«ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ КОМПЛЕКСЕ РОССИИ Под общей редакцией академика РАСХН, доктора технических наук, профессора В.Н. Щедрина Новочеркасск 2009 УДК 333.93:630:631.6 ...»

Комплексные и рациональные мелиорации земель способствуют решению проблем социально-экономического развития в АПК и сохранению природной среды и природно-ресурсного потенциала для удовлетворения потребностей нынешнего и последующего поколений населения России, что отвечает требованиям устойчивого развития данной отрасли хозяйственной деятельности.

Одним из основных видов мелиорации является орошение, как основное средство интенсификации земледелия в аридных регионах, подверженных постоянным засухам (Поволжье, Северный Кавказ, Западная Сибирь, Восточная Сибирь), где испарение влаги превышает величину атмосферных осадков.

Основные площади орошаемых земель сосредоточены в СевероКавказском и Поволжском регионах (более 60 %), расположенных в степных и сухостепных зонах, а также в Центрально-Черноземном, Центральном и Западно-Сибирском регионах (около 20 %).

Анализ показателей обеспечения социально-экономических потребностей АПК в водных ресурсах за 2006 год показывает, что по всем рассматриваемым категориям потребителей фактическое водопотребление существенно ниже нормативного.

Так, водообеспеченность хозяйственно-питьевых нужд сельского населения остается крайне низкой (27,3 %). На орошение тратится 56,9 %, а на обводнение всего 21,9 % от нормативной водопотребности. Потребности животноводства и птицеводства обеспечены лишь на 42,8 %. В целом же при значительных запасах пресной воды обеспечение агропромышленного к о м плекса России составило всего 51,4 %.

Закономерное возрастание требований к рациональному использованию водных ресурсов и охране окружающей среды диктует необходимость постоянного совершенствования водопользования в АПК, которое является одной из наиболее водоемких отраслей народного хозяйства.

Все вышеизложенное требует поиска новых путей совершенствования и повышения эффективности использования водных ресурсов в АПК, важным средством которого является нормирование водопользования. В орошаемом земледелии, где нормирование обеспечивает экономный расход воды и необходимый уровень урожайности, оно играет особенно важную роль.

Экономия оросительной воды может и должна достигаться за счет организации водоучета, оптимизации режимов орошения, повторного использования сбросных и коллекторно-дренажных вод, ежегодного анализа и контроля использования воды.

2. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОГО

КОМПЛЕКСА АПК

По данным государственного водного кадастра об использовании вод в Российской Федерации, суммарный забор воды из природных водных объектов снизился с 83,7 км3 в 2002 г. до 79,2 км3 в 2006 г. При этом потери воды достигают 10-15 % от водозабора (табл. 2.1).

Основные показатели водопотребления в Российской Федерации 2. Использовано воды всего, 64864 64091 61537 61335 62153 95, Так же снизились показатели использования воды, как общие, так и в агропромышленном комплексе, включая использование воды на орошение и сельскохозяйственное водоснабжение, что составило соответственно – 95,8; 93,9; 97,0 и 63,9 %. В то же время использование воды на обводнение резко возросло до 106,9 %, несмотря на существовавшую до 2005 г. тенденцию устойчивого снижения.

Сравнительный анализ структуры водопользования свидетельствует об увеличении объемов воды, использованной в сельском хозяйстве на орошение, с 88,5 % (в 2002 г.) до 91, 7 % (2006 г.) и обводнение с 0,9 до 1,0 % с одновременным снижением объемов воды на сельскохозяйственное водоснабжение с 10,6 до 7,3 % соответственно (табл. 2.2).

Сравнение долевого участия статей расхода при использовании Использовано воды в сельском хозяйстве, в том числе:

- на сельскохозяйственное водоснабжение Общие потери на испарение, фильтрацию и по длине * КПД магистральной и межхозяйственной сети* Вынужденный сброс в поверхностные водные объекты на оросительных систе- 496,1 5,9 358,9 4, мах* Примечание: * – данные экспертной оценки При этом отмечено снижение общих потерь воды в связи с незначительным повышением КПД межхозяйственной оросительной сети с 0, в 2002 г. до 0,73 в 2006 г. Произошло также снижение суммарного стока и вынужденных сбросов на оросительных системах.

Анализ показателей обеспечения социально-экономических потребностей АПК в водных ресурсах за 2006 год показывает, что по всем рассматриваемым категориям потребителей фактическое водопотребление существенно ниже нормативного (табл. 2.3).

Так, водообеспеченность хозяйственно-питьевых нужд сельского населения остается крайне низкой (27,3 %). На орошение тратится 56,9 %, а на обводнение всего 21,9 % от нормативной водопотребности. Потребности животноводства и птицеводства обеспечены лишь на 42,8 %. В целом же при значительных запасах пресной воды обеспечение агропромышленного комплекса России составило всего 51,4 %.

Обеспеченность социально-экономических потребностей АПК в водных ресурсах (без учета перерабатывающей промышленности) Категории Количест- Нормативная Фактическое Отношение факпотребителей венные водопотреб- водопотреб- тического водопоказатели ность, млн м3 ление, млн м3 потребления к 1. Хозяйственно-питьевое населения, млн чел.

водства Примечание: Нормативная водопотребность рассчитана по справочным данным, фактическое использование взято по данным Водного кадастра России [1].

Закономерное возрастание требований к рациональному использованию водных ресурсов и охране окружающей среды диктует необходимость постоянного совершенствования водопользования в АПК, которое является одной из наиболее водоемких отраслей народного хозяйства.

Все вышеизложенное диктует необходимость поиска новых путей совершенствования и повышения эффективности использования водных ресурсов в АПК, важным средством которого является нормирование водопользования.

В орошаемом земледелии, где нормирование обеспечивает экономный расход воды и необходимый уровень урожайности, оно играет особенно важную роль.

Экономия оросительной воды может и должна достигаться за счет организации водоучета, оптимизации режимов орошения, повторного использования сбросных и коллекторно-дренажных вод, ежегодного анализа и контроля использования воды.

2.2. Использование поверхностных и подземных вод По данным государственного водного кадастра об использовании вод, суммарный забор воды из природных водных объектов в настоящее время стабилизировался на уровне 80 км3.

Потери воды в сетях при транспортировке от водоисточников до водопотребителей составляют 8,0 км3. Наибольшие потери воды, до 26 %, наблюдаются в сельском хозяйстве.

В Российской Федерации используется свыше 61 км3 свежей воды, 79 % – изъятой из поверхностных источников, 13 % – из подземных, 8 % – морской воды.

Объем сточных вод, сбрасываемых в поверхностные водные объекты в целом по России, имеет незначительную динамику снижения и в настоящее время составляет около 51 км3. В структуре водоотведения по объему на долю сельского хозяйства приходится 11,7 % объемов сточных вод.

К категории загрязненных относится 17,7 км3 сточных вод (34,8 % их общего объема). При общем объеме сточных вод, требующих очистки 19,9 км3, до нормативов очищается только 11 % (2,2 км3), без очистки отводятся 3,4 км3. При этом мощности очистных сооружений в целом по России составляют около 30 км3.

В структуре сброса загрязненных сточных вод сельское хозяйство сбрасывает 7 % всех загрязненных сточных вод.

Подземные воды на территории России эксплуатируются неравномерно. В 35 субъектах Российской Федерации доля подземных вод в хозяйственно-питьевом водоснабжении составляет от 70 до 100 %, в 12 субъектах удельный вес использования подземных вод не превышает 10-20 %.

(на 01.01.2008) 31 млн м3/сут., в том числе на участках с разведанными запасами распределенного фонда недр – 14,9 млн м3/сут. Свыше половины добычи осуществляется на участках, не имеющих разведанных и прошедших государственную экспертизу и государственный учет запасов.

Наибольшее количество подземных вод добывается в пределах: Центрального федерального округа – 9,7 млн м3/сут. (31 %), Приволжского – 5,6 (18 %), Сибирского – 5,3 (17 %) и Южного – 4,5 (14,4 %). По остальным трем округам: Уральскому – 2,8 млн м3/сут., Северо-Западному – 1,7 млн м3/сут. и Дальневосточному – 1,4 млн м3/сут. суммарная величина добычи и извлечения составляет около 6 млн м3/сут. или 19,4 % от общего количества по России.

