Аннотация

Цель исследования – рассмотреть влияния гидротехнических сооружений на окружающую среду города Алматы. Экологическое влияние на флору и фауну гидротехнических сооружений в Алматы, в целом имеет отрицательную оценку, но их экономическое составляющая играет большую роль для экономики страны. Строительство гидроузлов — это строительство, оказывающее многогранное влияние на природу, особенно на экологическое состояние окружающей среды. Научная новизна работы заключается в подходе к изучению экологического влияния гидротехнических сооружений на водный баланс, загрязнение и испарение воды в Алматы. В результате эти направления развития помогут ускорить модернизацию и улучшить экологическое состояния и качества природы выбранной области.

Аңдатпа

Зерттеу мақсаты– гидротехникалық құрылыстардың Алматы каласының қоршаған ортасына тигізетін әсерін қарастыру. Гидротехникалық құрылыстардың Алматы каласының флора және фаунасына экологиялық әсері, жалпы алғанда кері әсерін тигізуде, бірақ олардың экономикалық бөлігі ел эконмикасында үлкен рөл ойнауда. Гидротораптардың құрылысы- ол табиғатқа сантүрлі әсерін тигізетін, әсіресе экологиялық жағдайына ықпал жасайтын құрылыс түрі. Бұл жұмыстың ғылыми жаңалығы Алматы каласында ораналасқан гидротехникалық құрылыстардың су балансына және оның ластануы мен булануына ықпалын зертеу тәсілінде.

Нәтижесінде,осы даму бағыттары қоршаған ортаны модернизациялауды тездетіп экологиялық жағдайын жақсартуға көмектеседі.

Annotation

Purpose of the study – consider the impact of hydraulic structures on the environment of the Almaty city. The environmental of the flora and fauna of hydraulic structures in the Almaty city in general, has a negative assessment, but their economic component plays a big role for the country's economy. The construction of waterworks is construction that has a multifaceted impact on the environment, especially on the ecological state of the environment. The scientific novelty of the work lies in the approach to the environmental impact of hydraulic structures on the environment of the Almaty city. As a result, these areas of development will help accelerate modernization and improve the ecological state and quality of the environment.

Гидротехнические сооружения нового поколения в городе Алматы

План

Введение

1. Географическое положение города Алматы

2. Основные притоки воды

3. Гидротехнические объекты и их характеристика

4. Проектируем гидротехнические сооружения нового поколения

5. Роль гидротехнических сооружений в энергетике и их влияния на ОС

6. Современное состояние гидротехнических сооружений города Алматы

7. Воздействие гидроэлектростанций (ГЭС) на водные ресурсы города Алматы

8. Проблемы и перспективы влияния гидротехнических сооружений на окружающую среду города Алматы.

Заключение

Введение

Большой частью экологического обоснования при размещении гидротехнических объектов является экологическая оценка воздействия гидротехнического строительства на все водные объекты в зоне влияния ГЭС. Это обстоятельство приобретает важную актуальность для условий межбассейнового перераспределения стока рек. Для достижения этой цели выполнены исследования, основными задачами которых являются: оценка современного состояния качества воды рек региона; прогноз техногенных изменений в качестве природных вод в связи с перспективным развитием Алматинской области и вводом в эксплуатацию комплекса гидроэлектростанций; разработка рекомендаций по водоохранным работам, в том числе обоснование санитарно-экологических попусков.

Гидротехническое строительство, применяемое для решения задач водообеспечения и энергетики, оказывает большое влияние на экосистемы водных объектов, и на их гидробиологический режим. Так же воздействию подвергаются еще и водные объекты, непосредственно затрагиваемые строительством, но и связанные с ними водоемы и водотоки, особенно расположенные ниже по течению. С учетом этого проведение исследований по изучению экологической обстановки в зоне нахождения объектов гидроэнергетики чрезвычайно важно и является неотъемлемой частью экологического обоснования намечаемой деятельности.

1. Географическое положение города Алматы

Город Алматы расположен в центре Евразийского континента, на юго-востоке Республи у подножья гор Заилийского Алатау — самого северного хребта Тянь-Шаня на высоте от 600 до 1650 метров над уровнем моря. Такое расположение во многом определяет направленность его развития и климат. У подножья гор зерновые, бахчевые, табачные плантации и виноградники сменяются на фруктовые сады и ягодники. Свыше 8000 гектар городской территории занимают сады и парки, скверы и бульвары. Город расположен на выносе древних и молодых отложений рек Большой и Малой Алматинок и их притоков. Горные реки и озёра являются основным источником для водоснабжения города.
Климат в городе резко-континентальный, с большими колебаниями температур не только в течение года, но и суток. С высоты менее 600 м городские улицы убегают на север, в степь, в полупустыню, упираясь в жаркие Прикаскеленские Муюнкумы. В южных жилых массивах на высоте 1555–1701 м над уровнем моря в урочище Медео и на Каменском Плато чувствуется дыхание ледников. [11].

