Федеральное агентство по образованию

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Инженерно-строительный институт

Кафедра «Водохозяйственное и гидротехническое строительство»

Диссертация допущена к защите

Заведующий кафедрой ВиГС

Н.В.Арефьев « » 2014

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ МАГИСТЕРСКАЯ

ДИССЕРТАЦИЯ

РАЗРАБОТКА ПРОЕКТОВ ПРАВИЛ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДОХРАНИЛИЩ

ОКУЛОВСКОЙ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ

Направление 280100 — Природообустройство и водопользование Магистерская программа 280100.68.01 — «Ландшафтное обустройство территории»

Выполнил студент гр. 63101/11 А.Г.Алексеева Руководитель профессор, д.т.н. В.Л.Баденко Санкт-Петербург

РЕФЕРАТ

На 114 с., 38 рисунков, 24 таблицы, 15 приложений.

Перевод названия на ангилийский язык:

Сreation of Okulovskaya water system rules of use Ключевые слова: управление водными ресурсами, водопользование, экологическое нормирование, геоинформационные технологии, математические модели.

В настоящей магистерской диссертации описываются разработанные автором в соответствии с современными методическими указаниями проекты Правил использования водохранилищ (ПИВ) Окуловской водохозяйственной системы. С использованием материалов проектов ПИВ и на основании исследования существующих научных материалов рассматриваются и классифицируются основные проблемы управления водными ресурсами Российской Федерации, намечаются пути модернизации системы управления водными ресурсами нашей страны.

Обозначения и сокращения В настоящей диссертации использованы следующие сокращения и их обозначения:

РФ - Российская Федерация ВК РФ - Водный кодекс Российской Федерации (Федеральный закон от 03.06.2006 № 74-ФЗ) МПР России - Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации Росгидромет - Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Росприроднадзор - Федеральная служба по надзору в сфере природопользования Росводресурсы - Федеральное агентство водных ресурсов ЦГМС - Центр (областной, краевой, республиканский) по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (с региональными функциями) НЛ БВУ - Невско-Ладожское бассейновое водное управление Федерального агентства водных ресурсов ФГБУ «ГГИ» - Федеральное государственное бюджетное учреждение «Государственный гидрологический институт»

ФГБУ «ГХИ» - Федеральное государственное бюджетное учреждение «Гидрохимический институт»

СКИОВО - Схема комплексного использования и охраны водных объектов ГВР - Государственный водный реестр РАН - Российская академия наук ФГС - Федерация гребного слалома ГЭС - гидроэлектростанция ГИС - географическая информационная система НПУ - нормальный подпорный уровень НДВ - нормативы допустимого воздействия ПИВ - Правила использования водохранилищ ПИВР - Правила использования водных ресурсов водохранилищ ПТЭБ - Правила технической эксплуатации и благоустройства м БС - метров Балтийской Системы и.н.п. - идентификационный номер проблемы 1. Введение

1.1. Актуальность темы исследования

1.2. Цели и задачи

1.3. Апробация разработанных проектов правил

1.4. Научная новизна

1.5. Теоретическая и практическая значимость работы

2. Обзор состояния проблемы

2.1. Система управления водными ресурсами в Российской Федерации

2.2. Проблемы управления водными ресурсами

2.3. Математическое моделирование в управлении водными ресурсами

2.4. Управление экологическим состоянием водных объектов

2.5. Создание единой классификации проблем управления водными ресурсами Российской Федерации

3. Проект правил использования водных ресурсов водохранилищ Окуловской водохозяйственной системы

3.1. Общие положения, характеристика гидроузлов, водохранилищ и их возможностей... 3.2. Основные характеристики водотоков

3.3. Состав и описание гидротехнических сооружений водохранилищ

3.4. Основные параметры водохранилищ

3.5. Требования по безопасности в верхнем и нижнем бьефах

3.6. Водопользование и объемы водопотребления

3.7. Регулирование режима функционирования водохранилищ

4. Результаты и обсуждения

4.1. Результаты разработки проекта ПИВР водохранилищ Окуловской водохозяйственной системы

4.2. Рассмотрение проблем управления водными ресурсами Российской Федерации на примере разработанных проектов ПИВР и ПТЭБ водохранилищ Окуловской водохозяйственной системы

5. Заключение

6. Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1.

Приложение 2.

Приложение 3.

Приложение 4.

Приложение 5.

Приложение 6

Приложение 7

Приложение 8.

Приложение 9.

Приложение 10.

Приложение 11.

Приложение 12.

Приложение 13.

Приложение 14

Приложение 15

Водные ресурсы являются важной составляющей национального богатства любой страны. Теоретически водные ресурсы неисчерпаемы, так как при рациональном использовании они непрерывно возобновляются. Однако человечество все чаще сталкивается с проблемой обеспечения возрастающих потребностей в воде. Запасы мировых океанических и континентальных вод составляют 1,5 млрд.куб.км. По разным подсчётам доля пресной воды в общем объеме мировых вод составляет 2,53-3% или 31-35 млн.куб.км.

При этом около 85—90 % запасов пресной воды содержатся в виде льда (Арктика, Гренландия, Антарктика), атмосферной и почвенной влаги, в подземных источниках и не доступны для освоения (см. рис. 1). Наибольшую ценность представляют запасы пресных вод рек и озер, составляющие около 0,3% всей пресной воды планеты [3, 5, 10,79, 103, 112].

Распределение пресной воды по земному шару неравномерно. В Европе и Азии, где проживает 70 % населения мира, сосредоточено лишь 39 % ее запасов (см. рис. 2) [107]. Во многих странах и регионах мира уже сегодня ощущается недостаток водных ресурсов, усиливающийся с каждым годом [28, 98]. Тенденция к утрате водными ресурсами свойства воспроизводимости, очевидно, тесно связана с общим экологическим неблагополучием на планете и его непрерывным усилением [78, 87, 94, 95, 108, 109].

Таким образом, основной задачей водного хозяйства является обеспечение всех отраслей и видов хозяйственной деятельности, а также экологических нужд водой в необходимом количестве и соответствующего качества [10, 29, 96, 105].

Целью настоящей диссертации является разработка проектов Правил использования водохранилищ Окуловской водохозяйственной системы и выявление на их основе существующих проблем управления водными ресурсами Российской Федерации и путей их решения.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. анализ существующих подходов к управлению водными ресурсами нашей страны, отраженных в законодательстве Российской Федерации и в научной литературе;

2. рассмотрение основных проблем, возникающих при планировании и ведении водохозяйственной деятельности;

3. разработка классификации проблем управления водными ресурсами Российской Федерации;

4. сбор и анализ исходной информации об Окуловской водохозяйственной системе;

5. расчет гидрологических характеристик на водотоках с использованием программного комплекса HydroStatCalc;

6. применение математических моделей для решения частных задач при ведении водохозяйственной деятельности на водохранилищах Окуловской водохозяйственной системы;

7. создание геоинформационной системы водохранилищ Окуловской водохозяйственной системы на базе ArcGIS.

Представленные в данной работе проекты Правил использования водных ресурсов водохранилищ Окуловской водохозяйственной системы прошли апробацию в Национальном исследовательском Санкт-Петербургском государственном политехническом университете (СПбГПУ) на научно-практической конференции с международным участием «Неделя науки СПбГПУ», проходившей в период со 2-го по 7-е декабря 2013 года в рамках доклада «Анализ современного состояния и использования водных ресурсов Окуловской водохозяйственной системы, частью которой является водохранилище Боровновской ГЭС», а также на семинаре «Опыт разработки Правил использования водохранилищ (ПИВ). Система управления водными ресурсами Российской Федерации» на кафедре СПбГПУ «Водохозяйственное и гидротехническое строительство» 22-го февраля 2014 года.