Оценка перспективных потребностей в водных ресурсах на расчетные уровни 2015, 2030 и 2050 годов проведена с учетом прогнозов численности населения, развития отраслей промышленности и сельскохозяйственного производства, орошаемого земледелия, а также тенденций изменения удельных показателей водопотребления.

Использование пресной воды к 2020 году возрастет по сравнению с 2008 г. на 8 км3 и составит 70,0 км3 в год. На агропромышленный комплекс придется при этом 15 км3. Общий забор пресной воды по России из природных водных объектов прогнозируется в 82 км3, в том числе из поверхностных водных объектов – 69,5 км3, из подземных источников – 12,5 км3. В сельском хозяйстве в связи с намечаемым развитием агропромышленного комплекса прогнозируется рост водопотребления.

Для устойчивого обеспечения населения страны продовольствием, по данным Минсельхоза России, площадь орошаемых земель должна составлять 12,0 млн га. Однако с учетом обеспеченности различных регионов оросительной водой она ограничена и составляет 10,1 млн га (табл. 2.4).

Площадь орошаемых земель, необходимая для обеспечения устойчивого развития сельского хозяйства засушливых регионов России В этой связи прогнозируется рост водопотребления с 11,3 до 13 км к 2010 году и последующим ростом до 14-16 км3 к 2015 году, 16-20 км к 2030 году и 18-24 км3 к 2050 году.

Общий забор поверхностных вод к 2015 году может возрасти до 78км3, к 2030 году – до 82-94 км3 и к 2050 году – до 86-104 км3.

Однако даже при максимальном росте водопотребления объем водозабора прогнозируется ниже уровня 1990 года, когда был зафиксирован максимальный водозабор в стране.

Объемы забора «свежей» воды из водоисточников определены с учетом ожидаемого снижения потерь воды (разница между забором и использованием) с 18-24 % в период 1990-2005 годы до 15-17 % к 2015 году, 12-14 % к 2030 году и 10-12 процентов к 2050 году.

Наибольшие объемы водозабора возможны в бассейнах рек Волги, Камы, Оки, Оби.

Принятые объемы забора и использования пресной воды являются ориентировочными и подлежат уточнению в схемах комплексного использования и охраны водных объектов по мере разработки программ социальноэкономического развития страны и отдельных отраслей с конкретными показателями на перспективу.

2.3. Защита от негативного воздействия вод природного По экспертным оценкам, ежегодный совокупный ущерб от наводнений в России составляет около 50 млрд рублей (100 млрд рублей по данным МЧС России).

Периодическому затоплению в России подвержена территория около 400 тыс. км2. Затоплению подвержены 300 городов, в том числе более 40 крупных, тысячи населенных пунктов с населением около 5,0 млн человек, множество хозяйственных объектов, более 7 млн га сельскохозяйственных угодий.

За последние 15 лет опасные наводнения фиксировались во многих регионах нашей страны. В бассейне Тобола, на притоках Северной Двины, на Печоре, реках Заволжья и Приморского края, на Лене, Кубани, Тереке и ряде других рек эти наводнения принимали катастрофический характер.

В 1994 году наводнениями были охвачены многие бассейны рек европейской части страны. Наводнение в Калмыкии – общий ущерб составил 12 млрд рублей (в ценах 1991 года). По Ростовской области ущерб составил 28 млрд рублей. Катастрофическое наводнение произошло в бассейне Тобола, затоплению подвергся областной центр – город Курган, где уровень воды превысил максимальную отметку повторяемостью 1 раз в 100 лет.

В 1998 году в результате ледяных заторов крупные наводнения произошли в Вологодской области на реке Сухоне, а также в Якутии на реке Лене. Материальный ущерб составил 1,3 млрд рублей.

На основе статистического анализа данных о затоплениях, отмечавшихся наземной сетью гидрологических станций и постов Росгидромета, установлено, что наиболее опасным годом на европейской территории страны в период с 1990 по 2005 год был 1994 г., когда были зарегистрированы 72 наводнения, а обеспеченность максимальных уровней достигала 1-10 %. При этом в бассейне Волги наводнения отмечались на 66 % рек, в бассейне Дона – на 82 % речных бассейнов.

На Азиатской территории России наибольшее число затоплений прибрежных территорий было отмечено в 2002 году, когда наводнения были отмечены в бассейнах 100 рек. При этом наибольший процент затоплений был зарегистрирован в бассейне Оби (54 %), а в остальных бассейнах сибирских рек затоплению подвергались 24-33 % прибрежных территорий.

Важным звеном системы предупреждения вредного воздействия вод и ликвидации его последствий является прогнозирование гидрологических явлений, однако качество гидрологического прогнозирования в течение последних 50-ти лет не только не улучшается, но, как показывает анализ Росгидромета, падает. Количество пунктов наблюдений за гидрологическим режимом водных объектов в настоящее время составляет 3173, из них 2810 речных и 363 озерных.

Ежегодно в рамках проведения противопаводковых мероприятий проводятся мероприятия по восстановлению гидрологических постов, разрушенных паводками, на период прохождения паводков открываются временные гидрологические посты, проводятся наземные и авиационные обследования затопленных территорий, проводятся дополнительные снегосъемки, приобретаются приборы и оборудование, включая средства связи, передается дополнительная информация. За период с 2004 года в целом было восстановлено 1936 гидрологических постов, открыто 447 временных постов.

Техническое оснащение гидрологической сети в крайне неудовлетворительном состоянии. Амортизация парка средств измерений достигла предельного значения, около 80-90 % эксплуатируемых приборов и оборудования уже многократно выработали свой технический ресурс, многие средства измерений морально устарели, закупки приборов и оборудования производятся в единичных количествах только из внебюджетных средств, получаемых от заказчиков гидрометеорологической информации.

Риски, связанные с пропуском половодья и паводков в значительной мере снижаются комплексом противопаводковых мероприятий, ежегодно организуемых и проводимых МЧС России, Росводресурсами, Росприроднадзором с участием органов государственной власти субъектов Российской Федерации, органов местного самоуправления, балансодержателями сооружений инженерной защиты и эксплуатирующими организациями.

В 2005 году проведены работы по определению зон возможного затопления территорий паводковыми водами, предпаводковому обследованию русел и берегов рек и гидротехнических сооружений, разрушению ледового покрова и другим предупредительным противопаводковым мероприятиям на наиболее паводкоопасных участках рек Северной Двины, Сухоны, Волги, Камы и Белой, Оки, Кубани, Терека, Иртыша, Тобола, Енисея, Лены, Печоры, рек бассейна Балтийского моря и ряда других рек протяженностью около 10 тыс. км. На эти цели направлено более 400 млн рублей, что более чем в 8 раз превышает затраты на эти цели из федерального бюджета в 2004 году.

В 2005 г. организованы и выполнены мероприятия и работы по расчистке и регулированию русел 120 рек для повышения их пропускной способности в целях снижения угрозы затопления, подтопления и нарушения условий жизнедеятельности в период половодья и паводков.

В результате вышеизложенного можно сделать вывод, что комплексная задача сокращения ущербов от вредного воздействия вод природного и техногенного характера в настоящее время решается только реализацией системы взаимосвязанных мер – своевременным и достоверным прогнозированием и предупреждением регулирующих противопаводковых емкостей водохранилищ и их каскадов, поддержанием в исправном техническом состоянии сооружений инженерной защиты территорий, установлением и соблюдением режимов использования паводкоопасных территорий (включая контроль застройки паводкоопасных территорий и нижних бьефов гидроузлов).

2.4. Состояние гидротехнических сооружений По данным Мелиоративного Кадастра, общее количество гидротехнических сооружений (ГТС) на мелиоративных системах (рис. 2.1) составляет 1 млн 918 тыс. шт., в том числе на Госсистемах – 282 тыс. шт., из них в федеральной собственности – 58,25 тыс. шт., в собственности субъектов Федерации – 224,42 тыс. шт., в муниципальной и собственности юридических и физических лиц – 1 млн 635,4 тыс. шт.

На основании проведенной инвентаризации, на балансе (в ведении) федеральных государственных учреждений Депмелиоводхоза находится 250 водохранилищ, 163 плотины, 2201 регулирующих гидроузлов, 499 водозаборных сооружений, 29018 км каналов оросительных систем и 13720 км каналов осушительных систем, 5347 км трубопроводов, 1661 насосных станций оросительных систем и 133 НС осушительных систем, дамб 3343 км (на осушительных и оросительных системах).

