Проблемы управления экологической ситуацией на горных территориях

В целом большие бетонные плотины каскада Нарынских ГЭС успешно выдержали испытание разрушительным землетрясением. Токтогульская плотина обнаружила высокие качества сейсмостойкости, правильность проектных решений.

Курпсайская плотина благодаря объёмному напряжённому состоянию вполне успешно перенесла динамические нагрузки Суусамырского землетрясения, также подтвердив высокую надёжность. Однако накопление остаточных деформаций от воздействия многочисленных перенесённых землетрясений требует проведения расчетов фактических запасов надёжности этого сооружения.

В дополнение к этому следует отметить, что в начале 90-х годов на Курпсайской плотине возникли проблемы с глубинным водосбросом. Глубинный водосброс в виде трубы размерами 5 × 7 м. располагается в секции плотины, примыкающей к зданию станции с правой его стороны. В плотине на глубинном водосбросе образовалась промоина длиной 20 м, высотой 2 м. и шириной 1,5 м. Между машинным залом и тоннелем было два метра бетона, из которых две трети было размыто (некачественный бетон), и любой экстренный пропуск воды из чаши водохранилища чреват затоплением машинного зала и выводом из строя генератора. В 1992 году были начаты ремонтные работы на глубинном водосборе.

Камбаратинские ГЭС.

Камбаратинские ГЭС №1 и №2, расположенные выше Токтогульского водохранилища (Рис. 3), специально предназначались для работы в энергетическом компенсирующем режиме, восполняющем снижение энергетической отдачи Нижне-Нарынского каскада ГЭС в зимний период года. С вводом этих ГЭС обеспечивается оптимальное использование водных ресурсов, полностью удовлетворяющее интересам, как ирригации, так и энергетики всех стран в бассейне Сыр-Дарьи, что исключает возможность возникновения каких-либо споров о режимах регулирования стока.

Строительство Камбаратинских ГЭС было начато ещё до распада СССР и в 1991 году практически заморожено из-за отсутствия средств. По ГЭС №2 выполнено 30% объёмов работ, по ГЭС №1 не более 5%. Очевидно, что в настоящее время финансирование строительства этих ГЭС из бюджета Кыргызстана связано с определёнными трудностями. Речь может идти, в основном, о получении долгосрочных иностранных кредитов на льготных условиях.

Отличительной особенностью Камбаратинских ГЭС является то, что плотины этих ГЭС возводятся путём направленных взрывов. Общий объём взорванной породы для плотины ГЭС-1 в массиве – 259 млн. м³, в разрыхлённом состоянии – 430 млн. м³, уложенный в полезный профиль плотины – 112 млн. м³. Для ГЭС-2 объём взорванного массива – 3,7 млн. м³, навала породы – 5,1 млн. м³, в том числе в проектном профиле плотины – 1,7 млн. м³.

Следует отметить, что после замораживания строительства этих объектов в 1991 году обстановка на гидроузлах и их сооружениях значительно осложнилась и привела на ГЭС-2 к положению, когда естественное равновесие массива в условиях горного склона оказалось нарушенным подсекающей выемкой котлована водоприёмника, а предусмотренные проектом мероприятия по созданию бетонных опорных конструкций не были возведены в проектном объёме в намечавшиеся сроки в связи с прекращением финансирования строительства.

Суусамырское землетрясение 1992 года привело к заметным нарушениям и подвижкам отдельных участков верхней зоны борта над сооружениями водоприёмника, осыпям, камнепадам и вывалам крупных обломков по другим объектам гидроузла. В апреле 1996 года произошло обрушение массива правого берега по проводящему каналу над водоприёмником объёмом до 25 тыс. м³, которым был полностью закрыт проход туннеля строительно-эксплуатационного водосброса. В мае 1996 года произошло вторичное обрушение массива. При этом образовавшийся навал породы полностью закрыл входные порталы трёх водотоков. Объём обрушения около 30 тыс. м³.

Очевидно, что в складывающейся обстановке, и учитывая взрывной способ возведения плотины, при принятии решения о продолжении строительства должен быть предусмотрен комплекс мер по обеспечению безопасности не только строительства, но и эксплуатации Камбаратинской ГЭС-2, и особенно приплотинных участков неустойчивых горных склонов.

Мероприятия по обеспечению безопасности сооружений ГЭС-2 потребуют не только выделения денежных средств, но и дополнительных инженерно-геологических изысканий, проектных проработок, возможно вплоть до отказа от взрывного способа возведения плотины.