Поселение, основанное в 1854 году на левом берегу нынешней Малой Алматинки, разрасталось из года в год и в итоге превратилось в областной город Верный, ныне Алматы. Тогда Малая Алматинка стала источником не только питьевой, но и воды для орошения садов и полей. В верхнем течении реки, ближе к горам, строились дома отдыха.

Малая Алматинка берет начало от ледника Туюк-Су, который находится на высоте 3 600 метров над уровнем моря. По мере спуска с гор вода проходит несколько природных зон — высокогорную, предгорную и равнинную. Ширина Малой Алматинки варьируется от 3 до 13 метров, максимальная глубина не превышает 1 метра. 

Река селеопасна и уже успела проявить себя в данном направлении — крупный сель Малая Алматинка принесла аж три раза: в 1921, 1956 и 1973 годах. Время добегания селевого потока от моренных озер до Дворца Республики — 1 час 22 минуты, что катастрофически быстро. В итоге, чтобы защитить город от потока камней, воды и обломков горных пород, в 1966 году была построена противоселевая плотина Медео. 

Благодаря расположению близ гор, Алматы знаменит разветвленной и насыщенной гидрографической сетью, общая протяженность русел составляет более 200 км. Немаловажную роль в формировании рек играют не только ледники, но и осадки: ярко выраженные времена года, жаркое лето и таяние ледников или весеннее таяние снега — реки Алматы постоянно подпитываются. Основных “водных артерий” у города три: Малая Алматинка в восточной части, Большая Алматинка в западной части города и Есентай (Весновка) — в центральной.  [13]

2. Основные притоки воды

В Малую Алматинку впадает несколько притоков: Комиссаровка, Бутаковка, Горельник, однако при выходе из Малого Алматинского ущелья река разделяется на три рукава и превращается в речки Есентай, Казачка и продолжение Малой Алматинки.  

Казачка - длина 4,5 км, питание снеговое и частично грунтовое. Средняя ширина русла 1,8 м, средняя глубина 0,15 м. 

Горельник — берёт начало с северного склона хребта Заилийский Алатау на высоте 3 тыс. м. Длина 5,8 км, площадь водосбора 12 км², имеет 2 притока общей длиной 4 км. В верховье реки 3 моренных озера. Ширина русла 1,8-2 м, глубина 0,15-0,2 м. Сток — круглый год. Река селеопасна. Наиболее крупные селевые потоки наблюдались 10 мая 1944 года и 22 мая 1951 года. 

Котырбулак — берёт начало на северном склоне горы Котырбулак и впадает в реку Малая Алматинка. Длина 32 км. 

Карасу — правый приток. Берёт начало из родников северного склона хребта Заилийский Алатау. Длина 17 км, имеет 11 мелких притоков. Сток наблюдается круглый год. 

Есентай (Весновка)

Есентай — искусственный левый рукав Малой Алматинки, отделяется дамбой при выходе из Малого Алматинского ущелья в конус выноса к западу от улицы Горной, в районе поворота к поселку Бутаковка. Протяженность: 43 км. После выхода из города вновь сливается с Малой Алматинкой в районе поселка Отеген Батыр. 

Река была образована во второй половине 19 века для отвода талых вод бурной Малой Алматинки, которая во время таяния ледников и обильных дождей выходила из берегов, что могло привести к наводнениям. В те времена создание Весновки, ныне реки Есентай, помогло обезопасить от затопления мосты и многочисленные мельницы, построенные на берегах Малой Алматинки. 

Как и другие горные реки, Есентай селеопасна, а скорость, с которой селевой поток от дамбы достигнет проспекта аль-Фараби — 37 минут. Однако профилактически работы и плотины помогают контролировать уровень воды. 

Большая Алматинка

Большая Алматинка образуется в результате слияния трех потоков, вытекающих из-под морены ледников Заилийского Алатау. Протяженность: 96 км Впадает в Большое Алматинское озеро, откуда дальше попадает в Алматы. Река расположена в горной, равнинной и переходной зонах, протекает по ледникам, скалам и среди лугов, попадая в город. 