Рис. 2.1. Распределение гидротехнических сооружений мелиоративного назначения по типам и формам собственности На рис. 2.1-2.7 приведены общие данные о количестве ГТС на оросительных и осушительных системах, их распределение по федеральным округам.

НА ГОССИСТЕМАХ ПРОЧИЕ

К настоящему времени срок эксплуатации большинства сооружений мелиоративного назначения составляет от 30 до 50 лет, который является предельным для такого класса сооружений. Ввиду длительного срока работы многие из ГТС мелиоративного назначения требуют реконструкции, ремонта или модернизации. По предварительным оценкам общее количество таких гидротехнических сооружений составляет более 50 %.

При этом особо потенциально опасных напорных сооружений насчитывается 250 сооружений. В их числе: 44 – крупные водохранилища (объемом более 10 млн м3), 105 – средние (объем от 1 до 10 млн м3) и 101 – малые (объем менее 1 млн м3).

Кроме того, в ведении Минсельхоза России находится 2,2 тыс. ед. регулирующих гидроузлов, 3,3 тыс. ед. защитных валов и дамб, а также межрегиональные водные тракты, обеспечивающие водоснабжение многих населенных пунктов (города Пятигорск, Ессентуки, Элиста и др.).

При этом следует отметить, что срок эксплуатации многих крупных сооружений (54 % от общего числа) составляет более 35 лет.

Средний процент износа крупных ГТС составляет 56 %, средних – 34 %.

По техническому состоянию эти сооружения оцениваются как неудовлетворительные и аварийные. По безопасности эти ГТС характеризуются неудовлетворительным и опасным (критическим) уровнем безопасности.

Такое техническое состояние объясняется, в основном, нарушением системы технического обслуживания и ремонта сооружений, в результате чего появилась высокая вероятность чрезвычайных ситуаций, и в особенности при прохождении половодий и паводков.

В зонах риска только крупных водохранилищ (емкостью более 10 млн м3) расположено около 370 населенных пунктов с численностью населения около 1 млн человек, а также находятся многочисленные объекты экономики и социальной сферы, которые могут пострадать в результате аварий на ГТС.

Закон от 21.07.1997 г № 117 ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений» обязывает юридических лиц, которым принадлежат ГТС, разрабатывать декларации их безопасности.

На 2007 г. составлено по крупным ГТС 87 деклараций, в том числе 38 деклараций по сооружениям, образующим крупные водохранилища.

Особо тяжелое положение сложилось по малым и средним ГТС, для которых критерии безопасности не установлены и декларации безопасности не разработаны. Не разработана и нормативно-методическая документация для упрощенного декларирования малых ГТС. Высока стоимость декларирования и экспертизы декларации безопасности ГТС (примерно 0,5-1 млн руб.

на объект). Положение усугубляется нехваткой контрольно-измерительной аппаратуры, уменьшением натурных обследований ГТС, а также продолжающимся сокращением квалифицированных специалистов, что не позволяет проводить мониторинг показателей состояния ГТС, разработку и уточнение критериев безопасности ГТС, анализ причин безопасности ГТС, поддержание в готовности локальных систем оповещения о чрезвычайных ситуациях на ГТС. Много из сказанного относится и к отраслевым институтам, чьи возможности выполнения актуальных для отраслей работ, направленных на обеспечение безопасной эксплуатации водных объектов и гидротехнических сооружений, в настоящее время существенно ограничены и продолжают неуклонно сокращаться.

Крупные объемы водной массы сосредоточены на водоподпорных сооружениях, и при выходе из-под контроля на гидротехнических сооружениях способны, как известно из мировой и отечественной практики, серьезно потрясти экономику крупного государства. Аварии в Свердловской и Пермской областях, Республике Башкортостан сопровождались человеческими жертвами и многомиллиардными убытками.

Обострение проблемы наводнений в России непосредственно связано с физическим износом основных производственных факторов. Ухудшение технического состояния напорных гидротехнических сооружений повышает риск их разрушения во время паводков и половодий. Около 90 % напорных гидротехнических сооружений построены из грунтовых и каменногрунтовых материалов и в основном хозяйственным способом. В аварийном состоянии находятся более 1400 сооружений, которые представляют угрозу населенным пунктам, объектам экономического и сельскохозяйственного использования.

Учитывая значительное снижение технического уровня мелиоративных систем и существенный износ объектов водохозяйственного мелиоративного комплекса, в перспективе целевыми программами для сохранения и восстановления плодородия почв России предусмотрено выделение средств на реконструкцию ряда мелиоративных систем и отдельно расположенных ГТС:

реконструкцию Большого Ставропольского канала, Донского и Саратовского магистральных каналов, реконструкцию и ремонт гидротехнических сооружений Невинномыского канала, Шапсугского водохранилища, реконструкцию и восстановление сооружений 72 водохранилищ, 240 регулирующих гидроузлов, 1,2 тыс. километров защитных дамб и валов, имеющих износ более 50 %.

Нормальное техническое состояние и нормальный уровень безопасности ГТС должен поддерживаться собственниками гидротехнических сооружений (юридическими и физическими лицами).

Кроме того, нормальное техническое состояние и безопасность гидротехнических сооружений обеспечивается выполнением следующих требований:

- организация нормо обоснованной системы технической эксплуатации объекта;

- организация эксплуатации должна проводиться в соответствии с правилами эксплуатации, учитывающими физический и моральный износ гидротехнических сооружений;

- организация мониторинга технического состояния и уровня безопасности;

- организация надзора за выполнением эксплуатирующей организаций или собственником требований правовых и нормативных документов;

- резервирование финансовых ресурсов собственником ГТС на профилактические и ремонтно-восстановительные работы;

- страхование риска гражданской ответственности юридических или физических лиц, владельцев ГТС, за причинение вреда лицам, здоровью физическим лицам, имуществу юридических или физических третьих лиц в случае аварии на ГТС.

Оценка текущего технического состояния эксплуатируемых сооружений при отсутствии необходимых исходных данных для проведения расчетов прочности, устойчивости или вероятностных расчетов риска возможных аварий, а также сложность качественных факторов, оказывающих значительное влияние на безопасность сооружений и техническое состояние, оценивается в детерминированной форме.

Оценку уровня безопасности в детерминированной форме для эксплуатируемых ГТС следует проводить с использованием всей доступной количественной и качественной информации.

В принципе, детерминистический метод сводится к сравнению расчетных или диагностических показателей с их критериальными значениями, по результатам которых должны приниматься те или иные решения, позволяющие довести техническое состояние ГТС до нормального.

Неудовлетворительное техническое состояние ГТС, и в особенности потенциально-опасных, является следствием технических и организационных причин, основными из которых являются:

- недостаточное (в течение многолетнего периода) финансирование и проведение планово-производительных капитальных и текущих ремонтов;

- неукомплектованность штатов эксплуатационных организаций специалистами рабочих профессий, по экспертным оценкам, составляет 42 %, т.е. вдвое меньше от требуемых;

- отсутствие технических паспортов, инвентаризационных документов, деклараций безопасности, включающих в себя регулярные (раз в 5 лет) глубокие обследования технического состояния ГТС и содержащих перечень мероприятий по повышению технического состояния ГТС.

2.5. Проблемы использования бесхозяйных ГТС для целей орошения и других нужд сельского хозяйства По данным бассейновых водных управлений (БВУ), в Российской Федерации на конец 2007 года насчитывалось 3610 бесхозяйных гидротехнических сооружений, из них число прудов и малых водохранилищ (объемом до 10 млн м3) 3328 объектов (92,2 %), других типов ГТС (дамбы обвалования, берегоукрепительные и водозаборные сооружения, трубчатые переезды и шлюзы-регуляторы) 292 объектов, при этом на постоянно действующих водотоках расположены 67,7 % прудов и водохранилищ, на суходольных балках 32,3 %. Проведенный анализ показал, что бесхозяйные пруды и малые водохранилища ранее выполняли основную функцию – это аккумуляция воды в чаше водоёма с целью использования её для орошения, сельскохозяйственного водоснабжения и других нужд сельского хозяйства.

