Гидротехнические сооружения

Под-гидротехническим сооружением (ГТС) понимаются инже-
нерные сооружения, позволяющие осуществлять различные водо-
хозяйственные мероприятия, а также использовать водные ресурсы
и предотвращать вредное воздействие воды и жидких отходов.

Существует несколько видов ГТС:

1) ГТС морского шельфа (платформы, буровые установки,
трубопроводы и т.д.);

2) ГТС морского побережья (берегозащитные сооружения, АЭС,
ТЭС и т.д.);

3) ГТС на реках, озерах и водохранилищах;

4) ГТС на водных путях и портах;

5) гидротранспортные, дренажные и польдерные системы.

Гидротехнические сооружения являются источниками повышен-
ной экологической опасности. В целях предотвращения аварий и
негативных последствий функционирования ГТС для действующих
объектов создается декларация безопасности, которая служит ос-
новным документом, обосновывающим их надежность, т.е. соот-
ветствие критериям безопасности, проекту, действующим инже-
нерно-экологическим нормам и правилам. При составлении дек-
ларации должны быть определены все возможные источники опас-
ности, а также произведено полное выявление степени опасности
ГТС и разработаны сценарии возможных аварий. Ее главной зада-
чей является предупреждение возникновения чрезвычайных ситу-
аций, которые могут повлечь человеческие жертвы, ущерб здоро-
вью людей и окружающей природной среде (в первую очередь,
водной). В связи с этим сам документ можно считать одной из раз-
новидностей экологического паспорта природопользователя.

Экологическая оценка ТЭО проектов ГТС охватывает все сто-
роны взаимодействия объекта с компонентами окружающей сре-
ды, в том числе использование следующих средств и методов гид-
ротехнического обеспечения:

регулирование стока посредством водохранилищных гидроузлов:

создание подпоров воды путем строительства русловых водо-
подпорных сооружений;

дноуглубительные работы и регулирование русел;

перекрытие пойменной гидрографической сети глухими дамба-
ми-переездами;

перекрытие пойм насыпями и дамбами обвалования (дорог,
прудов рыбхозов, оросительных систем и участков);

рыбозащитные и рыбопропускные сооружения.

В результате воздействия средств гидротехники развиваются
многочисленные антропогенные изменения. Например, начиная с
30-х гг. XX в., в состоянии пойменной геоэкосистемы Нижнего
Дона отмечаются:

изменения гидрологического режима;

прекращение регулярных затоплений поймы во время прохож-
дения весенних половодий;

снижение меженных уровней воды в реке Дон и в пойменной
гидрографической сети (около 1,5 м в створе станицы Раздорской);

обмеление устьевых участков в притоках реки Дон;

усиление процессов водной эрозии берегов и др.
Особенно уязвимыми оказались биоценозы пойменных лесов,
в которых начались процессы деградации (ухудшилась лесопатологическая обстановка, изменилось биоразнообразие растительности животных¹).

Проблема реконструкции и технического перевооружения ГЭС за
последнее десятилетие приобрела особую остроту: крайне важно со-
хранить имеющиеся ГЭС и не допустить массового выхода их из строя.
Среди приоритетных природоохранных мероприятий на эксп-
луатируемых ГЭС выделяются общие технические решения по обес-
печению экологической безопасности:

восстановление утраченных элементов природной среды;
защита абиотических и биотических компонентов природно-
технической системы;

имитация естественных условий;
мониторинг природно-технической системы;
создание благоприятных условий проживания людей.
Современный уровень инженерных разработок позволяет, ра-
зумно сочетая способы мониторинга, восстановления, имитации,
защиты окружающей среды, создавать эффективные природно-
технические системы с ГЭС, сохраняя биоразнообразие и обеспе-
чивая благоприятные условия проживания людей. Важно учиты-
вать экологические воздействия гидротурбинного оборудования,
характеризующегося большим спектром негативных последствий:
травмирование гидробионтов, загрязнение водной среды нефте-
продуктами, шум, вибрация и др.