Река находилась за чертой города Верный вплоть до 1936 года, тогда город заканчивался в районе Весновки. После, в нынешнем Алматы, построен плодоконсервный комбинат, а в районе Большой Алматинки построили множество домов, которые присоединили к городу. Некоторые из построек сохранились по сей день. 

Время, за которое по руслу Большой Алматинки сель может достигнуть озера Сайран — 1 час 24 минуты. Для защиты города была построена сорокаметровая плотина, которая в случае природной катастрофы способна остановить поток селя. 

Основными притоками реки являются:

Проходная — левый приток Большой Алматинки. Длина 21 км, площадь водосбора 83,3 км². Берёт начало из ледников центральной части хребта Заилийского Алатау на высоте 3418 м. 

Терисбутак — берёт начало на склоне хребта Заилийского Алатау на высоте 3200 м над уровнем моря, подпитывается родниками, впадает в Большую Алматинку на 71 км от устья. Длина 11 км. 

Помимо этого, притоками Большой Алматинки являются реки Кзыл-Кунгей, Серкебулак, Кумбель, Аюсай. 

3. Гидротехнические объекты и их характеристика

Гидротехнические сооружения (ГТС) представляют собой специально подготовленные емкости, дно и откосы которых оборудуются противофильтрационными устройствами для защиты от загрязнения подземных и поверхностных водоисточников. Поступления в природную среду и миграции загрязняющих веществ, содержащихся в воде ГТС, происходит их воздействие на атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почву, характер и величина которого определяются физико- химическими свойствами, массой и токсичностью ингредиентов отходов, аккумулируемых в ГТС, а также геологической структурой и климатическими и географическими особенностями региона. Различают бессточные ГТС, являющиеся накопителями сточных вод и жидких промышленных отходов и ГТС с выпуском воды в поверхностные водоемы, являющиеся накопителями-регуляторами сточных вод. Из бессточных ГТС поступление токсичных вод в водные объекты не допускается. Сброс сточных вод в водные объекты из ГТС, являющимися накопителями- регуляторами, допускается только в режиме, обеспечивающим соблюдение нормативных требований [3] с учетом конкретных гидрологических и гидрохимических характеристик реки-приемника сточных вод. ГТС - накопители сточных вод и промышленных отходов, независимо от их вида, должны располагаться на не затапливаемой паводками территории, сложенной из слабо фильтрующих пород. Их местоположение должно обеспечивать природную защищенность подземных вод [4]. В накопители должны направляться промышленные отходы, которые можно отнести к II –

IV классам опасности, определяемым в соответствии с [5]. Размер санитарно-защитной зоны от накопителя промышленных отходов до жилой зоны и приравниваемых к ней объектов (животноводческих ферм, предприятий по приготовлению кормов для сельскохозяйственных животных) определяется классом опасности принимаемых отходов: - II класса – 1000 м; - III класса – 500 м; - IV класса – 300 м. В результате различных аварий, вызванных техногенными причинами или природными обстоятельствами, на территории ГТС может возникнуть чрезвычайная ситуация, которая может повлечь за собой человеческие жертвы, ущерб

здоровью людей или ущерб окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей.

В Алматинской области функционируют 356 гидротехнических сооружений, протяженность ирригационных сетей составляет 16,6 тыс. км. Запланированные работы по ремонту и реконструкции каналов, плотин и гидроузлов позволят к 2028 году ввести в оборот 137,8 тыс. га орошаемых земель. В текущем году на развитие объектов водного хозяйства из областного бюджета выделено 2,1 млрд тенге, из них 1,4 млрд тенге — на капитальный ремонт 9 объектов. Реконструкция оросительных сетей за счет средств Исламского банка развития ведется в Ескельдинском, Аксуском, Алакольском и Коксуском районах. [13]

4. Проектируем гидротехнические сооружения нового поколения

Без строительства гидротехнических сооружений в наше время невозможно выполнить освоение и изучение водоемов, включая охрану и хозяйственное использование водных объектов, а именно:

• Строительство набережных;

• Создание плотин;

• Укрепление берегов;

• Накопление водохранилищ;

• Построение малых и больших гидроэлектростанций, а также, защитных дамб, причалов, шлюзов, каналов и тоннелей.