Заиление водохранилищ.

Не менее важной проблемой, чем «старение» плотин гидротехнических сооружений, является сокращение объёмов водохранилищ в результате заиления. По данным Технического отчёта Всемирного банка средняя потеря объёма водохранилищ достигает 50 км³ в год или 1% общего объёма. В водохранилища бассейна Сыр-Дарьи ежегодно поступает от 390 тыс. тонн до 32 млн. тонн наносов, включая мелкозём, из них только на долю наносов ледникового происхождения приходится 30 – 50%. Например, в Токтогульское водохранилище ежегодно поступает 6,8 млн. тонн ледниковой муки.

В Кыргызской Республике в последние годы увеличилось число водохранилищ и бассейнов сезонного, декадного регулирования, заиленных на 50 – 70% или до высот гребня (например, бассейн сезонного регулирования на р. Майлуу-Суу ниже пос. Кок-Таш). Принимая во внимание важное значение проблемы заиления на устойчивость плотин необходимо выполнить комплекс работ по прогнозируемым процессам заиления, анализ предлагаемых контрмер, или направленных на смягчение воздействия заиления на безопасность и сокращение срока службы водохранилищ. В частности, при известном сроке службы водохранилища необходимо дать условия окончания службы плотины, например: будет ли она устойчива при условии заиления до гребня; при каком уровне заиления станет необходимым вывести плотину из эксплуатации, и что затем делать с пропуском паводков и наносов.

В гидротехнической практике известны различные методы борьбы с заилением, включая регулирование водоразделов, промыв наносов, землечерпательные работы. 

Задачи собственников и органов надзора по обеспечению безопасности гидротехнических сооружений.

В настоящее время, когда организации осуществлявшие проектирование, авторский надзор за состоянием крупных гидротехнических сооружений после развала СССР оказались за пределами Кыргызстана, когда ряд гидротехнических узлов и сооружений становятся собственностью определённых владельцев, вопрос об их безопасности встал особенно остро.

Местные органы управления при обеспечении безопасности гидротехнических сооружений зачастую даже не знают, кому принадлежат плотины и водохранилища. В этой ситуации собственник не осуществляет элементарного, с минимальными затратами, ухода за плотиной, и доводит её состояние до предаварийного, критического, а затем ставит вопрос об отсутствии финансовых ресурсов для производства ремонтных работ, и требует денег из бюджета.

В этой связи давно назрела необходимость принятия Закона о безопасности гидротехнических сооружений. Подобные законы приняты во всех развитых странах, в том числе и в России. 23 июня 1997 г. Государственной Думой принят Федеральный Закон о безопасности гидротехнических сооружений. Этот закон, как и пакет нормативных документов к нему, был разработан специалистами МЧС и Госгортехнадзора России.

Федеральный Закон регулирует отношения, возникающие при осуществлении деятельности по обеспечению безопасности при проектировании, строительстве, вводе в эксплуатацию, эксплуатации, реконструкции, восстановлении, консервации и ликвидации гидротехнических сооружений и эксплуатирующих организаций.

В США законодательство по безопасности плотин создавалось на протяжении 70 лет с 1928 г. под влиянием получивших широкую огласку случаев прорыва и разрушения плотин. В нём детально разбирается планирование и осуществление экстренных мероприятий, причины и характер аварий, меры противодействия, карты затопления, предупреждение властей и населения, эвакуация, мобилизация сил гражданской обороны в случае прорыва плотин.

Безопасность плотин должна явиться предметом заботы в Кыргызстане не только потому, что их много, но и потому, что некоторые из них были сооружены несколько десятков лет назад и не отвечают современным инженерным требованиям, особенно если учесть повышенную сейсмическую активность территории республики. Кроме того, не все плотины содержались и содержатся как полагается, и состояние многих из них неудовлетворительное и будет ухудшаться год от года, если не принять соответствующие инженерные, технические и организационно-юридические меры.

Подтопление территорий.

Подтопление – повышение уровня подземных вод (УПВ) и увлажнение грунтов зон аэрации, приводящие к нарушению хозяйственной деятельности на данных территориях, изменению физических и физико-химических свойств подземных вод, преобразованию почвогрунтов, видового состава, структуры и продуктивности растительного покрова, трансформации мест обитания животных (СНИП 2.06.15-85). Подтопление застроенных территорий подземными водами – это наиболее массовый инженерно-геологический процесс, который наносит ощутимый материальный, экологический и социальный ущерб. 