Транспорт

Деятельность различных видов транспорта: водного, железно-
дорожного, автомобильного, воздушного и трубопроводного на-
прямую связана с возможностью их негативного воздействия на
поверхностные и грунтовые воды. И не случайно в этой связи,
например, принята Рекомендация ХЕЛКОМ №17/1 от 13.03.96 по
снижению выбросов именно от транспортного сектора.

Нарушение стабильности водных экосистем в результате попа-
дания в водные объекты различных химических ингредиентов не-

минуемо ведет к их деградации и потере видового разнообразия.
Повсеместная эвтрофикация², загрязнение нефтяными отходами,

¹ Изменения не всегда означают уменьшение (например, возле автозаправоч-
ныхстанций биоразнообразие микробоценозов может возрастать)

² Эвтрофикация — повышенная продуктивность («цветение») и вторичное орга-
ническое загрязнение воды. Антропогенная эвтрофикация — результат избыточ-
нногосброса биогенных питательных веществ (в основном, фосфора и азота) со
сточными водами и поверхностным стоком, отличается от естественной высокой
скоростью процесса.

отходами пластика водных объектов вдоль придорожных полос по
ходу трасс является очевидным фактом, не требующим проведе-
ния аналитических исследований. И здесь в качестве экспрессного
метода оценки может использоваться такой интегральный показа-
тель, как рН среды.

Если сравнивать различные виды транспорта по приоритетно-
сти их вклада в загрязнение водных объектов, то, несомненно,
водный транспорт для поверхностных вод является наиболее опас-
ным, особенно при аварийных разливах нефтепродуктов. Автомо-
бильный и железнодорожный транспорт также оказывает суще-
ственное влияние на водные объекты, расположенные по ходу трасс.
Речь идет и о химическом загрязнении, и о физических факторах
воздействия. Также следует отметить, что загрязнение водных объек-
тов происходит не только различными транспортными средства-
ми, но и объектами транспортной инфраструктуры. Большой ущерб
наносят судоремонтные, судостроительные, вагоноремонтные,
вагоностроительные, шпалопропиточные и другие предприятия
транспортной отрасли.

Известно, например, что железнодорожный транспорт являет-
ся крупным потребителем воды. Она участвует в таких производ-
ственных процессах, как обмывка и промывка подвижного соста-
ва, охлаждение компрессоров и другого оборудования и т.д. Объем
оборотного и повторного использования воды на предприятиях
железнодорожного транспорта составляет около 30 %. Остальное
сбрасывается в поверхностные водные объекты — моря, реки, озера
и ручьи.

Загрязнение водоемов, находящихся в непосредственной бли-
зости к объектам автотранспортного спортивного комплекса, про-
исходит как непосредственно из стоков, содержащих нефтепро-
дукты, синтетические моющие средства, тяжелые металлы и т.п.,
так и через выбросы отработанных газов и твердых частиц в возду-
хе с последующим оседанием токсикантов в воду.

Вблизи аэропортов поверхностные воды загрязняются нефте-
продуктами в основном за счет утечки жидкого топлива при за-
правке самолетов, кроме того, при взлете и посадке в атмосферу
выделяется определенное количество его жидких и газообразных
продуктов сгорания, которые осаждаются в почве и водных объе-
ктах.

При эксплуатации водоемов речным и морским транспортом
также происходит их загрязнение. Сточные воды судов содержат
хозяйственно-бытовые стоки и сухой мусор. Они являются источ-
ником поступления в воду биогенных веществ, способствующих
эвтрофикации водоемов. Источниками загрязнения являются так-
же нефть и нефтепродукты. По данным статистики, ежегодно в
навигационный период на акватории Финского залива происхо-
дит не менее 10 случаев аварийного разлива нефтепродуктов. Зона

воздействия нефтяных пятен на биоценоз имеет радиус не менее
1,5— 2 км от эпицентра аварийного сброса. Водоемам может быть
нанесен невосполнимый ущерб вследствие высокой чувствитель-
ности живых организмов и растительности к нефтяному загрязне-
нию, а также стойкости и токсичности этого загрязнения. Кроме
того, на качество воды влияют также отработанные газы судовых
двигателей.