Настоящие проекты Правил были защищены автором на заседаниях научнотехнического совета в Невско-Ладожском бассейновом водном управлении Федерального агентства водных ресурсов от 23.12.2013 и от 03.02.2014.

На основании материалов магистерской диссертации автором в апреле 2014 года была представлена статья «Управление водными ресурсами в Российской Федерации» в научный журнал «Строительство уникальных зданий и сооружений».

Научной новизной работы является создание единой классификации проблем управления водными ресурсами Российской Федерации.

1.5. Теоретическая и практическая значимость работы Теоретическая значимость работы заключается в развитии теории управления водными ресурсами на основе создания единой классификации проблем управления водными ресурсами РФ.

Практическая значимость заключается в возможности применения на практике разработанных автором Правил использования водохранилищ Окуловской водохозяйственной системы.

2.1. Система управления водными ресурсами в Российской Федерации Российская Федерация располагает значительными запасами пресных вод. По объему речного стока, составляющему в средний по водности год 4,3 тыс.км3, Россия занимает второе место в мире после Бразилии. Так в озере Байкал сосредоточено 26% мировых запасов озерной пресной воды. Байкал и другие крупные озера выводят нашу страну на первое место по запасам воды питьевого качества. В настоящий момент в России создана водохозяйственная структура, включающая в себя и самую протяженную в мире внутреннюю судоходную сеть [58, 85].

Управление водными ресурсами, рациональная организация хозяйственной деятельности, обеспечение бережного отношения к воде являются одной из актуальнейших задач управления страной в целом. Необходимость управления водными ресурсами определяется изменчивостью во времени количества водных ресурсов в зависимости от их источника формирования, большой амплитудой изменения во времени, усиливающимся загрязнением, засолением, засорением водных ресурсов под воздействием природных и антропогенных факторов, и отрицательным воздействием водных объектов на природную среду и на объекты народного хозяйства (наводнение, подтопление и т.п.) [77].

Для управления водными ресурсами и сложными водохозяйственными системами в России, начиная с XVII века, на государственном уровне существуют службы, отвечающие за водное хозяйство страны [10].

Рис. 2. Крупнейшие страны мира по запасам пресной воды (тыс. км3) Наибольшее количество функций государственного управления в области использования и охраны водных ресурсов в настоящий момент осуществляет находящиеся в ведении МПР России Федеральное агентство водных ресурсов (Росводресурсы) [62] и Федеральная служба по надзору в сфере природопользования (Росприроднадзор).

Федеральное агентство водных ресурсов осуществляет свою деятельность непосредственно или через свои территориальные органы (в том числе бассейновые) и через подведомственные организации, в состав которых входят 14 бассейновых водных управления (БВУ) по основным водным бассейнам и Байкалводресурсы, а также федеральных государственных учреждений (ФГУ) и 3 федеральных государственных унитарных предприятия (ФГУП) во взаимодействии с другими федеральными органами исполнительной власти, органами исполнительной власти субъектов РФ, органами местного самоуправления, общественными объединениями и иными организациями [79]. Правовой основой всей водохозяйственной деятельности на территории Российской Федерации является Федеральный закон об охране окружающей среды от 10.01.2002 №7-ФЗ [86], Водный кодекс Российской Федерации от 03.06.2006 №74-ФЗ [18], Водная стратегия Российской Федерации на период до 2020 года от 27.08.2009 №1235-р [17].

В соответствии с Водным кодексом Российской Федерации, одним из принципов водного законодательства России является принцип регулирования водных отношений в границах бассейновых округов. Бассейны рек на территории России выделены строго по гидрографическим границам. Совместно с подземными водными объектами, морями они составляют основу бассейновых округов, которые, в свою очередь, являются основной единицей управления в области использования и охраны водных ресурсов. На территории бассейновых округов ответственными органами за управление водными ресурсами и регулирование водопользования являются бассейновые водные управления (БВУ) [18, 24, 39].

По нашему мнению, основными проблемами управления водными ресурсами Российской Федерации, являются:

раздробленность и неэффективность системы управления водными ресурсами [4, отсутствие единой информационной базы получения, обработки и хранения противоречивость требований к водопользованию;

неэффективность экологического нормирования водопользования;

вопросы, связанные с математическим моделированием водных систем и процессов, происходящих в них;

управление водными ресурсами в соответствии с современным административнотерриториальным делением страны;

вопросы, связанные с водоохранными зонами при водных объектах и их регистрацией в кадастре недвижимости РФ [34, 37].

Все перечисленные проблемы существенно сказываются на качестве управления водными ресурсами нашей страны, что будет показано ниже.

На настоящий момент, согласно Водной стратегии РФ [13, 17, 47], приоритетным направлением совершенствования системы государственного управления является реализация следующих предусмотренных Водным кодексом Российской Федерации механизмов:

– разработка схем комплексного использования и охраны водных объектов – разработка нормативов допустимого воздействия на водные объекты (НДВ), учитывающих региональные особенности и индивидуальные характеристики – разработка новых и актуализация существующих правил использования – ведение государственного мониторинга водных объектов [23];

– формирование единой информационно-аналитической системы управления гидротехнических сооружений и государственного водного реестра.

Основой реализации любого из перечисленных механизмов системы управления водным хозяйством страны является наличие современной методической базы (см.

приложение 1). При обосновании любых, существующих на данный момент правил, схем, нормативов, ведении государственного мониторинга необходимы методологические подходы, отвечающие современным требованиям водного законодательства России, уровню развития экономики страны и социально-экономическому развитию общества.

Так, в связи с отсутствием современных методических указаний в период действия прежнего Водного кодекса РФ было затруднено составление схем комплексного использования и охраны водных объектов. Имеющиеся тогда «Методические указания о составе, содержании, порядке разработки, согласования, утверждения и уточнения схем комплексного использования и охраны водных ресурсов», утвержденные «Минводхозом»

СССР в 1987 г., были ориентированы на требования плановой экономики, что затрудняло их использование на современном этапе [53].

Необходимо отметить, что в настоящий момент также отмечается ряд недостатков современных Методических указаний по разработке СКИОВО, состоящие, по мнению автора [53], в неоправданной их детализации, сравнимой по многим показателям с требованиями к разработке Технико-экономических обоснований (ТЭО), Обоснованию инвестиций, по степени и подробности их проработки - с Рабочей документацией.

Чрезмерная подробность разработки проектов СКИОВО привела к значительному увеличению трудоемкости работ, значительному их удорожанию, по сравнению с трудоемкостью и со стоимостью разработки Схем комплексного использования и охраны водных ресурсов (СКИОВР). Подобные нововведения не позволят, по мнению автора, повысить эффективность управления водными ресурсами нашей страны, что в очередной раз наглядно показывает ее несовершенство [53].

Разработка НДВ тоже имеет ряд недостатков и неточностей. На данный момент установление НДВ выделено в самостоятельную работу и исключено из состава разработки СКИОВО, что идеологически не обосновано и создает большие трудности, в особенности, в том случае, если разработка этих документов производится разными организациями и в разное время. Так в Методических указаниях даны виды воздействия на водные объекты, по которым следует разрабатывать НДВ, однако по некоторым из них не даны критерии для обоснования НДВ. Также в текст введено много не адаптированных для использования в нашей стране понятий и методических указаний, заимствованных из зарубежных документов. Так, например, рекомендуемые примеры расчета привноса химических и других веществ в водные объекты не отвечают современному уровню развития гидромеханики и физики [53,70].

