся в сторону Волги [3]. Леса смешанные, елово-березовые. Кудьма обладает широкой поймой. Пойма преимущественно открытая, луговая, местами заболоченная.

Течение реки спокойное, встречаются небольшие водовороты. Она протекает через Богородский и Кстовский районы Нижегородской области. Впадает в Волгу недалеко от села Кадницы.

Река Керженец

Река Керженец протекает по территории Нижегородского Заволжья, является левым притоком р. Волги. Площадь водосбора Керженца – 6140 кв. км, общая протяженность русла около 290 км [18]. В долине Керженца выделяются русло, пойма и две надпойменные террасы. Ширина русла составляет в среднем 50 м. Русло как правило песчаное, а пойма широкая.

Среднегодовая температура водосбора р. Керженец составляет приблизительно 4,7 °С. Средние годовые осадки – 161,75 мм [52]. На р. Керженец половодье начинается в начале апреля, средняя продолжительность которого – 19 дней, после уровень воды медленно спадает до конца мая [44].

Керженец протекает по территории таких субъектов Нижегородской области как: Городской округ город Бор, Семёновский городской округ и Лысковский район. Впадает в Волгу недалеко от посёлка Макарьево.

Река Сура

Сура – правый приток Волги. Она занимает 4 место по протяжности среди всех притоков Волги. Протекает по Ульяновской, Пензенской и Нижегородской областям, Мордовии, Марий Эл и Чувашии.

Длина реки – 841 км, площадь водосбора – 67,5 тыс. км² [23]. Пойма Суры широкая – 5-10 км. Ширина реки в межень 100-120 м, максимальная глубина – 15 м. Средняя скорость течения реки 3,1 км/ч. Дно реки преимущественно песчаное, русло сильно деформирующееся. Берега русла высотой до 4 м, как правило, открытые, местами обрывистые [6].

Сура местами извилиста, ширина её долины – 1,5-2,0 км. Склоны пологие, большей частью распаханы, частично покрыты лиственными лесами и кустарниками.

Река Ветлуга

Ветлуга протекает по территории Кировской, Костромской и Нижегородской областей и республики Марий Эл. Является левым притоком Волги.

Протекает Ветлуга по наиболее лесистой части Заволжья и представляет собой обычную равнинную реку с широкой поймой. Пойма реки местами заболочена. Для Ветлуги характерно сильно меандрированное русло, из-за этого возникает множество стариц, образующих заливы и озера [7].

Длина реки – 889 км, площадь водосборного бассейна – 39 400 км² [25]. Берега и дно реки в основном состоят из песка, редко выступают суглинки. Скорость течения реки составляет 0,2-0,6 м/сек, а наибольшая глубина составляет 2,6 м [56].

В верховьях течение быстрое, присутствуют перекаты, ниже по течению река становится глубже, течение спокойным. Ширина реки в среднем и нижнем течении не превышает 100-120 м, глубина 2-3 м. Весной во время половодья скорость течения достигает местами 10 км/час [57].

Река Рутка

Рутка – левый приток Волги. Это река, протекающая по территории Килемарского и Горномарийского районов республики Марий Эл и Шарангского района Нижегородской области. Длина – 153 км, площадь водосборного бассейна составляет 1950 км² [22].

Река от истока протекает на юго-запад, после пересекает границу с Марий Эл и поворачивает на юг.

1.5. Выводы о состоянии Чебоксарского водохранилища как водоема

Чебоксарское водохранилище является замыкающим звеном Волжско-Камского каскада. Оно не является завершенным и функционирует на пониженной отметке уровня вод – 63 м. Такое положение создало ряд проблем для энергетики, судоходства и экологии. Зарегулирование Волги существенно снизило скорость речного течения. Это в свою очередь привело к изменениям большинства параметров водоема. Так снизилась ее способность к самоочищению, что поспособствовало аккумулированию наносов и иловых отложений, а также загрязнению вод химическими и биологическими загрязнителями. На реках бассейна р. Волги множество центров промышленности, сбрасывающих свои, порой не очищенные, сточные воды. Основным притоком Волги в пределах Чебоксарского водохранилища является р. Ока. Именно эта река является основным источником загрязняющих веществ в водохранилище. На сегодняшний день качество вод в Чебоксарском водохранилище характеризуется как «загрязненное» и «грязное».