Гидротехнические сооружения нового поколения, проектируются и создаются в первую очередь для формирования искусственных и природных водоемов, в виде озер, прудов, водохранилищ, водотоков (таких как: реки и моря). Тем временем для выполнения защиты прибрежных территорий, поселков, городов и предприятий от наводнений, предполагают использование накопленных водных ресурсов для различных хозяйственных целей: в сельском хозяйстве применяются для орошения полей, в промышленности для производства электроэнергии. В то же время, использование энергии воды для получения электроэнергии – весьма сложный технологический процесс, обладающий существенными особенностями по сравнению с использованием энергии других возобновляемых источников.

Проектирование ГЭС – сферы особого внимания:

• Удаленность места, обладающего гидроресурсом, от объектов энергопотребления или электрических сетей. Слишком большая удаленность может существенно увеличить капитальные издержки.

• Риск природных катаклизмов. Технические решения должны учитывать все возможные воздействия стихии.

• Экологические требования. Проект должен строго соответствовать положениям законодательства об охране окружающей среды.

Не стоит забывать и об экологической составляющей, искусственные водоемы - это возможность рекреации, для разведения рыбы, купания людей, лодочных прогулок. В каждом случае наши специалисты начинают с разработки проекта с учетом особенностей геологического строения грунта и ландшафта участка, экономически рационального применения изымаемого грунта, обслуживания водоема, управления качеством воды в нем. Также мы выполняем благоустройство и реконструкцию готовых прудов. Гидротехнические сооружения включают в себя здания и сооружения, задействованные в сфере подачи и очистки воды, включая в себя плотины, гидроэлектростанции, каналы, туннели, судоприемники, шлюзы, дамбы и так далее. Принимая во внимание особую сложность строительства любого из таких сооружений важно правильно запроектировать его, причем с учетом требований, отраженных в нормативно-технических документах. Чаще всего проектно-сметная документация на гидротехнические сооружения составляется с использованием компьютерных программ, которые в несколько раз облегчают выполнение такой задачи. При правильном проектировании специалисты обязательно руководствуются также правилами гидротехники, теоретическими выкладками, нормативами и разработками других прикладных наук.

5. Роль гидротехнических сооружений в энергетике и их влияния на ОС

Строительство гидроузлов — это строительство, оказывающее многогранное влияние на окружающую среду, особенно на экологическое состояние окружающей среды. Масштабы этого влияния зависят от многих факторов: климата, геологических условий в районе строительства, назначения гидроузла, наличия крупных промышленных объектов и городов в районе строительства и т. д. Это влияние во многом благотворно: вырабатывается электроэнергия, столь необходимая для жизни людей и промышленного развития; земледелие на орошаемых землях дает более устойчивые урожаи, чем в естественных условиях. Кроме того, создаются водные акватории, способствующие развитию зон отдыха, водоснабжение населенных мест, появляются новые благоустроенные города и поселки, а также развивается рыбное хозяйство. [2]

Крупные водохранилища огромные аккумуляторы тепла и влаги. В суровых климатических условиях микроклимат в районе гидроузла зимой смягчается и становится более влажным. В жарких регионах микроклимат становится более прохладным, влажность повышается. Вместе с тем необходимо отметить, что в суровых климатических условиях испарение из водохранилищ обычно меньше испарения через растения и деревья на территории до ее затопления водохранилищем. В жарких регионах испарение может составить 25% и более годового стока реки в маловодные годы и 15% в средние по водности годы. [4]

Строительство гидроузлов, создающих водохранилища, сопровождается затоплением земель (иногда пахотных), поселков и даже городов, что требует переселения людей с обжитых земель на новые, нуждающиеся в освоении.

Орошение земель часто осуществляется с избытком, хотя превышение норм полива ведет не к повышению урожайности, а к ухудшению качества почв (например, снижается плодородие чернозема), к засолению, а иногда и к заболачиванию земель. Чрезмерный полив обусловливает повышение уровня грунтовых вод и подъем с водой из глубины соли. К заболачиванию и засолению почв приводит и чрезмерная фильтрация из магистральных и оросительных каналов, не имеющих противофильтрационной защиты или имеющих защиту низкого качества. Таким образом, огромные социальные и экономические успехи гидротехнического строительства оборачиваются иногда сложными экологическими последствиями. При строительстве гидроузла «Три ущелья» (КНР) переселено 1 млн человек, в том числе 0,7 млн сельскохозяйственного населения. [9]