Появление бесхозяйных ГТС было связано с реформами, проводимыми в 90-е годы прошлого века в сельском хозяйстве, переделом собственности на землю и связанной с этим ликвидацией и самоликвидацией орошаемых участков. Пруды, малые водохранилища и другие ГТС, находившиеся в собственности колхозов и совхозов, после их ликвидации утратили хозяйственное значение, потеряли собственников и оказались бесхозяйными. На прудах и водохранилищах, оказавшихся бесхозяйными, в течение последних 20 лет не проводилось техническое обслуживание, т.е. не проводились технические осмотры, текущие и капитальные ремонты, в связи с этим не был обеспечен нормальный уровень технического состояния и безопасности.

Современное техническое состояние прудов и малых водохранилищ характеризуется следующим: 70 % от общего числа прудов (27,8 тыс.) создавались хозяйственным способом и не имеют технической документации;

около 10 % не имеют собственников и эксплуатирующей организации; 25 % прудовых и водохранилищных гидроузлов находятся в аварийном состоянии;

40 % водоёмов эксплуатируются более 40 лет (срок эксплуатации таких сооружений, относящихся к IV классу, по СНиП составляет 50 лет) и практически выработали свой ресурс. При этом весьма значительная доля бесхозяйных ГТС представляет потенциальную опасность, их аварии могут повлечь жертвы людей, урон окружающей среде, хозяйственным объектам и сельскохозяйственным угодьям. В целом их численность составляет 670 сооружений или 18,5 % от общего количества бесхозяйных ГТС. Наибольшее количество потенциально опасных ГТС расположено в Воронежской, Ростовской, Волгоградской, Московской, Амурской, Иркутской областях, Красноярском, Ставропольском, Пермском и Приморском краях.

Анализ результатов обследований бесхозяйных ГТС, проведенных в 2007 году ФГНУ «РосНИИПМ» в Ростовской области и Краснодарском крае, показал, что 90 % прудов и малых водохранилищ заилены на 50-70 % от объема их чаши, средняя глубина составляет 0,6-1,5 м, а площадь мелководий – более 70-80 %, техническое состояние более чем у 85 % ГТС оценивается как неудовлетворительное, большинство водосбросов не имеет сопрягающих сооружений, что приводит к значительным размывам русел сбросных каналов и оврагообразованию. Практически, на всех грунтовых плотинах наблюдается недостаточное превышение отметки гребня над уровнем воды в водоеме, которая составляет от 0,5 до 1,5 м, что ниже требуемого расчетного значения в 1,3-1,8 раза и может привести в период паводка к переливу воды через гребень и образованию гидродинамической аварии с опасными последствиями для нижерасположенных населенных пунктов и сельхозугодий. Большинство обследованных объектов не используются по своему прямому назначению для орошения и сельхозводоснабжения; вместо утраченных функций сформировались новые – водопой скота, рыборазведение, пожаротушение, рекреация и неорганизованный отдых населения [2].

Анализ обследований ГТС в Московской области, проведенных МГУП в 2007 году, позволил выявить 422 гидроузла, которые используются (или использовались ранее) для орошения других нужд сельского хозяйства, из которых 146 не имеют собственника, т.е. являются бесхозяйными. При этом преобладающими являются гидроузлы с водоемами относительно небольшой емкости, не превышающие 500 тыс. м3 (83,6 %), около 70 % ГТС имеют неудовлетворительное техническое состояние и опасный уровень безопасности [3].

Проблема бесхозяйных прудов и малых водохранилищ состоит ещё в том, что земли, занятые водной акваторией прудов и малых водохранилищ, относятся к земельному фонду сельскохозяйственного назначения, а сооружения гидроузла (плотины, водосбросные, водозаборные сооружения) не имеют собственника.

Здесь важно отметить то, что в разработанном документе «Водная стратегия Российской Федерации на период до 2020 года» остро ставится вопрос о долгосрочной перспективе развития орошаемого земледелия, как фактора надёжного удовлетворения потребностей Российской Федерации в сельскохозяйственной продукции.

Перспективными районами для развития орошаемого земледелия являются южные районы Европейской части Российской Федерации, расположенные в бассейнах Волги, Дона, Кубани и рек Северного Кавказа, а также территории юга Сибири и Приморского Края.

При этом расширение использования орошаемых земель в агропромышленном комплексе должно осуществляться в приоритетном порядке за счёт восстановления и реконструкции ранее освоенных массивов орошения и систем водоподачи.

Прогноз изменения водноресурсного потенциала по данным «Водной стратегии Российской Федерации на период до 2020 года» показывает, что на территориях черноземных областей Центрального и Южного федеральных округов, имеющих довольно ограниченные водные ресурсы, ожидается уменьшение водных ресурсов на величину до 15 %, поэтому необходимо сохранить водный потенциал прудов и малых водохранилищ в будущем для целей орошения, сельхозводоснабжения и других нужд сельского хозяйства. Из этого следует, что запас прудовых и водохранилищных ресурсов в зонах рискованного земледелия позволит решить задачу, определённую водной стратегией.

Поэтому для решения проблемы использования бесхозяйных прудов и малых водохранилищ для орошения, сельскохозяйственного водоснабжения и других нужд сельского хозяйства должны быть выполнены следующие мероприятия:

- проведение полноценной инвентаризации прудов и малых водохранилищ с привлечением специалистов гидротехников, научно-исследовательских институтов мелиоративного профиля по методике инвентаризации, утверждённой МПР РФ. Практика показывает, что проведённые инвентаризации прудов и малых водохранилищ в Кущёвском и Крыловском районах Краснодарского края выполнены формально, не компетентными специалистами и не соответствуют методике МПР РФ;

- закрепление бесхозяйных прудов и водохранилищ за субъектами Российской Федерации (например сельскими поселениями) и организация службы эксплуатации (по кустам прудов или по всем прудам района) с бюджетным финансированием (муниципальным, региональным);

- изучается системное окружение и определяется востребованность водных объектов в настоящее время и на перспективу или принимается решение о его ликвидации.

Востребованность водного объекта определяется по разработанной ФГНУ «РосНИИПМ» методике «Методика оценки целесообразного дальнейшего использования или ликвидации бесхозяйных ГТС». Востребованность водного объекта по «Методике…» оценивается с учётом комплексного использования объекта [2]:

- определяются виды и объемы работ по восстановлению, реконструкции или ликвидации бывших бесхозяйных ГТС, намечаются первоочередные работы и необходимое финансирование;

- «Водной стратегией» Российской Федерации на период до 2020 года предусматривается государственная поддержка повышения эксплуатационной надежности и безопасности гидротехнических сооружений, в том числе, бывших бесхозяйных, за счет субсидий федерального бюджета на их капитальный ремонт и реконструкцию. Сокращение количества бесхозяйных ГТС предлагается через механизм предоставления хозяйствующим субъектам прав обособленного пользования водным объектом. Эти мероприятия позволят решить проблемы использования бесхозяйных ГТС для целей орошения и других нужд сельского хозяйства;

- составление требуемой документации на водный объект.

При проведении инвентаризации специалистами и службой эксплуатации должен быть составлен документ о приемке объекта в эксплуатацию с приложением акта обследования технического состояния основных конструктивных элементов и объектов в целом.

Задача эксплуатационной службы – проявлять постоянную заботу о водном объекте, поддерживать его элементы и объект в целом в исправном состоянии, пригодным для использования по назначению.

На водный объект (пруд или малое водохранилище) должны быть представлены следующие документы:

- техническое описание (ТО) с указанием функционального назначения, приложением исполнительной съёмки объекта и его отдельных конструктивных элементов (например, для водохранилища: технические и конструктивные параметры гидроузла в целом, и его основных конструктивных элементов: плотины, чаши пруда водохранилища, водосбросного сооружения, водоспуск и т.д.);

- технический паспорт ГТС пруда или водохранилища;

- инструкция (руководство) по эксплуатации (ИЭ) или правила эксплуатации.

Такая документация должна быть составлена в течение первого года эксплуатации водного объекта эксплуатирующей организацией, юридическим лицом-собственником объекта или компетентной организацией. В техническом паспорте обязательно должна быть указана на момент принятия объекта в эксплуатацию его действительная (балансовая) стоимость.

При эксплуатации водных объектов и ГТС (как предусматривается системой ТОиР в п. 4.10.2), должны проводиться три вида технических осмотров: общий или (предпаводочный, послепаводочный, полугодовой), частичный (отдельных конструкций) и внеочередной.