Увеличение антропогенной нагрузки на водные объекты приводит к усложнению структуры водохозяйственных систем, участники которых предъявляют часто противоречивые требования к регулированию, использованию, и охране вод, а также к защите от паводков. Режим регулирования стока и использования водных ресурсов крупных водохранилищ РФ определен несколько десятилетий назад, постоянно уточняется и совершенствуется, является предметом пристального внимания ученых и специалистов в области водохозяйственного и энергетического строительства (см. табл. 1).Однако сложившиеся условия регулирования водных отношений в нашей стране не позволяют уделять должного внимания маломасштабным водным объектам, деградация которых, по мнению ряда авторов [92], идет с нарастающей скоростью, даже в центральном регионе Европейской территории России, что особенно ярко проявилось во время экстремальных погодных условий летом 2010 года.

К особенностям маломасштабных объектов можно отнести недостаточную гидрологическую изученность территории, связанную, прежде всего, с отсутствием функционирующих водомерных постов, а также отсутствие надежных прогнозов стока, затрудненность пространственной экстраполяции гидрологических характеристик, в связи с характерной высокой изменчивостью стока малых рек, и нередко полным отсутствием контрольно-измерительной аппаратуры на водных объектах, а также возможность аппроксимации расчетных гидрографов половодий и паводков аналитическими зависимостями. В экологическом плане для маломасштабных водных объектов типична высокая чувствительность к антропогенным воздействиям, повышенные требования к комплексным попускам из прудов и водохранилищ [30, 92].

Основным нормативным документом, регламентирующим режим наполнения и сработки, порядок пропуска половодий и паводков, размеры попусков в нижний бьеф гидроузла, а также порядок использования дна и берегов конкретных водохранилищ, являются «Правила использования водохранилищ» (ПИВ) [61, 69].

Правила подлежат пересмотру по мере накопления опыта эксплуатации, изменения водохозяйственной обстановки, экологических требований к режиму использования стока, но не реже, чем один раз в 10-12 лет. Как разработка, так и пересмотр Правил требуют выполнения значительного объема специальных расчетов, от качества и достоверности результатов которых зависит эффективность и безопасность функционирования объекта [57].

Таблица 1. Правила использования крупных водохранилищ Российской Федерации ПИВ Ковдинского каскада 1968 (в доработке) Невско-Ладожское БВУ водохранилища ПИВР Куйбышевского, 1983 (в доработке) Нижне-Волжское БВУ Волгоградского водохранилищ ПИВ Бурейского и 1984 (в доработке: проекты Амурское БВУ Зейского водохранилищ ПИВ Ангаро-Енисейского в доработке: проекты 2005- Енисейское БВУ Для водохранилищ многоцелевого назначения разработка, согласование и утверждение Правил осуществляется в два этапа: на первом этапе разрабатываются правила использования водных ресурсов, на втором – правила технической эксплуатации и благоустройства водохранилища [56, 57].

История разработки и применения Правил насчитывает несколько десятилетий. В г. было утверждено «Положение о порядке использования водных ресурсов водохранилищ РСФСР» (Госводхоз РСФСР.РВ-1-61), в котором указано, что руководящим документом по использованию водных ресурсов водохранилищ в нормальных эксплуатационных условиях должны быть «Основные положения правил использования водных ресурсов» конкретного водохранилища. В 1960-е гг. были разработаны «Основные положения правил» десятков водохранилищ, в том числе крупнейших (Волжско-Камского, Ангаро-Енисейского каскадов гидроузлов, Цимлянского гидроузла на р.Дон и др.) [77]. На настоящий момент основным документом являются методические указания по разработке «Правил использования водохранилищ» [56, 76].

Методические указания регламентируют структуру и содержание документа «Правила использования водохранилищ», задают порядок его разработки, определяют состав необходимых исходных данных, включая требования водопользователей к режиму бьефов гидроузла, методику основных расчетов, а также порядок согласования документа [8, 56, 57].

В настоящий момент существует несколько действующих методических указаний по составлению правил использования водохранилищ, предназначенных, прежде всего, для использования при разработке проектов Правил, как существующих, так и проектируемых и строящихся водохранилищ [8, 9, 56, 57]. Действующие Методические указания разработаны в соответствии с пунктом 4 «Положения о разработке, согласовании и утверждении правил использования водохранилищ, в том числе типовых правил использования водохранилищ»

утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 22 апреля 2009 г.

№ 349 «Об утверждении Положения о разработке, согласовании и утверждении правил использования водохранилищ, в том числе типовых правил использования водохранилищ»

[69].

Действующие Методические указания могут отличаться по своим требованиям к разрабатываемым проектам. Так, например, в одной из интерпретаций Методических указаний по разработке «Правил технической эксплуатации и благоустройства водохранилищ» (ПТЭБ), полученных от Невско-Ладожского БВУ для разработки ряда проектов «Правил использования водохранилищ Окуловской водохозяйственной системы», а также других водохранилищ Ленинградской области, указано, что ведение наблюдений за состоянием водохранилища, осуществляется на единой геоинформационной основе в соответствии с нормативными и методическими документами Минприроды России и Росгидромета. Однако все же подробного описания слоев геоинформационной системы не приведено. В Методических указаниях от 26.01.2011 №17 упоминаний о создании геоинформационной системы нет.

Однако предпринятые доработки и уточнения «Правил использования водохранилищ»

не решают в полной мере накопившиеся проблемы, что будет неоднократно подтверждено в настоящем исследовании, поэтому особую актуальность приобретают вопросы методологии составления «Правил использования водохранилищ» и методики управления водными ресурсами в процессе регулирования стока [76].

Необходимо обратить внимание на проблему противоречивости водопользования.

Зачастую потребности водопользователей в водных ресурсах достаточно противоречивы, или число водопользователей настолько велико, что приводит к необходимости ограничения водопотребления одного или нескольких из них в соответствии с принципов приоритетности водопользования [60] (см. рис. 3, см. гл. 3).

В бассейнах крупных рек, таких как р.Кубань и р. Волга, где число водопользователей и водопотребителей может достигать нескольких сотен, возникает проблема структуризации водопользования и составления водохозяйственных балансов [6, 27]. В связи с этим режимы крупных водных объектов, входящих в состав бассейнов данных рек, постоянно корректируются, а Правила использования многих крупных водохранилищ не утверждаются и так и остаются на стадии доработки. Одним из подходов к решению данной проблемы является построение схем водопользования - веерной и сетевой структуризации водопользования [27, 75] (см. рис.4) Рис. 3. Схема взаимодействия водопользователей с Водохозяйственным комплексов РФ Сложность в построении данных схем состоит в задаче обеспечения всех водопользователей необходимым количеством водных ресурсов соответствующего качества, при этом разработчики сталкиваются со множеством трудностей и неопределенностей, что делает процесс построения этих схем весьма трудоемким. В настоящее время на основании названных схем происходит создание моделей различных уровней, которые, вероятно, в дальнейшем будут использованы в прикладных целях.

Необходимо особенно отметить, что наличие достаточно детально разработанных Методических указаний в различных их интерпретациях, а, соответственно, и разработанных на их основе Правил использования водохранилищ, в частности для ряда крупных водохранилищ (Рыбинское водохранилище, Ангаро-Енисейский каскад, Ковдинский каскад, Зейское водохранилище), не решает в полной мере проблему управления данными водными объектами. Свободного доступа к утвержденным Правилам использования конкретных водных объектов нет (см. табл. 1), в отличие от проектов СКИОВО и НДВ. На электронном ресурсе Росводресурсов, в частности занимающихся утверждением ПИВов, какая-либо информация о данных нормативных документах также отсутствует, однако приводятся конкретные пошаговые указания по режиму эксплуатации ряда водохранилищ [62]. Из чего можно сделать вывод, что управление водными объектами нашей страны производится вручную, что вероятно вызвано трудностями и разногласиями между водопользователями, а также рядом других проблем, возникающих при составлении проектов ПИВ, описанные выше. Этот факт еще раз доказывает неэффективность функционирования современного водохозяйственного комплекса.