Временное, постоянное или эпизодическое изменение режима подземных вод (ПВ) вызываются двумя факторами: природными и антропогенными (техногенными).

К природным факторам изменения УПВ относятся:

1. Климатический – контролирующий величину питания ПВ за счёт атмосферных осадков.
2. Неотектонический – вызывающий изменение гипсометрического положения района относительно области питания и разгрузки ПВ.

Поднятие УПВ по климатическим факторам происходит за счёт увеличения питания атмосферными осадками при постоянной величине разгрузки подземных вод.

К антропогенным (техногенным) факторам повышения УПВ относятся:

1. Увеличение питания подземных вод за счёт увеличения расходов на поливы, расширения водоёмов, ирригационной сети, водопроводящей сети (водопроводы) и, как следствие этого, потери из них.
2. Уменьшение расходов дренажных и родниковых вод, что главным образом связано с засорением, разрушением коллекторно-дренажной сети.
3. Подпор ПВ крупными инженерными сооружениями, насыпью автодорог, железных дорог, глубокими фундаментами сооружений.

Техногенное влияние, приводящее к поднятию уровня ПВ, приводит к подтоплению застроенных территорий, целых посёлков и кварталов городов, при этом происходит затопление не только подвальных помещений, коммуникаций, но также ослабление конструкций фундаментов вплоть до их разрушения.

Усиленное испарение подземных вод в условиях аридного климата приводит к засолению почвогрунтов, которые вместе с ПВ создают агрессивную среду к бетонам, металлоконструкциям, оболочкам кабелей. Самым опасным последствием подтопления является возрастание сейсмичности, так как интенсивность воздействия землетрясений при этом значительно возрастает. В песчаных и супесчаных отложениях влияние УПВ на сейсмический эффект начинает сказываться с глубин 10 – 12 м. С приближением зеркала грунтовых вод к поверхности земли увеличиваются амплитуда и интенсивность сейсмических колебаний. Приращение сейсмичности возможно на 0,5 – 2 единицы.

Обводнение лёссовых грунтов приводит к потере структурных связей между частицами вследствие растворения солей цементирующего материала с последующим уплотнением грунта и большими просадочными деформациями.

Подтопление территорий имеет ещё один немаловажный аспект – социально-экологический, связанный с засолением почв и грунтов, с возникновением агрессивной среды и последующим разрушением элементов сооружений, сменой (а порой и исчезновение) флоры и фауны, изменением режима влажности в приземном слое атмосферы, дополнительными осадками и деформациями зданий, повышением сейсмической опасности. В целом существенно ухудшается качество окружающей среды, обостряется санитарно-эпидемиологическая обстановка, а вместе с ними – самочувствие людей, их эмоциональный настрой и совокупный социальный климат.

По степени опасности подтопление по отношению к различным сооружениям, объектам имеет различные критерии, так, при одной и той же глубине залегания УПВ они представляют различную опасность, например, для сооружений с глубоким заложением фундамента, ветхих зданий (домов) и сельхозугодий.

Подтопление связано, главным образом, с подпиткой подземных вод, неглубоким залеганием уровня, ненормированным поливом сельхозугодий, утечкой и фильтрацией из ирригационной сети, водоёмов, водохранилищ, превышением водопропуска по каналам, в крупных населённых пунктах и городах, с утечкой воды из водонесущих коммуникаций. 

Анализ фондового материала позволяет судить о повсеместном повышении УПВ в зонах неглубокого их залегания, и тенденция ведёт к расширению подтапливаемых площадей, т.е. увеличение приходной и уменьшение расходной части баланса подземных вод.

Ведение работ по инженерной защите территории от подтопления регламентируется СНИП 2.06.15-85. Исследования показали, что основной причиной расширения подтапливаемых площадей является повсеместное разрушение, неисправность, заиление и замусоривание существующей коллекторно-дренажной сети, приводящее к затруднению стока подземных вод. Имеется множество примеров, когда для увеличения пахотных участков существующие дрены засыпали и использовали новые площади для посевов сельскохозяйственных культур.

Для понижения уровня грунтовых вод, повышение которых связано с антропогенным влиянием и недопущения дальнейшего развития этих процессов, необходимо на государственном уровне осуществлять строгий контроль в области:

1. Состояния существующей коллекторно-дренажной сети (постоянный своевременный ремонт и очистка от мусора и ила).
2. Соблюдения норм полива орошаемых площадей.
3. Проведение противофильтрационных работ на каналах, реках, искусственных водоёмах.
4. Состояние водонесущих подземных коммуникаций.