В соответствии с инструкцией по эксплуатации определяется перечень обязательных журналов, которые ведутся в соответствии с её требованиями (журнал наблюдения за состоянием пруда, водохранилища, журнал учёта ремонтов и реконструкции сооружений и т.д.).

Служба эксплуатации разрабатывает в соответствии с правилами эксплуатации систему технического обслуживания и ремонта (ТОиР) водного объекта, в основу которой должен быть положен принцип организации предупредительных ремонтов.

На первом этапе эксплуатации предлагается система технического обслуживания и ремонта водных объектов и их сооружений по результатам обследования и технических осмотров.

После установления собственника на бесхозяйный пруд или малое водохранилище (юридического лица или эксплуатирующей организации) проблема их использования заключается в определении водопользователей водного объекта и обеспечении запроса водопотребителей, т.е. необходимо определить водообеспеченность пруда или малого водохранилища. Для выполнения этой работы необходимо выполнение проектно-изыскательских работ по расчёту водного баланса пруда или малого водохранилища (определение полезной ёмкости, мёртвого объёма, потерь на испарение, фильтрацию, объмы стока и т.д.). В ФГНУ «РосНИИПМ» разработана методика расчёта необходимого объёма воды для системного окружения и методика расчёта водного баланса для прудов и малых водохранилищ, расположенных на водотоках и суходольных балках [2].

Кроме того, специалистами ФГНУ «РосНИИПМ» разработана методика по обследованию прудов и малых водохранилищ и их акватории. В результате обследования по методике определяются действительные параметры пруда или водохранилища, его водообеспеченность и возможности удовлетворения в воде системного окружения. Кроме того, в зависимости от стока водосбора по результатам обследования пруда определяются виды и объмы работ по увеличению ёмкости пруда или малого водохранилища. Разработанные методы позволяют решить проблемы дальнейшего использования прудовых и водохранилищных гидроузлов для целей орошения или других нужд сельскохозяйственного использования. При обследовании бесхозяйных прудов и водохранилищных гидроузлов особое внимание следует обращать на водохранилища, образованные на малых реках. Например, на реке Эльбузд в Краснодарском крае на длине 7-10 км устроен каскад водохранилищ из 10 прудов, являющихся бесхозяйными и построенными хозяйственным способом. Вдоль водохранилища расположен один населённый пункт, системное окружение незначительное. Пруды заросли водной растительностью, значительное заиление (до 70 %), низкое качество воды, неудовлетворительное санитарное состояние, происходит очевидная деградация реки и русловой сети. Пруд используется для водопоя животных, полива приусадебных участков и других хозяйственно-бытовых нужд.

На некоторых обследованных крупных прудах, например в Куйбышевском районе Ростовской области (2 малых водохранилища), проблемы их использования заключаются в восстановлении оросительной системы на мелиорируемом массиве и восстановлении разукомплектованных насосных станций.

Особо остро стоит вопрос о проблеме использования для целей орошения бесхозяйных прудов для целей орошения равнинных малых реках. Примером могут служить результаты обследования прудов на равнинных реках Средний Эльбузд (9 прудов), Россошь (2 пруда), в Ростовской области на реке Эльбузд (2 пруда), в Краснодарском крае.

Анализ результатов обследованных прудов, расположенных на малых реках, показал, что эти пруды используются для водопоя скота, для забора воды в прицепные емкости, для приусадебного и огородного орошения, любительского лова рыбы, а плотины (высота 3-3,5 м) используются в качестве переезда. В летний период времени весь сток рек задерживается прудами, и реки оказываются бессточными, русла зарастают водной растительностью, пруды аккумулируют наносы, происходит заиление и занесение русла реки, исчезает родниковая подпитка рек и, в конечном итоге, река погибает. Из-за неразумного строительства прудов на малых реках нарушается водный баланс бассейнов малых рек и крупных рек, реки мелеют, зарастают водной растительностью, создается неблагоприятная с точки зрения санитарногигиенических требований обстановка. Установлено, что обследованные пруды на малых реках используются неэффективно, и должен ставиться вопрос о дальнейшем их использовании.

Каскад прудов на реке Средний Эльбузд на длине около 20 км составляет 11 прудов, который практически погубил реку, и требуются срочные меры по ликвидации этих прудов.

Избыточная зарегулированность малых рек приводит к существенному сокращению стока, заболачиванию, заиливанию и зарастанию русел. В данном случае должно быть принято решение о ликвидации прудов, а решение проблемы использования водного источника для орошения возможно путем устройства копани расчетного объема в зависимости от потребности системного окружения и заполнения ее водой из реки.

Другим примером ликвидации некоторых прудов, расположенных в каскаде прудов на суходольной балке в Тацинском районе Ростовской области, может служить пруд практически с отсутствием потребителей.

При определении востребованности прудов и малых водохранилищ может быть принято решение о ликвидации водного объекта. Основной причиной ликвидации водного объекта является его невостребованность как с материальной, так и с социальной точки зрения. Кроме того, для принятия решения о ликвидации водного объекта учитываются экономические и экологические факторы. В ФГНУ «РосНИИПМ» разработаны критерии оценки востребованности водных объектов с учётом системного окружения потребителей воды, представлены экономические расчеты, дана методика расчёта, позволяющая принимать решение о ликвидации водоёма.

Для реализации решения о ликвидации бесхозяйного водного объекта (прудового или водохранилищного гидроузла) необходимо учитывать общественное мнение местных жителей, проживающих в зоне влияния объекта, для снижения социальной напряженности и нейтрализации эмоциональнопсихологической реакции людей. Для этого необходимо довести до каждой семьи, каждого человека информацию о принятом решении, показать убедительные положительные последствия в случае ликвидации объекта, то есть нужно сделать так, чтобы принимаемые решения были понятны населению.

Окончательное решение по ликвидации водоёма должно приниматься с согласия местных органов управления и с учётом мнения населения, проживающего зоне влияния объекта.

Основные виды работ по ликвидации водоёмов (прудов и малых водохранилищ) следующие: опорожнение водоёма; осушение ила и наносов, расположенных в чаше водоёма, и подготовка территории и устройство сооружений для илохранилища (предварительное проведение химического и биологического анализа); удаление ила и наносов из чаши водоёма; выполнение рекультивационных работ по чаше водоёма [4].

Кроме того, при ликвидации объекта должны быть разработаны проекты и выполнены следующие работы:

- проект производства работ по разрушению основных сооружений ликвидируемого гидроузла (плотины, водосбора, водоспусков и т.д.);

- проект рекультивации ложа водоема и зон отвода под ГТС с установлением состава донных отложений, их дальнейшего использования или захоронения, включая проект зон захоронения; восстановление плодородного слоя при дальнейшем намеченном сельскохозяйственном использовании ложа водоема или проект другого отличного от сельскохозяйственного использования территории ложа водоема;

- оценка воздействия на окружающую среду, включающая прогноз изменения уровней грунтовых вод при опорожнении водоемов, оценка мероприятий, необходимых для обеспечения населения источником для питьевого водоснабжения, рекреации, обеспечения технических и хозяйственных нужд, в том числе полива частных участков. В оценку также должны включаться вопросы повышения зон затопления территорий нижнего бьефа при прохождении паводков;

- оценка создания противопожарных водоемов в качестве альтернативы ликвидируемому водоему.

В случае принятия решения о ликвидации водоёма проводится экономический расчёт по определению стоимости работ по разборке сооружений, проведению рекультивационных работ. В случае отсутствия денежных средств на ликвидацию водоёма, на первом этапе необходимо выполнить первоочередные работы по опорожнению водоёма для исключения экологического загрязнения, распространения инфекций и т.п.

Одним из существенных вопросов при ликвидации водоёмов является выбор способа его опорожнения. Как правило, водоподпорные сооружения (плотины) на малых водотоках имеют незначительную высоту 3-3,5 м, поэтому для таких водоёмов наиболее приемлемым способом опорожнения является устройство в теле плотины прорана. Такой способ опорожнения приемлем и для опорожнения водоёмов на суходольных балках, у которых высота плотин до 3,5 м.