Одной из проблем управления водными ресурсами водохранилищ в настоящий момент является отсутствие единой информационной системы хранения и обработки данных, поступающих на бумажных и электронных носителях от водопользователей (собственников) в ФАВР. Наличие временного интервала в наблюдениях от получения информации, обработки данных и их анализа до принятия решений, а также концентрация огромных объемов информации в территориальных представительствах ФАВР сказываются на оперативности принятия решений, в особенности, в случае необходимости корректировки режима водопользования, что в целом отражается на эффективности системы управления водными ресурсами Российской Федерации [23].

Рис. 4. Сетевая структуризация водопользования в Волжском бассейне (на примере Ввиду необходимости учета большого объема и разнообразия данных для реализации этих задач необходимо создать специальное информационное обеспечение на базе современных компьютерных средств [55, 67, 76]. Сюда входят: базы данных, базы знаний (опыт предыдущих действий и правовые основы) и системы прогнозирования последствий того или иного варианта действий, в том числе на основе экспертных оценок. Совокупность таких элементов принято называть системой поддержки принятия решений, для реализации которых необходимо разработать соответствующие информационные технологии, представляющие собой наращиваемую систему с расширяемой базой данных и экспертным оцениванием по методу анализа иерархий [78]. В настоящий момент предложено множество моделей модернизации системы управления водными ресурсами [67, 77, 78, 92].

Так рядом авторов [77] была предпринята попытка систематизации методических подходов к построению системы Правил в виде проекта электронного редактора. Под электронным редактором понимается программная оболочка для разработки Правил, включающая функциональные, информационные и управляющие блоки. Блок-схема редактора представлена на рисунке 5.

Рис. 5. Блок-схема электронного редактора Правил управления водными ресурсами Такой документ может оказать серьезную помощь при составлении (либо корректировке) Правил, поскольку он содержит саму последовательность позиций, данные о задачах каждого раздела, освещает состояние рассматриваемого вопроса, нормативную базу, методику решения, литературные источники. Редактор создается для облегчения задач, решаемых составителями Правил, регламентации формы и содержания этого документа и должен учитывать как многолетний опыт составления и использования Правил для водохранилищ энергетического и комплексного назначения, так и современные положения Российского водного законодательства.

2.3. Математическое моделирование в управлении водными ресурсами Математическое моделирование физических явлений и процессов, происходящих как в самом водном объекте, на территории его водосбора, так и за пределами его, а также разработка ряда климатических моделей весьма актуальны в данный момент [26, 40, 41, 42, 43, 44, 54, 71, 74, 88, 89, 90, 91, 100, 101, 102, 114].

Ярошевский Д.М. в своей статье [30] обосновал основные критерии составления математических моделей для маломасштабных водных объектов, дал краткое структурное описание системы математических моделей, а также определил основные трудности в механизмах их реализации связанных с учетом всех необходимых параметров водохранилищ и неоднородности моделируемых процессов. Согласно автору существующие математические модели применительно к маломасштабным водным объектам можно разделить как по основным проблемным направлениям, так и по видам применяемых моделей. Так, основными направлениями в данной области исследования являются:

обеспечение потребностей водопользователей в необходимом количестве водных мероприятия по сохранению качества вод, борьба с деградацией водных объектов, решение комплекса водно-экологических проблем;

защита объектов от вредного воздействия вод, в первую очередь – от половодий и При рассмотрении видов применяемых моделей различают:

динамические стохастические модели;

модели имитационного типа.

По наличию пространственной привязки модели разделяют на:

модели, основанные на геоинформационных системах;

модели, не имеющие пространственной привязки.

При осуществлении моделирования по перечисленным направлениям разработчики часто стоят перед выбором выразить весь спектр задач в форме единой целостной модели, либо разбить систему на большее число частных задач. При этом выбор первого варианта иногда может дать возможность записать целостную модель на бумаге, однако впоследствии могут возникнуть трудности с ее реализацией, в связи с рядом вычислительных трудностей.

Выбор же последнего варианта может привести к непреодолимым трудностям в организации взаимодействия ряда частных задач. Автор также отмечает, что многие частные проблемы, выраженные в моделировании ряда процессов, все еще содержат не вполне разработанные методологические вопросы. Своеобразным лимитирующим фактором для разработки комплексных математических моделей применительно к маломасштабным водным объектам является отсутствие репрезентативных наблюдений за речным стоком и качеством водных ресурсов. Также остается нерешенной проблема структуризации систем разнородных математических моделей.

В настоящий момент существует ряд реализованных моделей водохозяйственных систем, применявшихся авторами [8, 9, 16, 29, 31, 35, 36, 80, 81, 82, 93, 97, 99, 111, 113] на водохозяйственной системы и разнообразием характеристик водопользования. В водохозяйственных систем, а также модели, использующиеся в процессе их эксплуатации, основанные на ГИС. В приложении 2.2. представлены математические модели водных объектов и водохозяйственных систем, а также модели, использующиеся в процессе их эксплуатации, не привязанные к ГИС.

водохозяйственным комплексом нашей страны, являются:

– DHI: Water.Environment.Health. - мировой лидер в области разработки и гидрогеологии, окенологии и охраны водной среды. Датская компания DHI создала целую серию многоцелевых программных комплексов для анализа, прогноза и управления водными ресурсами как подземных, так и поверхностных вод в системе рек и каналов, а также открытых водных пространств, эстуариях и прибрежных зонах морей. Данные комплексы также включают пакеты для оценки качества вод и экологического состояния окружающей среды. Продукты данной планировании и ведении водохозяйственной деятельности, и, по нашему мнению, заслуживают особого интереса, как со стороны водопользователей, так и со стороны управляющей составляющей водохозяйственного комплекса [64].

– Необходимо также отдельно отметить комплекс программ американской экологического моделирования. Данная компания выпускает продукты для управления как подземными, так и поверхностными водами [65];

– Разработкой моделей в нашей стране, как видно из приложения 2, в основном Академии Наук, основными из которых являются:

– Федеральное государственное бюджетное учреждение науки СанктПетербургский экономико-математический институт Российской академии – Федеральное государственное бюджетное учреждение наук Институт Озероведения Российской академии наук (ИНОЗ РАН) [63];

– Институт водных проблем Севера Карельского научного центра Российской – Институт водных и экологических проблем СО РАН г. Новосибирск(ИВЭП – Сибирскоий федеральный университет, Институт биофизики СО РАН – Российская академия наук Институт водных проблем (ИВП РАН);

– Федеральные службы: ФСБ по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Российской Федерации (Росгидромет) - Государственный гидрологический институт (Валдайский филиал ГГИ);

2.4. Управление экологическим состоянием водных объектов До сих пор остается нерешенной проблема управления качеством воды речных бассейнов и их экологическим состоянием. Свидетельством неблагополучия в этой области служит продолжающееся снижение качества воды и ухудшение экологического состояния водных объектов страны по мере ее экономического роста [20, 23, 45, 46].

В водоохранном аспекте недопустима бесплатность сброса сточных вод или дренажных вод. Сточные воды, даже после очистки до санитарных норм, отличаются от природных повышенным содержанием загрязняющих вещества, которое снижает потребительную стоимость воды. Возврат их в водоемы отрицательно влияет на качество воды [87].