Негативные проявления крупномасштабной трансформации
окружающей среды сегодняшних дней диктуют необходимость
поисков эффективных мер по снижению риска воздействия та-
ких крупных техногенных источников, как автотранспортные ка-
нналы интермодальных коридоров. Характерной особенностью та-
кого экологически опасного пространства является возникнове-
ние зон риска, связанных с ухудшением дальности видимости (дым-
ки, туманы, смоги) и повышенной акустической нагрузкой. Имен-
но здесь возрастает вероятность возникновения аварийных ситуа-
ций и неблагоприятных последствий как для здоровья участни-
ков автодорожного движения, так и проживающих в прилегаю-
щей застройке.

В условиях территориально-пространственной изменчивости со-
стояния окружающей среды обоснование направлений гибкого ин-
вестирования капиталовложений в проектирование и последующее
строительство во многом зависит от комплексной ЭО техногенных
нагрузок на пересекаемые территории и формирования стратегии
оптимизации среды с позиций экологической безопасности.
При строительстве и эксплуатации магистральных трубопрово-
дов и отводов от них основными воздействиями на окружающую
среду являются нарушения грунтового, почвенного и лесного по-
кровов. Строительство трубопровода сопровождается также изме-
рениями дренажных путей грунтовых вод и перераспределением
загрязненных токсикантами грунтов в пределах урбанизированных
территорий (на расстоянии до 20 — 40 км от крупных промцент-
ров). Как известно, ответственным моментом при прокладке тру-
бопроводов являются переходы через водные преграды, организа-
ция технологического и экологического мониторинга и вопросы
пожарной безопасности. Кроме традиционной дюкерной проклад-
ки трубопровода в подводной траншее, применяются высоко на-
дежные переходы типа «труба в трубе» со щитовой проходкой и
подземный переход под руслом рек (с использованием наклонно-
го бурения большого диаметра).

Физико-механическое воздействие строительной техники в наи-
болыпей степени затрагивает почвенный покров в полосе отчуж-
дения, а инженерные мероприятия по прокладке траншей, ком-
муникаций и насосных станций — и верхние горизонты покров-
ных рыхлых отложений. Создание траншей и насыпей при этом
дополнительно может приводить к нарушениям режима верхних

горизонтов подземных вод, особенно при залегании их в виде изо-
лированных линз и наличии напоров.

Физико-химические воздействия в ходе строительства практи-
чески отсутствуют, за исключением возможных протечек и разли-
вов горюче-смазочных материалов.

В аварийных ситуациях основные воздействия на окружающую
среду оказывают работы по ликвидации последствий: нарушение
земель и загрязнение почв нефтепродуктами, повреждение дре-
нажных систем, загрязнение поверхностных и подземных вод.

Энергетика

При генерации энергии проблемными задачами являются:

снижение образования загрязнений в источнике: рециркуляция
газов, снижение коэффициента избытка воздуха; двустадийнос
горение, совершенствование воздухоподачи, горелочных устройств,
использование гидротоплив, снижение дисбалансов роторов, со-
вершенствование проточных частей турбомашин;

снижение загрязнений на пути их распространения (совершен-
ствование золоуловителей, способов сероочистки, азотоочистки,
каталитической очистки, способов очистки или утилизации неф-
тесодержаших вод, создание эффективных амортизаторов, шумо-
глушителей и экранов).

При производстве 1 кВт • ч электроэнергии на ТЭС тепловые
отходы в атмосферу и воду составляют соответственно 400 и
135 ккал, на АЭС — 130 и 1900 ккал. Средняя АЭС производитель-
ностью 3000 мВт электроэнергии за 1 ч производит более 5 млрд
ккал бросового тепла. Охлаждающая способность поверхности воды
варьирует в зависимости от ветра и температуры от 7 до 36 ккал в
час на 1 м² на каждый градус разницы между температурой воды и
воздуха. Следовательно, для рассеивания тепла стации мощностью
3000 мВт требуется 1800 га водной поверхности.