При наличии в теле плотины донного водоспуска (как правило, донный водоспуск располагается на самой низкой отметке дна водоёма) опорожнение водного объекта (пруда или малого водохранилища) производится через эти сооружения (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Расчетная схема опорожнения искусственного водоема с использованнем донного водоспуска: а – деление сливного объема водохранилища на равные по глубине части; б – графическая связь напора с площадью зеркала водохранилища Продолжительность опорожнения при отсутствии дополнительного поступления воды в водоём (для случая расположения водного объекта на суходольной балке Qp= 0) определяется по соответствующим формулам гидравлики [5]. При этом график сбросных расходов в нижний бьеф составляется на основании исследований по максимальным допустимым значениям для всех сезонов.

При наличии водосбросных отверстий, не предусматривающих полного опорожнения водохранилища (как правило, возможно опорожнение только до отметки мертвого объема или порога паводкового водосброса), ситуация усложняется.

Для этого случая определяется критическая отметка верхнего бьефа, при которой ущерб от образовавшейся после разрушения напорного фронта волны прорыва будет находиться в допустимых пределах. В зависимости от соотношения этой отметки с отметкой порога водосбросных сооружений возможны два варианта опорожнения [4]:

1 вариант. Если критическая отметка выше отметки порога водосбросных отверстий (пороговой отметки), то опорожнение производится в два этапа.

- 1 этап. До пороговой отметки опорожнение водохранилища производится регулированием сбросных расходов по тем же графикам, что описаны в соответствии с графиком сбросных расходов для водоспуска;

- 2 этап. После опорожнения водохранилища до пороговой отметки производится мгновенный сброс оставшегося объема выполнением в напорном фронте прорана.

2 вариант. Если пороговая отметка выше критической, то опорожнение водохранилища производится в три этапа:

- 1 этап. До пороговой отметки опорожнение водохранилища производится регулированием сбросных расходов по тем же графикам, что описаны при сбросе через водоспуск;

- 2 этап. Опорожнение водохранилища производится от пороговой до критической отметки. Это достигается проведением специальных мероприятий по обеспечению сброса воды, которые заменяют отсутствующие водосбросные отверстия.

В качестве таких мероприятий, в зависимости от конструкций сооружений гидроузла, могут быть предложены следующие:

- постепенный демонтаж порога водосборных отверстий и понижение пороговой отметки до критической;

- устройство прорана в гребне земляной плотины при наличии на низовом откосе каменной призмы;

- устройство обводных каналов за бортовыми примыканиями плотины;

- применение батареи сифонов из металлических труб с принудительной зарядкой вакуумными насосами. По мере опорожнения водохранилища батарея сифонов может перекладываться с углублением траншеи под нее и переносом на соседний участок.

3 этап. После опорожнения водохранилища до пороговой отметки производится мгновенный сброс оставшегося объема выполнением в напорном фронте прорана.

В процессе эксплуатации водохранилищных и прудовых гидроузлов нередко происходит засорение водопроводящего тракта донных водоспусков.

На некоторых плотинах они не предусмотрены проектом, а на водоемах природного происхождения просто отсутствуют. В таких случаях использование донных водовыпусков для опорожнения водоемов затруднительно или вообще невозможно. Одним из возможных решений опорожнения водоёма может служить использование сифонного водовыпуска.

После зарядки и запуска сифона в наиболее высокорасположенном сечении образуется вакуум [5].

Нормальная работа сифона обеспечивается при выполнении условия где (hвак)доп – допустимое значение вакуума, принимаемое из условия неразрывности струи воды, м.

Для воды (при нормальном атмосферном давлении) можно принять (hвак)доп = 6...7 м.

Пропускная способность сифонного водовыпуска расчитывается по известной формуле [5].

Сифоны, рассчитанные на пропуск расходов воды менее 3...4 м3/с, выполняют из стальных или пластмассовых труб, для больших расходов – только из стальных.

При использовании сифонов в качестве водоспусков их доукомплектовывают дополнительными устройствами, обеспечивающими их зарядку водой. Через заливочный патрубок, установленный в верхней части сифона, при открытом положении верхнего запорного устройства и при закрытом положении запорного устройства в концевой части сифона его заряжают. После заполнения водой внутренней полости сифона заливочный патрубок перекрывают запорным устройством, а концевое запорное устройство открывают, что соответствует началу движения воды через сифон.

Продолжительность опорожнения водоема с использованием сифонного водовыпуска определяют по аналогии с донным водоспуском.

Схема к расчету опорожнения водоёма с помощью сифонного водовыпуска представленна на рис. 2.9.

Рис. 2.9. Схема к расчету опорожнения водоема с помощью сифонного водовыпуска: 1– сифон; 2 – заливочный патрубок с запорным устройством;

3 – запорное устройство в нижней части сифона Следующий способ опорожнения искусственных водоемов через проран, устраиваемый в теле грунтовой плотины.

Как показывает практика, не всегда удается управлять процессом образования прорана в теле плотин. Неуправляемый процесс формирования прорана не является исключением. Независимо от причины возникновения, формы и размеров начального отверстия в напорном фронте плотины, дальнейшее его развитие во всех случаях идентично.

Ширина прорана, м, в момент времени t:

где g – ускорение свободного падения, м/с2;

ht – разность между уровнем воды в верхнем бьефе и отметкой дна прорана (действующий напор в проране), м;

уд – площадь поперечного сечения плотины между ее гребнем и дном прорана, м2;

hн – напор, соответствующий неразмывающей скорости, м;

t – время формирования прорана, с.

Опорожнять водный объект, используя проран, целесообразно в меженный период при низких уровнях воды в верхнем бьефе с обеспечением не размывающих скоростей или близких к ним в проране. Допустимую скорость на размыв можно рассчитать по формулам, известным в гидравлике, например по формуле В.И. Студеничникова, при по формуле А.М. Латышенкова, при где Н – глубина воды в проране или головной части канала, м;

dср – средневзвешенный диаметр частиц грунта плотины, м.

Проран желательно устраивать не сразу на всю проектную глубину, обеспечивающую полное опорожнение водного объекта, а постепенно, наращивая ее до значений, при которых обеспечивалась бы управляемость процессом размыва.

Для исключения аварийного размыва низового откоса плотины и, как следствие, аварийного сброса, в процессе производства работ по опорожнению её можно защитить экраном из полиэтиленовой пленки, периодически закрепляемой в голове прорана. Схема опорожнения водоема через устраиваемый проран показана на рис. 2.10.

Рис. 2.10. Схема опорожнения водоёма через проран: 1– проран; 2 – экран из полиэтилена; ГП – гребень плотины После опорожнения воды из водоёма в теле плотины устраивается проран в сечении по оси тальвега (с самой низкой отметкой) для пропуска стока дождевых и талых вод. Размеры сечения прорана определяются по формуле водослива с широким порогом при пропуске расхода для максимального расхода однопроцентной обеспеченности Qp = 1 % (для IV класса капитальности сооружений).

В редких случаях опорожнение водоёмов осуществляется откачкой воды насосными установками. Но такой вид откачки дорогой и обычно используется при расположении водоёмов в котловинах.

Следующий этап работ по ликвидации водных объектов после сброса воды из чаши водоёма – это её осушение (сушка). В случае, если толщина донных отложений более 1,5 м, в чаше водоёма устраивается осушительная система.

Для этого в донных отложениях по дну водоема устраивают систему открытых осушительных каналов с отводом дренажных и поверхностных вод с водосборной площади в сторону прорана (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Схема подготовки водоема к производству осушительных работ: а – план пруда; 1 – граница водоема по урезу воды; 2 – донные отложения; 3 – грунтовая плотина; 4 – проран; 5 – коллекторная траншея; 6 – осушительная траншея; 7 – переезд; 8 – грунтовая дорога; 9 – площадка под илохранилище Особенность технологии строительства осушительных каналов в водонасыщенных донных отложениях после опорожнения водоема заключается в правильной их трассировке и расположении только в выемке. При этом необходимо соблюдать очередность и последовательность строительства каналов:

от старшего к младшему и снизу вверх против течения. Сечениям каналов осушительной сети следует придавать трапецеидальную форму. Для разработки грунта используют одноковшовые экскаваторы с рабочим оборудованием «драглайн» или обратные лопаты. Донные отложения относятся к слабым водонасыщенным грунтам, при разработке которых следует использовать машины болотной модификации. Расстояние между каналами-дренами надо увязывать с рабочими параметрами экскаваторов, которыми будут разрабатывать донные отложения. Расстояние между каналами принимают 2(0,8...0,9)Rpmax (Rpmax – максимальный радиус копания экскаватора). В этом случае за один проход экскаватор может разработать пространство от одной дрены до другой.