По мнению ряда авторов [25, 87] платность водопользования с целью экономического обеспечения водоохранной деятельности включает в себя решение ряда ключевых проблем:

– дифференциации размеров платежей по регионам;

– модернизация механизмов взимания платежей, контроля над их поступлением, а также способов принуждения к их внесению;

– создание прозрачной структуры специализированных финансово-управляющих органов подчиненных и подотчетных одному органу исполнительной власти;

– обеспечение поэтапного ужесточения нормативов, расширение спектра учитываемых загрязнителей и увеличение тарифных ставок, как на нормативное, так и на сверхнормативное водопользование.

Примером для подражания может стать опыт стран Европейского Союза, где основополагающим принципом улучшения качества воды является внедрение наилучших доступных технологий [95, 104]. Для предотвращения пагубного влияния сброса сточных вод промышленных предприятий, водоочистных сооружений и т.п. на реки и другие водные экосистемы Европейский союз в 2000 году утвердил Рамочную директиву по водной среде, целью которой является восстановление загрязненной воды до «хорошего» состояния к году. На сегодняшний день водная политика Евросоюза признает следующие основополагающие принципы:

высокий уровень охраны с учетом разнообразия ситуаций в различных регионах принцип предосторожности;

предупредительные мероприятия;

очистка от загрязнений у источника;

принцип «Загрязнитель Платит»;

интеграция политики в области охраны окружающей среды с другими политиками Сообщества (ЕС) – например, сельскохозяйственной, транспортной, энергетической;

содействие устойчивому развитию.

Тарифы на воду из подземных источников в нашей стране были введены еще в СССР в 1984 г. Их величина предусматривает возмещение затрат на гидрогеологические работы и не более того. На основании методических подходов был составлен прейскурант № 03- «Тарифы на воду, забираемую из водохозяйственных систем (поверхностные и подземные источники)». В 1990 г. были разработаны новые методические рекомендации по определению платы за пользование природными ресурсами, в том числе водными. Согласно этим рекомендациям система платежей за водопользование включает в себя: плату за право пользования (или изъятие) водными ресурсами; воспроизводство и охрану природных ресурсов (аналог платежей за воду, забираемую из водохозяйственных систем); сброс загрязняющих веществ в водоемы [72, 73]. В настоящий момент на территории Российской Федерации действуют разработанные для конкретных бассейнов рек Нормативы допустимого воздействия (НДВ), в рамках которых происходит выделение лимитов на водопользование [70].

Изучение экологического аспекта водопользования в данный момент весьма актуально, что подтверждается многочисленными публикациями работ исследователей-гидрологов, лимнологов, экологов, био-, геохимиков, гидрогеологов и пр.[32, 33, 50, 51, 52, 59, 106], занимающихся исследованиями сложившейся экологической обстановки на водных объектах нашей страны. В ряде случаев мы сталкиваемся с тотальным загрязнением водным объектов, приводящим не только к непригодности воды к употреблению, но и к гибели водной флоры и фауны. К сожалению, примером могут послужить многие водные объекты нашей страны, на которых не производились исследования и мониторинг качества окружающей среды (водных ресурсов). В полной мере это относится к маломасштабным объектам (малые реки). Примером могут послужить ряд водохранилищ, расположенных в Ленинградской области: Лососинское и Машозерское водохранилища (Прионежский район Республики Карелия), воду которых использовать не только в хозяйственно-бытовых, но и в технических нуждах не представляется возможным. Необходимо отметить, что ряд водных объектов, в том числе и вышеназванные водохранилища, находится в заброшенном, полуразрушенном состоянии и представляет угрозу как для природных объектов и экосистем, так и для человека. Весьма веским доказательством этому может послужить гидроузел на Водлозерском водохранилище (Пудожский район Республики Карелия). По прогнозам исследователей, некогда отремонтированный гидроузел, располагающийся на заповедной территории (Водлозерский национальный парк), пока еще обеспечивающий подпор вод, с течением времени будет необратимо разрушен, а водохранилище опорожнено.

Последствия такого хода событий предсказать несложно. Также настораживает состояние комплекса гидротехнических сооружений самого верхнего водохранилища в Окуловской водохозяйственной системе - водохранилища Боровновской ГЭС [66], существенно снижающее возможность регулирования всей водохозяйственной системы.

Множество исследований в настоящий момент направленно на изучение, а также математическое моделирования процессов миграции элементов в системе почва-водаатмосфера, применительно к конкретным объектам [50, 51, 52]. Особое внимание при этом уделяется вопросам миграции ряда биофильных элементов таких, как фосфор, азот, калий, а также изучению органического вещества водных объектов (ОВ) [110]. В составе различных соединений, в частности, в составе донных отложений (илов), а также водорастворимых форм органических веществ, исследуемые элементы претерпевают ряд изменений, связываются, перераспределяются в пространстве и времени, накапливаются в составе донных осадков, что в целом сказывается на экологическом состоянии водных объектов и, соответственно, на качестве воды.

Одной из основных причин неудовлетворительного качества питьевой воды является широко распространенное загрязнение источников водоснабжения химическими соединениями антропогенного происхождения [21, 22]. К таким загрязнителям относят:

минеральные удобрения, ядохимикаты, детергенты, нефтепродукты, соли тяжелых металлов.

В число наиболее опасных загрязнителей природной среды входят тяжелые металлы и их соединения, которые не подвергаются процессам разложения и перераспределяются между отдельными компонентами экосистемы, аккумулируясь в донные отложениях. Содержание в воде различных поллютантов и ряда биофильных элементов также нормируется с помощью НДВ.

Необходимо также коснуться ряда проблем, связанных с водоохранными зонами, также достаточно широко освещенных в литературе [37, 84]. Согласно ст. 65 Водного Кодекса РФ водоохранными зонами являются территории, которые примыкают к береговой линии морей, рек, ручьев, каналов, озер, водохранилищ и на которых устанавливается специальный режим осуществления хозяйственной и иной деятельности в целях предотвращения загрязнения, засорения, заиления указанных водных объектов и истощения их вод, а также сохранения среды обитания водных биологических ресурсов и других объектов животного и растительного мира [84]. Таким образом, водоохранные зоны – зоны с особыми условиями использования земельных участков и режима хозяйственной деятельности.

Проблемы захламления и несанкционированной застройки территорий водоохранных зон достаточно подробно (детально) рассмотрены в работах ряда исследователей [37].

Необходимо подробно остановиться на рассмотрении вопроса, связанного с системой учета водоохранных зон в Государственном кадастре недвижимости. Водоохранные зоны формируются в соответствии со ст. 65 ВК РФ, и их размер зависит от вида водного объекта и его протяженности, но не определяется тем, сформированы или нет земельные участки на соответствующей территории и какие права на них закреплены. Однако земельные участки могут быть сформированы в любой момент, даже когда водоохранная зона на данной территории уже существует, т.е. земельный участок образовывается в пределах водоохраной зоны. Законодательством не определено, кто, в каком порядке должен обращаться за государственной регистрацией ограничения прав и на каком этапе предоставления земельного участка [12]. Не ясно, может ли являться отсутствие государственной регистрации ограничения права основанием для оспаривания сделки с таким земельным участком и признания ее недействительной. Также не определенно как будет распространяться ограничение права пользования земельным участком в случае нахождения в пределах водоохраной зоны лишь части его. Эти вопросы требуют детальной разработки и конкретизации в законодательстве. По нашему мнению, целесообразно создать единую информационную систему об объектах недвижимого имущества и прав на них, чтобы любое заинтересованное лицо имело возможность получить полную информацию о правовом режиме земельного участка. Постановлением Правительства РФ от 10.01.2009 №17 «Об утверждении Правил установления на местности границ водоохранных зон и границ прибрежных защитных полос водных объектов» был внесен ряд поправок в процедуру установления водоохранных зон, позволяющий, по мнению ряда авторов [68], внести недостающие сведения в кадастр недвижимости. Однако на наш взгляд данный вопрос все еще требует доработки.