Воздействие ГТС на среду обитания человека является переменным во времени. Поэтому важным является контроль состояния среды обитания человека и оценка воздействия ГТС на эту среду – воздух, поверхностные водоемы и подземные воды, почву. Оценка воздействия ГТС на окружающую среду может осуществлена с помощью критериев экологической обстановки территорий [6], где размещены ГТС. Согласно этим критериям, экологическая обстановка, может классифицироваться по возрастанию степени экологического неблагополучия как: 1. удовлетворительная; 2. относительно удовлетворительная; 3. напряженная; 4. критическая; 5. кризисная (чрезвычайная экологическая ситуация);

6. Современное состояние гидротехнических сооружений города Алматы

Так как водохранилища — это искусственные водоемы, созданные за счет водоподпорного гидротехнического сооружения (плотина), то они нуждаются в тщательной эксплуатации, т. е. все мероприятия и работы

должны обеспечить нормальное и безаварийное функционирование объекта. Особенно это касается плотин, водовыпусков, донных порогов, водозаборов и т. д. Ненадежное состояние гидротехнических сооружений, в частности плотин, может привести к чрезвычайным ситуациям. Безопасность гидротехнических сооружений — это комплексный показатель, включающий в себя как технические, так и социальные, экономические и экологические аспекты. Обеспечение безопасности гидротехнических сооружений включает планирование мероприятий по предупреждению опасных состояний гидротехнических сооружений и окружающей среды. Наиболее важным и трудоемким является процесс анализа и оценки рисков аварии ГТС, экспертная оценка состояния объекта, соответствия риска аварий допустимому уровню, установленному нормативной документацией [5, 6].

Оценка риска аварий включает в себя ряд последовательных процедур:

1. анализ возможных сценариев возникновения аварии;

2. определение нагрузок на гидротехническое сооружение;

3. определение условной вероятности возникновения аварии при воздействии на сооружение установленных нагрузок;

4. построение полей поражающих факторов приразвитии аварийной ситуации;

5. оценка рисков и ущерба при аварии на гидротехнических сооружениях.

Анализ факторов, влияющих на риск аварии, может основываться на материалах декларации безопасности гидротехнических сооружений [6].

Оценка эксплуатационного состояния грунтовой плотины как технической системы, состоящей из множества элементов, узлов и конструкций и находящейся под воздействием многочисленных нагрузок, является сложной и ответственной задачей эксплуатации гидротехнических сооружений.

Грунтовая плотина считается исправной, если она отвечает всем эксплуатационным требованиям и эстетическим показателям. Ответить на вопрос, исправна ли грунтовая плотина, можно лишь тогда, когда каждый элемент и узел плотины отвечает всем эксплуатационным и эстетическим требованиям. Проверка же каждого элемента и узла на соответствие предъявляемым им требованиям делает задачу оценки состояния плотины сложной, длительной и дорогой. Деформация грунтовых плотин происходит под воздействием сил тяжести, гидростатического и гидродинамического (фильтрация, сработка уровня воды) давления воды, вибрации водосбросных сооружений, при сейсмических воздействиях от движущегося транспорта.

Для современных систем сооружений ранее используемая качественная характеристика надежности не может быть использована для рационального проектирования, строительства и эксплуатации. Надежность

может быть определена как способность сооружения обеспечивать и сохранять в условиях эксплуатации значение заданных показателей в течение всего срока эксплуатации в границах установленных допусков или как способность безотказно работать в течение определенного интервала времени при заданных условиях эксплуатации. [8]

7. Воздействие гидроэлектростанций (ГЭС) на водные ресурсы города Алматы

В Казахстане имеются значительные гидроресурсы, мощность которых составляют 170 млрд кВт.ч в год. Экономически эффективные гидроресурсы сосредоточены в основном на востоке (горный Алтай) и на юге страны.

Крупнейшие ГЭС: на р. Иртыш сооружены Бухтарминская ГЭС – 0,7 млн кВт, Усть-Каменогорская ГЭС – 0,3 млн кВт и Шульбинская ГЭС – 0,7 млн кВт., на р. Или построена Капчагайская ГЭС – 0,4 млн кВт., обеспечивающие 10 % потребностей страны в электроэнергии. [10]

В Алматинской области подтопление определенных земель водохранилищем может привести к развитию фитоценоза в неблагоприятном для человека направлении: заболачивание площадей (нарушение эдафотона), смена культурных растений на болотные и т. д. Возможно появление малярии. Незамерзающая майна в нижнем бьефе гидроузла, расположенного в пределах города, в суровых климатических условиях может привести к по