Необходимость эколого-экономического регулирования аэро-
техногенного воздействия предприятий топливно-энергетическо-
го комплекса (ТЭК) обусловлена приоритетным положением про-
блемы сокращения выбросов вредных веществ в воздушный бас-
сейн. Традиционный подход к снижению аэротехногенного воз-
действия на окружающую природную среду предприятий ТЭК ос-
нован на оценке их природоохранной деятельности по количеству
уловленных вредных веществ в системах очистки и предполагает
оптимизацию технологических процессов по критериям экологи-
ческой безопасности на всех этапах технологической цепочки про-
изводства тепла и электроэнергии из органического топлива: вы-
бор топлива, топливоподготовка, сжигание топлива, очистка от-
ходящих газов, эмиссия загрязняющих веществ в окружающий
воздушный бассейн.

Высокая токсичность, широкое распространение в атмосфере,
относительно длительные сроки пребывания в ней — свойства, ко-
торые выделяют из состава отходов ТЭК оксиды серы, азота, угле-
рода и золу, содержащую тяжелые металлы. Именно эти примеси
имеют наибольшую долю в объеме валового выброса загрязняющих
веществ предприятиями ТЭК в окружающую среду.

Для традиционной энергетики основная эколого-экономиче-
ская проблема — выбор топлива (мазут, уголь, природный газ,
горючие сланцы, торф, древесина). Критерием выбора является
максимальный эколого-экономический эффект, заключающийся
В экономически обоснованном использовании топлива в техноло-
гическом процессе производства энергии с минимальным ущер-
бом для окружающей природной среды. С этой целью в ТЭО про-
водится анализ технических характеристик топлива — зольности,
сернистости, влажности и теплоты сгорания, а затем осуществля-
ется выбор рациональных технологических элементов:

на этапе топливоподготовки предусматривается обессеривание
топлива, использование технологии гидротоплив, комбинирова-
ние топлива с коммунально-бытовыми отходами и отходами дере-
вопереработки;

на этапе сжигания топлива используется ввод рециркуляцион-
ных газов, снижение коэффициента избытка воздуха, двустадий-
ное сжигание топлива, использование паровых форсунок;

на этапе пылегазоподавления проектируются электрофильтры,
термическая нейтрализация.

Предприятия ТЭК оказывают значительное воздействие на вод-
ные объекты, в основном, в форме теплового загрязнения, кото-
рое приводит к целому комплексу как прямых, так и косвенных
отрицательных следствий: в 5—6 раз увеличивается испарение воды
и, в результате, значительно повышается минерализация вод, на-
рушается карбонатно-кальциевое равновесие, в подогретых водах
снижается растворимость кислорода, В типовом водоеме-охладите-
ле сдвиг даты весеннего очищения от льда почти линейно связан с
тепловой нагрузкой. При умеренных величинах подогрева в соче-
тании с наличием мелководий биологическая продуктивность во-
доема-охладителя резко возрастает. На мелководьях быстро разрас-
таются макрофиты, в фитопланктоне развиваются теплолюбивые
виды, обычно это синезеленые водоросли. При отмирании водо-
рослей в водоеме скапливаются большие массы разлагающегося
органического вещества, увеличивается БПК, снижается концен-
трация кислорода в воде, что в значительной мере ухудшает усло-
вия жизни гидробионтов и в ряде случаев ведет к заморам рыб и
гибели части зоопланктона.