Таким образом, решение задачи обеспечения экологической безопасности территории Российской Федерации (субъекта РФ) требует комплексного подхода как в территориальном разрезе (от масштабов региона до конкретной небольшой территории) так и во временном (от экстренного реагирования при возникновении аварийных ситуаций до долгосрочного планирования природоохранных мероприятий). Наиболее эффективно эта работа может быть проведена с использованием информационно-аналитических систем поддержки принятия управленческих решений, которые должны быть достаточно гибкими и иметь возможность модернизации с учетом новых требований к ним и изменений в структуре и полномочиях специально уполномоченных природоохранных органов [38].

Такие системы могут быть эффективными только на основе компьютерных и ГИСтехнологий на базе современной измерительной, телекоммуникационной и вычислительной техники. Только такие технологии позволяют обеспечить достоверность и оперативность данных о текущей экологической обстановке, дать научно-обоснованный прогноз изменения экологической ситуации, оценку экологического риска, организовать потоки информации о территории, субъектах хозяйственной деятельности и их взаимодействии [14, 15, 38].

Согласно ряду авторов [1, 2, 11, 14, 38, 49] концептуальная модель построения ГИС водохозяйственных систем должна предусматривать:

формирование баз данных кадастровой, картографической информации и данных дистанционного зондирования;

функционирование в сетевом режиме с использованием всех возможных информационную и программную совместимость ГИС областного и муниципального уровней при их интеграции, а также при интеграции ГИС областного уровня в системы бассейнового (регионального) и федерального поддержку распределенных (территориально разнесенных) баз данных с разным уровнем генерализации информации.

Интегрированная экологическая информационная система должна связать различные службы, участвующие в решении экологических проблем, и, прежде всего территориальные подразделения федеральных специально уполномоченных органов в области охраны окружающей природной среды [11, 14, 48, 87]. В настоящий момент ГИСтехнологии используются при уточнении морфометрических характеристик водоемов, гидрографических, физико-географических параметров и антропогенных нарушений их водосборных бассейнов, а также при разработках моделей водоемов и их водосборных бассейнов.

Основными причинами, сдерживающими широкое внедрение этих систем, являются:

топографических карт практически всего необходимого масштабного ряда от функциональную достаточность отечественных;

отсутствие в территориальных природоохранных органах достаточного количества кадров, подготовленных для работы с ГИС.

Все вышеперечисленные проблемы являются существенным сдерживающим фактором для повсеместного внедрения ГИС. Так выполнение работ с использованием этих систем, применительно к водохозяйственному комплексу нашей станы, весьма трудоемко и затратно, при этом в большинстве случаев разработчики сталкиваются с проблемой отсутствия необходимого топографического материала, что заставляет отказываться от использования этих систем. В связи с этим для корректной работы с водохозяйственными системами прежде всего необходимы актуальные топографические материалы, позволяющие осуществлять мониторинг и работу с геоинформационными системами как малых, так и крупномасштабных объектов.

В настоящем литературном обзоре были рассмотрены основные методические подходы к управлению водными ресурсами нашей страны. Были выделены основные сдерживающие факторы, препятствующие дальнейшему развитию водохозяйственного комплекса РФ, а также рассмотрены основные пути усовершенствования системы управления водными ресурсами. В настоящее время функционирующий водохозяйственный комплекс России в целом обеспечивает текущие потребности страны в водных ресурсах. Вместе с тем, развитие экономики в будущем потребует увеличения гарантированного объема водных ресурсов соответствующего качества, предназначенных для удовлетворения питьевых и хозяйственнобытовых нужд, а также для использования в промышленности, сельском хозяйстве, энергетике и в рекреационных целях [2]. Это, в свою очередь, неминуемо приведет к необходимости модернизации системы управления водными ресурсами страны, в том числе к повсеместному применению математических моделей и компьютерных технологий, в первую очередь геоинформационных.

2.5. Создание единой классификации проблем управления водными ресурсами Создание единой классификации проблем управления водными ресурсами страны является одной из сложнейших задач теории управления водными ресурсами РФ. Наиболее полно осветили основные проблемы водообеспечения в своих работах Раткович Д.Я. [75], Асарин А. Е. [3] и др. Изучение литературных источников по теме настоящего исследования позволило выделить ряд основных проблем управления водными ресурсами РФ. Ниже представлен проект классификации проблем управления водными ресурсами Российской Федерации.

Проблемы управления водными ресурсами можно разделить по следующим критериям:

вид водных ресурсов;

причины возникновения (по происхождению - генезис);

масштаб проявления;

направленность воздействия.

По виду водных ресурсов можно выделить проблемы управления:

пресными водами (воды рек, озер, каналов);

Проблемы управления пресными водами можно разделить:

1. управление поверхностными водами;

2. управление подземными водами.

По причине возникновения проблемы можно разделить:

1.1. Природного происхождения 1.1.1. Неравномерное распределение пресной воды по поверхности земли 1.2. Организационные 1.2.1. Частичное или полное отсутствие организации наблюдений за водными 1.2.2. Нерациональное распределение должностных обязанностей и 1.2.3. Нерациональное распределение денежных средств, выделенных из госбюджета (недостаточное финансирование строительства противопаводковых сооружений и их эксплуатации; выделение средств из госбюджета на разработку проектов ПИВ, СКИОВО, НДВ, которые впоследствии не походят процедуру согласования и утверждения; отсутствие средств на восстановление сети наблюдательных гидрологических и гидрометеорологических пунктов; недостаток средств на восстановление гидротехнических сооружений, находящихся в аварийном состоянии) 1.2.4. Неудовлетворительное информационное и аналитическое обеспечение управления водным фондом (уменьшение количества постов наблюдений;

несоответствие используемых информационных технологий задачам 1.2.5. Несоответствие границ современного административно-территориального деления с гидрографическими границами бассейнов водных объектов 1.3. Социально-экономические 1.3.1. Отсутствие надежной системы финансирования 1.3.2. Неэффективность системы налогообложения (плата за выбросы) 1.3.3. Социальное развитие населения – понятие экологического сознания 1.3.4. Интенсивное хозяйственное использование и бесконтрольная застройка паводковых территорий без проведения защитных мероприятий 1.4. Политические 1.4.1. Ориентирование законодательной базы на страны Запада 1.4.2. Использование и охрана трансграничных вод – неурегулированность отношений с рядом сопредельных государств по вопросам трансграничного 1.5. Методологические 1.5.1. Математическое моделирование 1.5.2. Применение неадаптивных для нашей страны методологических подходов 1.5.3. Использование дорогостоящих иностранных программных комплексов для проведения расчетов, внедрение ГИС-технологий (отсутствие отечественных 1.5.4. Единый подход к описанию крупно- и мелкомасштабных водных объектов По масштабности проявления проблемы можно разделить:

1.6. Крупномасштабные (катастрофические явления, характерные для всей территории России – разрушение объектов движимого и недвижимого имущества вследствие наводнений; засухи; ухудшение экологического состояния водных объектов и территорий, прилегающих к ним, абразия берегов водохранилищ) 1.7. Региональные (проблемы бассейна Балтийского моря, Двинско-Печорского бассейна, бассейна р. Дон, Кубань, Волга, Терек, Оби, Енисея, Лены, Амурского бассейна) 1.8. Мелкомасштабные (проблемы, характерные для отдельных регионов страны, в т.ч. отдельных водохозяйственных систем – периодическое подтопление населенных пунктов, проблема структуризации водопользования, проблема добавления нового водопользователя, экологические проблемы: загрязнение вод выбросами отдельных предприятий, сточными водами с/х) По последствиям проблемы можно разделить:

1.9. Носят разрушительный характер 1.9.1. Нарушения водного режима: Наводнения, подтопления, перебои в 1.9.2. Разрушение объектов движимого и недвижимого имущества:

1.9.3. Негативное воздействие на окружающую среду:

1.10. Оказывают неблагоприятное воздействие на экономику страны 1.10.1. Выделение средств из госбюджета на покрытие ущербов от 1.10.2. Недостаточное финансирование на предотвращение проявления 1.11. Оказывают неблагоприятное воздействие на социальную сферу деятельности 1.11.1. Снижение уровня жизни в условиях дефицита водных ресурсов 1.11.2. Увеличение заболеваемости и смертности населения вследствие 1.11.3. Перебои в водоснабжении оказывают негативное влияние на 1.12. Оказывают неблагоприятное воздействие на политическую сферу деятельности 1.12.1. Загрязнение трансграничных вод питьевого качества;

1.12.2. Безвозвратное изъятие стока и т.д.

