Сложно разрешимой экологической проблемой, возникающей в результате создания и эксплуатации водохранилищ ГЭС на покрытых лесом территориях Сибири, является затопление значительных запасов древесно-кустарниковой растительности и появление на акватории водохранилищ огромных объемов плавающей древесины, оказывающей воздействие на водохозяйственные объекты [3, 4]:
– это снижает выработку электроэнергии, забивая защитные решетки водоводов ГЭС;
– представляет опасность для судоходства, особенно для судов на подводных крыльях;
– нарушает естественные условия среды обитания гидробионтов;
– оказывает влияние на качество воды;
– ухудшает эстетическое восприятие и рекреационную функцию водоема.
Очистка территории зоны затопления водохранилищ от древесно-кустарниковой растительности перед заполнением и последующая уборка с акватории плавающей древесины при эксплуатации водохранилища имеют свои особенности и сопряжены с определенными трудностями, рассмотренными в работе [4].
Цель исследования – обзор проблем сбора, транспортировки и утилизации плавающей древесины на водохранилищах ГЭС Сибири, рассмотрение особенностей разработки технологии очистки акватории водохранилища Богучанской ГЭС.
Материалы и методы исследования
Аналитический обзор материалов исследований и разработок по проблеме очистки акваторий водохранилищ ГЭС от плавающей древесины, выполненных ранее сотрудниками кафедры использования водных ресурсов СибГТУ.
Результаты исследования и их обсуждение
Причин появления плавающей по акватории водохранилищ ГЭС древесной массы много – это всплытие порубочных остатков после проведения лесосводки и лесоочистки, сухостоя и валежника с неподготовленной территории, а также отпад полузатопленных древостоев, хозяйственная деятельность на водохранилище (буксировка плотов, работа лесосплавных предприятий и т.п.), поступление с береговой линии водохранилища вследствие размыва и обвала берегов, стихийные явления; доля вклада каждого источника для различных водохранилищ сильно отличается.
Ни на одном водохранилище ГЭС Сибири работы по лесосводке и лесоочистке не были выполнены в проектном объеме, что явилось причиной затопления дополнительных объемов древесно-кустарниковой растительности, обусловивших появление значительных запасов плавающей древесины.
Для примера, в ложах водохранилищ ГЭС Ангаро-Енисейского бассейна после проведения лесосводки и лесоочистки предполагалось затопить (по проектам) не более 10,5 млн м3 древесины, но по различным причинам реальные объемы затопления составили 33,0 млн м3 и в настоящее время находится на плаву около 5,1 млн м3 [4]. Необходимо отметить, что запасы плавающей по акватории водохранилищ ГЭС древесины, несмотря на прилагаемые усилия по их сокращению (уборке), остаются сравнительно постоянными – это свидетельствует о непрерывном процессе восполнения за счет различных факторов.
При этом еще в 1986 году по поручению Совета Министров СССР от 06.07.1986 г. № ПП-9938 и решению коллегии Минлесбумпрома СССР была подготовлена комплексная программа «Очистка сплавных рек, водохранилищ и освоение плавающей, разнесенной, затонувшей древесины» [5], а институт Гипролестранс подготовил обоснования по очистке водохранилищ Братской, Усть-Илимской, Красноярской и Саяно-Шушенской ГЭС от плавающей древесной массы [1], но программа так и не была реализована.
Созданием технологий и технических средств очистки водохранилищ ГЭС от плавающей, полузатопленной и разнесенной по берегам древесины занимались многие отечественные и зарубежные проектные и научные организации [4], а разработки велись в основном по следующим трем направлениям: технические средства для сбора древесины с берегов и акватории водохранилищ; плавучие агрегатные технологии сбора с частичной переработкой древесины; сложные плавучие технологические комплексы с полной переработкой собранной древесины. Однако из-за высокой стоимости изготовления и эксплуатации технологические комплексы не получили широкого распространения.
Для разработки технологий и технических средств очистки необходимо:
1) иметь данные о реальных объемах затопления древесно-кустарниковой растительности и прогноз поступления древесной массы на акваторию водохранилища;
2) определить места концентрации плавающей древесной массы, т.к. она под действием ветра мигрирует по акватории водохранилища;
3) знать качественный и фракционный состав древесины для выбора направлений и технологий переработки;
4) обосновать технологию очистки водохранилища, при этом возможны варианты:
а) сбор древесной массы самоходными плавучими агрегатами с предварительной подготовкой ее для транспортировки к пунктам выгрузки,
б) сбор, частичная или полная переработка древесной массы с помощью самоходных или несамоходных плавучих агрегатов и транспортировка готовой продукции,
в) сбор плавающей древесины катерами в кошели, буксировка их к стационарному или плавучему причалу для выгрузки на берег с целью последующей утилизации;
5) учитывая распределение запасов древесины по участкам водохранилища и транспортную структуру прилегающих территорий, определить пункты выгрузки древесины.
Выбор технологии сбора и переработки древесной массы необходимо осуществлять индивидуально для каждого водохранилища с учетом его особенностей (основные характеристики, морфология, ветро-волновой режим, объемы древесины, социально-экономические условия и транспортная инфраструктура района, потребители и т.п.).
Рассмотрим реализованные технологии очистки от плавающей древесной массы водохранилищ ГЭС на Ангаре и Енисее.
Уже в период строительства плотины и первые годы эксплуатации Саяно-Шушенской ГЭС акватория водохранилища оказалась сильно засорена (захламлена) плавающей древесиной (рисунок, а), что отразилось на работе станции и качественном составе воды.