В существующих водоемах-охладителях повышение температу-
ры воды обычно превышает установленные нормативы, особен-
но в летнее время. Причиной этого часто является некорректный

расчет разбавления нагретых вод 13 водоеме, при котором пред-
полагается, что в разбавлении участвует весь объем водоема, в то
время как обычно теплые воды остаются вблизи поверхности во-
доема и не смешиваются с нижними слоями. Более правильный
подход — установление региональных нормативов для темпера-
тур только поверхностных вод, а не средних по всей глубине. Кроме
ограничений на летнюю температуру воды, необходимо во всех
случаях устанавливать также ограничения на зимнюю, поскольку
нередко наблюдаемые в водоемах-охладителях температуры в 10 —
15 ⁰С выше нуля приводят к сбою естественной цикличности в
жизни рыб и зоопланктона, нарушениям в режимах питания и
размножения. Тепловое загрязнение водных объектов стало од-
ним из наиболее значимых воздействий при водопользовании.
Термин «тепловое загрязнение водоема» получил столь же широ-
кое распространение, как и понятие химического загрязнения
воды. Здесь основная проблема связана с использованием водных
объектов в качестве водоемов-охладителей технологических вод.
применяемых прежде всего в энергетике. Разница в температуре
забираемой и сбрасываемой воды летом составляет 5 —7°С, зи-
мой — 12—14°С.

Основные последствия теплового загрязнения водного объекта
сводятся к следующим моментам:

усиливается восприимчивость организмов к токсическим веще-
ствам;

происходит смена обычной водной флоры синезелеными водо-
рослями, продукты отмирания которых токсичны;

уменьшается содержание растворенного кислорода и одновре-
менно увеличивается потребность кислорода для дыхания орга-
низмов и деструкции органических веществ;

изменяется солевой состав;

происходит замена видового состава фито- и зоопланктона на
толерантный к высокой температуре; на уровне сообществ изме-
няются функциональные характеристики, основанные на соотно-
шении продукции к деструкции.

Предприятия ТЭК, работающие на твердом топливе, нуждают-
ся в размещении золошлакоотвалов, что порождает самостоятель-
ные экологические проблемы.

В 1965 г. в Чите была введена в действие крупная тепловая элек-
тростанция. При этом в качестве водоема-охладителя в технологи-
ческую схему станции был включен естественный городской во-
доем — озеро Кенон. Ввод в действие ТЭС повлек за собой значи-
тельные изменения водного и теплового балансов, изменился класс
вод с гилрокарбонатного на сульфатный. Под влиянием сбросов
содержание сульфатов постоянно увеличивалось и в настоящее
время превышает ПДК в 2,4 раза. Также превышает допустимый
уровень содержание фенолов, фторидов, меди и нефтепродуктов.

Сушествует угроза загрязнения подземных водоносных горизон-
тов, которые являются источником питьевого водоснабжения.

Поскольку ТЭС играет решающую роль в балансе энергосисте-
мы города и области, то ее приостановление или ликвидация
невозможны. Основная идея, положенная в основу мероприятий
по стабилизации и восстановлению озера, — разделение водоема
на две части: техногенную, выделенную в обособленное пользо-
вание ТЭС, и коммунально-бытовую с перетоком воды в техно-
генную.

При использовании водоема для охлаждения циркуляционной
воды требуется соблюдение нескольких условий: должно обеспе-
чиваться ее охлаждение до температуры, при которой возможно
ее повторное использование; уровень воды должен поддерживать-
ся выше минимально возможного. Исходя из максимально воз-
можных температур сбросной и охлажденной воды, циркуляцион-
ного расхода и конструктивных особенностей водовыпуска, под-
бором определяется площадь поверхности водоема.

Аналогичное решение использовано в г. Кировограде Сверд-
ловской области, где в техногенную часть водоема, примыкаю-
щую к обширному болотному массиву, сбрасывают коммуналь-
ные стоки.

Повышение энергосбережения и экологической безопасности
энергетики необходимо рассматривать комплексно по всем трем
составляющим ТЭК:

добыча, обработка и транспортировка топлива;

генерация энергии;

транспортировка и потребление энергии.

Все упомянутые основные воздействия необходимо учитывать
при разработке ТЭО энергетических объектов. Одновременно надо
помнить о достаточно широком наборе нетрадиционных источни-
ков энергии, что открывает целый ряд альтернатив.