По времени развития проблемы можно разделить:

1.13. Быстро развивающиеся (катастрофические явления, период развития - часы) 1.14. Медленно развивающиеся (период развития – годы).

По направленности воздействия проблемы:

1.15. Прямого воздействия (бесконтрольный сброс сточных вод - загрязнение;

неконтролируемая сработка запасов вод водохранилищ – перебои в водоснабжении, засуха).

1.16. Косвенного воздействия 1.16.1. Снижение инвестиционной активности и недостаточное финансирование ремонтно-эксплуатационных работ;

1.16.2. Нарушение режима хозяйственной деятельности на паводкоопасных 1.16.3. Низкая эффективность очистных сооружений.

1.16.4. Ухудшение информационного и гидрометеорологического 1.16.5. Переработка берегов водоемов и водотоков (приводит к разрушению сельскохозяйственных и лесных угодий, а также территорий, занятых По способу воздействия на человека:

1.17. Материальный ущерб 1.18. Ущерб здоровью 1.19. Смерть Использование данной классификации позволит быстро идентифицировать проблему, выяснить причины ее возникновения, а также наметить возможные пути ее разрешения. На примере проекта правил использования водных ресурсов Окуловской водохозяйственной системы рассмотрим основные проблемы управления водными ресурсами, которые присутствуют на исследуемых объектах.

3. Проект правил использования водных ресурсов водохранилищ Окуловской В соответствии с существующими методическими указаниями были разработаны Правила использования водохранилищ (далее Правила) Окуловской водохозяйственной системы. Разработка, согласование и утверждение Правил осуществляется в два этапа: на первом этапе разрабатываются правила использования водных ресурсов (ПИВР), на втором – правила технической эксплуатации и благоустройства водохранилища (ПТЭБ) [56, 57].

Проекты ПИВР и ПТЭБ в обязательном порядке включают в себя:

а) собственно проект нормативного документа (Правил, ПИВР, ПТЭБ);

б) пояснительную записку, обосновывающую все основные положения и требования разработанного документа;

в) подробные приложения, содержащие все исходные данные, использовавшиеся при разработке, а также результаты исследований и расчетов, выполнявшихся в ходе разработки.

Проект ПИВР должен содержать следующие основные разделы (главы):

– "I. Общие положения, характеристика гидроузлов, водохранилищ и их возможностей";

– "II. Основные характеристики водотока";

– "III. Состав и описание гидротехнических сооружений водохранилищ";

– "IV. Основные параметры водохранилищ";

– "V. Требования по безопасности в верхнем и нижнем бьефах";

– "VI. Водопользование и объемы водопотребления";

– "VII. Регулирование режима функционирования водохранилищ";

– "VIII. Порядок гидрометеорологического обслуживания";

– "IX. Оповещение о режимах функционирования водохранилища и сведения о действиях, осуществляемых при возникновении аварий и чрезвычайных ситуаций";

Далее нами будут рассмотрены проекты правил использования водных ресурсов водохранилищ Окуловской водохозяйственной системы, разработанные в соответствии с современными методическими указаниями.

3.1. Общие положения, характеристика гидроузлов, водохранилищ и их Окуловская водохозяйственная система представляет собой взаимоувязанную водную систему с искусственными и естественными водотоками. Основными естественными водотоками являются реки Шегринка, Боровна, Льняная и Перетна, несущие свои воды в р.

Мста.

Каскада водохранилищ Окуловской водной системы включает в себя:

– водохранилище, образованное водоподъемной плотиной на р. Шегринке, объемом 5 млн. м3, сбрасывающее воду через Шегринский канал в водохранилище – водохранилище Боровновской ГЭС на р. Боровне, сбрасывающее воду в Горнешинское водохранилище;

– Горнешинское водохранилище в истоке р. Боровны. Через р. Боровну из (Обреченское водохранилище);

– Обреченское водохранилище, включающее в себя оз. Мосно, оз. Перетно и Схематический план Окуловской водной системы представлен в приложении 3.

Водохранилище Боровновской ГЭС, расположено в 9 км от станции Угловка, Окуловского района Новгородской области на территории Валдайского национального парка. Тип водохранилища – озерное. Площадь зеркала Боровновского водохранилища при НПУ составляет 4,3 км2, объем - 15,0 млн. куб.м., горизонт воды при НПУ- 174,9 (175,5) мБС.

Основные гидротехнические сооружения, образующие водохранилище по своим параметрам, уровню безопасности и водохозяйственному назначению относятся к IV классу капитальности (см. п. 3.3.).

Основным назначением водохранилища по первоначальному проекту являлась выработка электроэнергии. На данный момент основными назначениями комплекса сооружений Боровновской ГЭС являются рекреация и сезонное регулирование стока в Горнешинское водохранилище для дальнейшего его использования в целях обеспечения хозяйственно-питьевых и производственных нужд города Окуловка.

Водохранилище построено в 1927 году по проекту АО «Электросельстроя». В настоящее время эксплуатацию и содержание гидроузла водохранилища Боровновской ГЭС осуществляет - ЗАО «ИнтерЭнергоСоюз» (г. Москва Китайгородский пр., д.7). В 2007 году ЗАО «ИнтерЭнергоСоюз» с привлечением ФГБУ ГГИ Валдайский филиал было произведено обследование всех дамб, тела плотины и здания ГЭС.

Правила использования водохранилища Боровновской ГЭС ранее не разрабатывались, стационарные посты наблюдений Росгидромета на водохранилище отсутствуют, наблюдения за стоком через водопропускные сооружения осуществляются силами эксплуатирующей организации. Уровень горизонта воды на водохранилище определяется по постоянной водомерной рейке ведомственного гидрологического водомерного поста.

Надзор за работой ГТС выполняет техник - смотритель, который ежедневно производит замеры уровня воды в верхнем бьефе водохранилища и осуществляет визуальный осмотр плотины. Все измерения и результаты визуальных наблюдений заносятся в журнал.

Результаты измерений один раз в неделю передаются отделу водных ресурсов НевскоЛадожского Бассейнового водного управления по Новгородской области.

Створ Горнешинского гидроузла расположен на реке Боровна в 300 м от ее истока из озера Боровно в 1,5 км западнее от деревни Горнешно Окуловского района Новгородской области. Полезный объем - 32,8 млн. м3. Горизонт при НПУ - 160,6 м БС. Площадь зеркала при НПУ - 12,6 км2. Тип водохранилища – озерное.

Назначение гидроузла – сезонное регулирование и перераспределение стока, поступающего из озера Боровно для регулирования уровня Обреченского водохранилища, которое обеспечивает водой хозяйственно-питьевые и производственные нужды г. Окуловка, рекреация.