Следующий этап работ по ликвидации водного объекта – это очистка чаши водоёма от донных отложений. При очистке водоёма организация работ заключается в выборе места складирования донных отложений, определении размеров отводимых площадей, способе разработки и транспортировки.

На выбор места влияют многие факторы: качественный (химический) состав донных отложений, характеризующий степень их загрязнения, их объем, способ разработки, геометрические формы и размер водоема, рельеф поймы и прибрежных территорий и другие факторы. Наиболее важным является качественный состав донных отложений, по которому определяют пригодность их к последующему использованию в качестве удобрения, нерудных строительных материалов или для других целей. Известно, что донные отложения многих пресноводных озер и некоторых водохранилищ по своим физико-химическим показателям относятся к сапропелям, которые обладают свойствами органо-минеральных удобрений. При внесении их в почву в достаточных количествах (около 100 т/га и более) коренным образом повышается плодородие сельскохозяйственных угодий. Минеральные илы, песок, гальку и щебень используют в строительстве. Донные отложения, содержащие загрязняющие вещества, после их изъятия захоранивают в специальных могильниках. Таким образом, донные отложения в зависимости от их гранулометрического состава и степени загрязнения складируют временно или на постоянное место; временное складирование подразумевает последующее использование донных отложений на удобрение или в строительстве, постоянное – отсутствие потребителя или захоронение с целью их обезвреживания.

При временном хранении донные отложения складируют независимо от способа производства работ, располагая илохранилище на достаточно высоком, не затапливаемом паводковыми водами месте, обеспечивающем процесс естественного их обезвоживания: доведение складируемого материала до состояния кондиционного удобрения или строительного материала, а также доступность для транспортных средств (рис. 2.12, а). Если донные отложения непригодны для последующего использования или потребитель отсутствует, то под илохранилище при малой степени их загрязненности используют естественные понижения, например овраги, балки, тальвеги и другие участки, находящиеся недалеко от водоема, (рис. 2.12, б).

Рис. 2.12. Схемы размещения илохранилищ-гидроотвалов: а – размещение илохранилища на достаточно сухом, не затапливаемом паводковыми водами месте, обеспечивающем складирование, обезвоживание и последующую отгрузку кондиционной продукции; б – размещение илохранилища в естественных понижениях, находящихся невдалеке от водоёма; 1 – урез воды водоема; 2 – граница донных отложений; 3 – плотина; 4 – проран; 5 – дамба обвалования илохранилища; 6 – складируемый материал; 7 – направление перемещений донных отложений из водоема в илохранилище Донные отложения, разрабатываемые механизированным способом в опорожненном водоеме имеют сравнительно малую влажность, близкую к естественной. Поэтому территорию, отведенную для складирования донных отложений (илов и сапропелей), со стороны водного объекта обваловывают дамбой, возводимой из минерального грунта высотой 1...2 м и шириной поверху до 3 м, которая выполняет удерживающую функцию по отношению к складируемому материалу в начальный момент его укладки.

Далее тело отвала до проектной высоты формируют, укладывая в илохранилище предварительно подсушенные донные отложения.

Востребуемые донные отложения (илы и сапропели) намывают в илохранилища-отстойники, а песок, гравий и щебень – в гидроотвалы.

Илистые отложения и сапропели намывают в отстойники, располагаемые в естественных понижениях рельефа, вне зоны затопления паводковыми водами.

Отстойники ограждают дамбами, возводимыми из минерального грунта по технологии, принятой для возведения качественных насыпей, т.е. с обязательным уплотнением грунта (рис. 2.12). Высоту ограждающей дамбы принимают равной глубине илохранилища или отстойника, при которой будет обеспечено складирование вынимаемых из водоёма продуктов заиления.

В ряде водных объектов образовались так называемые техногенные илы, которые после их изъятия тем или иным способом вызывают массу проблем при их утилизации. Донные отложения, содержащие загрязняющие вещества и способные вызывать вторичное загрязнение водного объекта, после их изъятия в зависимости от класса их опасности и токсичности необходимо вывозить на специальные полигоны для захоронения или утилизации в илохранилища, выполняемые в виде могильников.

Следующим этапом ликвидации бесхозного водного объекта является выполнение земляных работ по разборке грунтового тела плотины. Плотина разбирается землеройной техникой. Грунт тела плотины отсыпается в кавальеры, расположенные в нижнем бьефе, из которых брался грунт при её отсыпке, или в пониженные участки рельефа, или использовать для отсыпки дорог.

При этом по оси тальвега сохраняется дренажный коллектор, выполненный в виде канала трапецеидальной формы, для пропуска дождевых и талых вод по чаше водоёма и сброса её в нижний бьеф. Одновременно выполняется демонтаж водосбросного сооружения в случае если сооружение из железобетонных элементов или стальных труб. При наличии водоспуска также выполняются работы по его демонтажу. После выполнения работ по разборке тела плотины должны выполняться рекультивационные работы по чаше водоёма.

В составе площадей, которые могут быть использованы после ликвидации водных объектов, необходимо учитывать не только площади чаши водома, но и площади прежних водоохранных зон, с которых снимаются ограничения к их хозяйственному использованию.

Работы по ликвидации водного объекта (пруда, малых водохранилищ) производятся по разработанным проектам, имеющим технико-экономическое обоснование с учетом социальных факторов.

Для решения проблемы использования бесхозяйных прудов на начальной стадии можно их использовать под орошение с использованием малозатратных (по объему воды) способов полива на небольших участках – капельное, дисперсное, дождевание, полив по бороздам овощей в теплицах, поливы приусадебных и дачных участков.

В дальнейшем для полноценного использования прудов для орошения на бывших бесхозяйных прудах должны быть выполнены работы по их реконструкции, расчистке их ложа и определены возможные их ресурсы.

2.6. Современное состояние использования местного стока 2.6.1. Использование прудов и малых водохранилищ для регулирования местного стока В сельскохозяйственной практике условием использования местного стока является его аккумулирование в прудах и малых водохранилищах.

В Российской Федерации насчитывается более 2200 водохранилищ объемом более 1 млн м3, в том числе более 10,0 млн м3 – 327 объектов (табл. 2.5). При этом большинство водоемов, сформированных на местном стоке, относятся к категории малых с объемом от 1 до 10 млн м3, общая доля которых составляет 85 %.

Общая характеристика водоемов на местном стоке К категории прудов относятся искусственные водоемы небольших размеров с объемом менее 1 млн м3 и площадью водной поверхности менее 1 км2 [6]. Таких водоемов на территории России насчитывается 27,8 тысячи, которые и составляют значительную часть водного фонда. По суммарной площади зеркала и суммарному объему они сопоставимы с аналогичными данными малых, небольших и средних водохранилищ.

Так как количество прудов во много раз превышает число водохранилищ, то они играют существенную роль в обеспечении водными ресурсами на всей территории страны, и особенно в степной, лесостепной и полустепной зонах, где водных ресурсов недостаточно.

Значительная часть прудов и малых водохранилищ на местном стоке создавалась для целей орошения и сельскохозяйственного водоснабжения. Однако за последние 15 лет орошение в лесной и лесостепной зоне практически прекратилось, а сельскохозяйственное водоснабжение было переориентировано на другие источники. В связи с этим целевое назначение многих прудов и малых водохранилищ остается неопределенным. По предварительным оценкам, до 50 % построенных прудов и водохранилищ утратили свое хозяйственное значение в результате сокращения орошаемых площадей и снижения потребности в водных ресурсах.

Современное состояние прудов и малых водохранилищ характеризуется следующими параметрами: до 70 % от общего их числа создавались хозяйственным способом и не имеют технической документации, около 12 % не имеют собственника и эксплуатирующей организации и поэтому относятся к категории бесхозяйных, 25 % сооружений подпорного фронта находятся в аварийном состоянии, 40 % водоемов эксплуатируются более 35 лет, а срок службы для данного типа сооружений составляет 40-50 лет.

Следует отметить, что численность бесхозяйных водных объектов и ГТС в РФ постоянно изменяется, что связано с периодическим уточнением данных, потерей собственника по разным причинам, постановкой на учет в органах Росрегистрации и определением собственника в виде физических лиц и муниципальных образований.