а б
в
Плавающая древесина на Саяно-Шушенском водохранилище в 1986 г. (а), у плотины Богучанской ГЭС в 2013 г. (б) и обрушение берегов Богучанского водохранилища (в)
С 1987 г. начались работы по сбору и транспортировке свободноплавающей древесины в запань залива Джойская Сосновка и организованы другие запани-лесохранилища. В 1990-е годы часть древесины из водоохранной зоны водохранилища была транспортирована на участок складирования, расположенный в долине ручья Безымянный (правый приток р. Джойская Сосновка), где так называемый «древесный хлам» укладывался навалом для естественного перегнивания без проведения рекультивационных работ.
В 1994 г. АО «Ленгидропроект» разработало «Проект берегового хранилища извлекаемого из водохранилища плавника» с комплексом сооружений для хранения извлекаемой из Саяно-Шушенского водохранилища древесины объемом до 1 млн м3 [6].
В 2002–2005 гг. был организован пиролизный цех и производилась утилизация плавающей древесины переработкой на древесный уголь, но этот способ оказался малопроизводительным (до 5,5 тыс. м3/год) и экономически неэффективным.
В 2009 г. ЗАО «Центр инженерных технологий» разработало рабочий проект [7], предусматривающий сбор древесного хлама в кошели, буксировку его по воде до места выгрузки, погрузку на автотранспорт и вывозку до места захоронения. Проект рассчитан на 7 лет, и его реализация началась в 2010 г. Захоронение древесины обусловлено тем, что из-за длительного нахождения в воде она потеряла товарный вид и имеет низкое качество, в связи с чем не пользуется спросом и не находит применения в хозяйственных целях.
С начала производства работ в 1980-е годы и по настоящее время с акватории Саяно-Шушенского водохранилища было извлечено и утилизировано около 1,5 млн м3 древесины.
Для очистки водохранилища Братской ГЭС от плавающей древесины отраслевой лабораторией СТИ (ныне СибГТУ) была разработана и внедрена технология, не требующая больших капитальных затрат [2], включающая сбор плавающей и частично обсохшей на береговой полосе водохранилища древесной массы, транспортировку ее до пункта сортировки и сплотки с последующим формированием пучковых и хлыстовых плотов для поставки их на Братский ЛПК. По данной технологии с акватории Братского водохранилища в навигацию убиралось и поставлялось потребителю около 300 тыс. м3 древесины и за период 1964–1992 гг. было собрано и передано Братскому ЛПК около 9 млн м3 [4].
В июне 2015 г. до проектной отметки заполнилось водохранилище Богучанской ГЭС, в ложе которого затоплено 10,3 млн м3 древесины. Уже в период наполнения к плотине стала поступать плавающая древесная масса и началось интенсивное обрушение берегов водохранилища с растущим на них лесом (рисунок, б и в).
По прогнозу [8], разработанному сотрудниками кафедры использования водных ресурсов СибГТУ, непосредственно после заполнения водохранилища на плаву окажется 564,2 тыс. м3 древесины, а уже через год увеличится до 1,2 млн м3.
Богучанское водохранилище отличается от других водохранилищ Ангарского каскада следующими особенностями: акватория располагается в пределах двух субъектов РФ; слаборазвитая транспортная сеть прилегающих территорий; дефицит трудовых ресурсов и слабая заселенность берегов; затрудненность судоходства (условно свободной акваторией можно считать только пройденные лесоочисткой спецучастки водного флота); отсутствие лесоперерабатывающих мощностей и потенциальных потребителей; проектные работы по очистке планируются на перспективу и базируются только лишь на данных прогнозов.
С учетом отмеченных особенностей для Богучанского водохранилища была предложена малозатратная технология: сбор древесины катерами в кошели, буксировка их в пункты выгрузки. Анализ морфологии и ветро-волновых условий водохранилища позволил установить места концентрации плавающей древесины, а также определить пункты выгрузки древесины. При этом, в зависимости от поставленной цели (полная очистка водохранилища, обеспечение безопасности судоходства или только работы ГЭС), предложена организация различного количества выгрузочных пунктов с ежегодным объемом освоения 90–520 тыс. м3 плавающей древесины. Для выгрузки рекомендовано использование плавучих причалов, позволяющих производить работу на различных отметках и у необорудованного берега, с установленными на них мобильными перевалочными машинами [8].
Выводы
Для разработки технологии очистки водохранилища от плавающей древесины необходимо знать: морфометрическую характеристику водохранилища и ветро-волновой режим; общие объемы и места дислокации древесины на акватории; социально-экономические условия и транспортную структуру в районе расположения водохранилища.
При подборе технических средств для выполнения работ необходимо предусматривать использование современной высокопроизводительной техники и оборудования, серийно выпускаемого промышленностью, т.к. на создание «нового образца» потребуется много времени, а эффективность его применения не всегда оправдана.
Окончательный выбор техники и технологии очистки акватории водохранилища должен производиться путем сравнения технико-экономических показателей различных вариантов, с учетом эколого-экономического обоснования.
У авторов статьи имеется ряд запатентованных разработок технических средств и технологий очистки водохранилищ от древесной массы, а также снижения объемов поступления древесины с размываемых берегов водохранилищ [2, 9, 10, 11 и др.].
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Краевого фонда науки в рамках научных проектов № 15-45-04333 «р_сибирь_а» и № 05/15.
Рецензенты:
Полетайкин В.Ф., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой технологий и машин природообустройства, ФГБОУ ВО СибГТУ, г. Красноярск;
Холопов В.Н., д.т.н., профессор кафедры автомобилей, тракторов и лесных машин ФГБОУ ВО СибГТУ, г. Красноярск.