Согласно данным (БВУ) и управлений Росприроднадзора субъектов РФ, общее количество бесхозяйных водных объектов и ГТС на конец 2006 года составляло 3610 единиц. Общие данные о выявленных бесхозяйных ГТС, их характеристика на Европейской и Азиатской территориях РФ представлены в табл 2.5.

Старение искусственных водоемов, их заиление, неудовлетворительное состояние гидротехнических сооружений – плотин и водосбросов являются источником потенциальной опасности для населенных пунктов, людей, окружающей среды и хозяйственных объектов.

Средние морфологические характеристики прудов объемом менее 500 тыс. м3 представлены в табл. 2.6 [7].

Так, в лесостепной зоне средняя площадь водосбора составляет 11,4 км2, объем водоема – 138 тыс. м3, площадь зеркала – 7,3 га, средняя глубина – 1,9 м.

В степной зоне площадь водосброса увеличивается до 18,0 км2, объем водоема – 77 тыс. м3, площадь зеркала – 5,2 га, средняя глубина – 1,9 м.

Представление о характере использования и территориальном распределении малых водохранилищ объемом 1-10 млн м3 дает табл. 2.7.

Данные табл. 2.7 показывают, что основная часть малых водохранилищ сосредоточена в наиболее обжитой – Европейской части РФ, преобладают водоемы долинного типа, используемые для орошения сельскохозяйственного водоснабжения и других хозяйственных нужд [8].

Интенсивное строительство малых водохранилищ и прудов на юге Европейской территории России в Саратовской, Оренбургской, Волгоградской, Ростовской, Астраханской, Курганской областях; Краснодарском и Ставропольском крае началось в период с 1950 по 1960 гг.

Наибольший рост количества водоемов сельскохозяйственного назначения произошел в России в 1960-1979 гг. За это двадцатилетие построено множество малых водохранилищ и прудов мелиоративного и рыбоводного назначения.

Наиболее густая сеть прудов и водохранилищ сельскохозяйственного назначения (до 30 водоемов на 1 млн га) отмечается в ЦентральноЧерноземном, Северо-Кавказском, Поволжском, южных областях Центрального, Волго-Вятского, Уральского экономических районов.

В связи со значительным сокращением масштабов орошения земель в лесной, лесостепной и степной зонах и переводом сельскохозяйственного водоснабжения на подземные воды около 50 % построенных ранее малых водохранилищ и прудов утратили свое хозяйственное значение в результате снижения потребности в их водных ресурсах.

Средние морфологические характеристики прудов объемом менее 500 тыс. м Использование и территориальное распределение малых водохранилищ РФ Европейская территория РФ Азиатская территория РФ В некоторых регионах, особенно в южных, пруды практически есть в каждом населенном пункте. Например, в Краснодарском крае в 1977 сельских населенных пунктах насчитывается 1400 прудов, а в Ростовской области на 2274 сельских населенных пункта приходится 2600 прудов.

На Урале и Сибири число прудов значительно меньше: например, в Челябинской области – 120, в Курганской области – 19.

Сельские пруды используются в целях рекреации, полива сельскохозяйственных угодий, разведения домашней водоплавающей птицы, водопоя скота и создания противопожарных запасов воды.

Анализ данных о бесхозяйных водоемах на местном стоке по Бассейновым водным управлениям России показывают, что наибольшее их количество находится в Кубанском БВУ – 1468 шт., Московско-Окском БВУ – 395 шт., Донском БВУ –178 шт. (табл. 2.8).

В пределах Нижнего Дона и Северного Кавказа насчитывается около 5 тыс. искусственных водоемов – прудов и водохранилищ. Они являются важным элементом природных ресурсов, преобразующим степной ландшафт и имеющим большое хозяйственное значение, получившим широкое распространение в бассейнах малых рек [9, 10].

Материалы по истории создания прудов в степях Нижнего Дона и Северного Кавказа показывают количественную динамику прудов и позволяют выделить периодизацию их численного роста и назначения: 1 – период стихийного строительства мелких запруд для водопоя животных и водяных мельниц (до 1930 г.); 2 – период строительства водоемов методом народных строек для водоснабжения населения и обводнения территорий (1930-1950 гг.); 3 – период массового строительства прудов для развития мелиорации и комплексного использования водных ресурсов (1950-1970 гг.). В последний период начались первые детальные научные исследования гидрогеологического и биохимического режимов прудов.

Общее количество водных объектов России, сформированных на местном стоке и не имеющих собственника Бассейновые водные территории, ных на учет в орга- венник которых водоемов в по оформлению документов управления (БВУ) не имеющих нах Росрегистрации определен в те- течение 2006 для постановки на учет Количество прудов и водохранилищ ежегодно изменяется в связи со строительством новых плотин и разрушением или заилением старых. Точного учета количества прудов на территории Нижнего Дона и Северного Кавказа нет. Последняя паспортизация прудов проводилась в Ростовской области в середине 1970-х гг., в Ставропольском и Краснодарском краях в конце 1960-х гг. [8]. Наиболее полно изучены пруды в Ростовской области. Режим прудов и характер всего прудового хозяйства этой области являются типичными для всех областей степной зоны Современные пруды Нижнего Дона и Северного Кавказа по своему местоположению в речном бассейне можно разделить на два типа: 1) верховые (долинно-балочные) – это пруды комплексного назначения, но преимущественно для орошения; 2) низинные (пойменные) – пруды в поймах крупных рек для специального назначения – рыбоводства [11, 12].

Верховые пруды создаются, как правило, в верховьях малых рек и балок, плотины их сооружаются насыпными из местных почвогрунтов высотой до 12 м.

Балочные пруды делятся на ложбинные и лощинные. Ложбинные пруды располагаются в начале пути стока, где глубина ложбины не превышает 1,5 м, поэтому пруды мелководны, непроточны, в летнее время сильно мелеют, зарастают камышом на 60-90 % или пересыхают полностью.

Лощинно-балочные пруды приурочены к эрозионным формам рельефа – лощинам и балкам. По размеру они больше и глубже ложбинных, имеют более длительный постоянный уровень и медленней покрываются водной растительностью. Поперечные профили большинства равнинных водотоков бывают в верхних звеньях бассейна водотока (в ложбинах) – треугольной формы, в средней части – параболической, в нижних звеньях – трапециевидной.

В верховьях водотоков пруды, как правило, более мелкие, но густота их размещения более плотная, что объясняется большей удаленностью от крупных водных источников (русел рек) и острой необходимостью в создании емкостей в повышенных местах рельефа для аккумуляции воды и использования ее для хозяйственных нужд.

Крупные, речные пруды – водоемы многолетнего регулирования. Малые, балочные пруды рассчитываются на сток 50-80%-ной обеспеченности и являются прудами сезонного регулирования.

Форма и размеры прудов зависят от рельефа бассейна балки, водотока.

Речные пруды чаще всего имеют лентовидную форму; балочные пруды – форму удлиненного треугольника с основанием у плотины. Длина прудов зависит от уклона водотоков. Наиболее длинные пруды, до 1,5 км, располагаются в юго-западной равнинной части – в бассейнах рек Ея, Кагальник, Егорлык, а самые короткие (200-300 м) – в бассейне рек Миус, Кундрючья, Кума, в верховье Тузлова.

По форме размещения прудов на водосборе их можно разделить на одиночные, каскадные (цепочкой) и веерные.

Объемы прудов изменяются в значительных пределах. Малые пруды объемом от 10 до 100 тыс. м3 составляют 72 %, средние от 100 до 1000 тыс. м3 – 25 %, и крупные пруды объемом 1-15 млн м3 – 3 % от общего числа прудов. Около половины прудов относится к категории малых с площадью зеркала менее 2 га. В Ростовской области пруды с площадью водного зеркала 1-2 га составляют 52 %, от 2 до 10 га – 38 % и 10-100 га – 10 % от общего числа прудов в области. В Ставропольском крае большая часть прудов имеет площадь менее 1 га и только 5 – более 10 га. В Краснодарском крае объем большинства прудов не превышает 10 тыс. м3, а более крупные пруды с объемом более 100 тыс. м3 составляют всего 8 %. Они расположены в основном на западе края, в бассейне р. Ея.

Важной характеристикой прудов является их средняя глубина, которая определяет запас воды, санитарное состояние и их хозяйственное значение.

Для рыбоводства в степных прудах необходима глубина не менее 1,5 м, в связи с тем, что слой испарения с водной поверхности в год составляет 0,9-1,0 м.