В состав основных сооружений Горнешинского гидроузла входят: непроезжая земляная насыпная из песчаного грунта плотина с ядром из суглинка, открытый железобетонный водосброс берегового типа с широким порогом, имеющий верховой и низовой зуб.

Гидроузел относится к IV классу капитальности.

Горнешинский гидроузел был построен по проекту ЛЕНГИДЭПа в 1933 году в истоке р. Боровна, в 150 м от одноименного озера. Первоначально была сооружена деревянная плотина свайно-ряжевой конструкции с ряжевым водосбросом и бревноспуском для пропуска сплавляемой древесины. К середине 60-х годов ряжи плотины прогнили, сооружение пришло в негодное состояние и восстановлению не подлежало. В 1974 году по проекту «Гипролестранса» в 300 м от истока р. Боровна была возведена новая плотина. В 2009 году по проекту ООО «НПП ШЕЛЬФ» произведен капитальный ремонт гидроузла. При выполнении капитального ремонта произведена замена шандоров на ремонтном и основном водосбросах, отремонтированы устои и бычок, выполнены берегоукрепительные работы на отводящем и подводящем канала, заменено подъемно-опускное устройство.

Горнешинское водохранилище эксплуатируется в каскаде с водохранилищем Боровновской ГЭС и Обреченским водохранилищем. В настоящее время эксплуатацию и содержание Горнешинского гидроузла осуществляет филиал МУП «Водоканал»

Окуловского городского поселения.

Правила использования Горнешинского водохранилища ранее не разрабатывались. В настоящее время эксплуатация осуществляется на основании ведомственной «Инструкции по эксплуатации гидротехнических сооружений, эксплуатируемых Филиалом ООО «МП ЖКХ НЖКС», утвержденной в 2012 году [116].

Стационарные посты наблюдений Росгидромета на водохранилище отсутствуют, наблюдения за стоком через водопропускные сооружения ведутся силами эксплуатирующей организации. Уровень горизонта воды на водохранилище определяется по постоянной водомерной рейке ведомственного гидрологического водомерного поста.

Надзор за работой ГТС выполняет техник - смотритель, осуществляющий ежедневные замеры уровня воды в верхнем бьефе водохранилища (в створе водосбросной плотины) и визуальный осмотр плотины с записями в журнале.

Створ Обреченского гидроузла расположен на территории г.Окуловка в Новгородской области в 35 км от устья р. Перетны. Емкость водохранилища (оз. Перетно, оз.Мосно и оз. Заозерье) составляет 20,5 млн. куб. м. Горизонт при НПУ - 145,0 м Б.С. Полезный объем - 18,0 млн. куб. м. Площадь зеркала при НПУ - 12,5 км2. Обреченское водохранилище относится к озерному и русловому типу.

В состав основных сооружений Обреченского гидроузла входят: непроезжая земляная плотина из песчаного грунта с ядром из суглинка, русловой водосброс с широким порогом.

Гидроузел относится к IV классу капитальности.

регулирование стока, обеспечение питьевой и технической водой г. Окуловка, филиала ОАО «Окуловский бумажник» и других потребителей.

Обреченский гидроузел на р. Перетна был построен в 1928 году по проекту ЛО «Гидропроект». Первоначальным назначением строительства гидротехнического сооружения являлась выработка электроэнергии для нужд города. На Обреченской ГЭС была установлена первая гидротурбина, изготовленная на Ленинградском металлическом заводе.

В начале войны турбина была демонтирована и вывезена. В 1951 году Обреченская ГЭС была восстановлена с новой турбиной. Расчётная мощность ГЭС составляла 440 лошадиных сил. В настоящее время ГЭС при плотине не существует. Последняя реконструкция Обреченского гидроузла была выполнена по проекту ООО «НПП Шельф» в 2008 году (Акт от 25.08.2008 года).

Гидроузел принадлежал Окуловскому ЦБК Министерства лесной, целлюлознобумажной промышленности. В настоящее время эксплуатацию гидроузла осуществляет ЗАО «Норд Гидро» (СПб).

В 1972 году «Сельэнергопроектом» были разработаны «Временные основные положения правил использования водных ресурсов Обреченского водохранилища на реке Перетна», утв. Минводхозом РСФСР в 1972 г, однако, в эксплуатирующей организации этот документ не сохранился. В настоящее время эксплуатация гидросооружений и использование водных ресурсов водохранилища осуществляются на основании ведомственных инструкций и правил [116].

Стационарные посты наблюдений Росгидромета на водохранилище отсутствуют, наблюдения за стоком через водопропускные сооружения осуществляются силами эксплуатирующей организации. Уровень горизонта воды на водохранилище определяется по постоянной водомерной рейке ведомственного гидрологического водомерного поста. Ноль рейки ведомственного поста привязан к государственной высотной Балтийской Системе (м БС).

Надзор за работой ГТС выполняет техник - смотритель, который ежедневно производит замеры уровня воды в верхнем бьефе водохранилища и осуществляет визуальный осмотр плотины. Все измерения и результаты визуальных наблюдений заносятся в журнал.

Результаты измерений 1 раз в неделю передаются инженеру МУП «Водоканал»

Окуловского городского поселения и диспетчеру отдела водных ресурсов НевскоЛадожского бассейнового водного управлении по Новгородской области.

Регулирование уровней горизонтов воды Обреченского водохранилища осуществляется на основании указаний инженера эксплуатирующей организации (Норд Гидро, СПб).

Водохранилище Боровновской ГЭС образовано гидроузлом, расположенным на р.

Боровна, в 9 км от станции Угловка, Окуловского района Новгородской области.

Водохранилище Боровновской ГЭС регулирует сток с оз. Разлив, которое подпитывается по искусственному каналу водами р. Шегринка. Водозабор в канал осуществляется путем перекрытия стока реки земляной плотиной (Шегринской).

Горнешинское водохранилище образовано Горнешинским гидроузлом в истоке р.

Боровны. Сток Горнешинского водохранилища складывается из зарегулированного стока с собственного бассейна и стока, зарегулированного водохранилищем Боровновской ГЭС.

Обреченское водохранилище образовано Обреченским гидроузлом, преграждающим реку Перетна в 3,5 км от ее истока из озера Заозерье. Сток Обреченского водохранилища складывается из зарегулированного стока с собственного бассейна и стока, зарегулированного Горнешинским водохранилищем.

Водохранилища Окуловской водохозяйственной системы расположены на территории Северо-Запада России, где центральное место занимает Волховско-Ильменский бассейн.

Густота речной сети этого бассейна составляет 0,75 км/км2. Большинство рек ВолховскоИльменского бассейна берет свое начало из водораздельных болот. В верхнем течении долины их не выражены или слабо выражены, русла разработаны слабо, реки часто теряются в зарослях кустарника и болотной растительности, уклоны рек очень малы. В пределах холмисто-озерной моренной полосы, опоясывающей дугой верхнюю часть Волховского бассейна, речные системы состоят из цепи озер, соединенных короткими протоками.

Наиболее крупными реками бассейнов водохранилищ Окуловской водохозяйственной системы являются реки Шегринка, Боровна и Перетна. Характеристики рек исследуемой территории представлены в приложении 8. Информация по водосборам и длине характерных рек территории представлена в таблице 2.

Определение основных гидрологических характеристик в бассейнах водохранилищ осложнено отсутствием каких-либо наблюдений за гидрологическим режимом. На рисунке приведена схема района исследований с указанием гидрологических постов, на которых осуществляются, либо осуществлялись наблюдения за стоком. Из представленной схемы видно, что в настоящее время исследуемая территория плохо освещена актуальными гидрологическими данными. Большое количество постов было закрыто в восьмидесятые и девяностые года прошлого века.

Данные гидрологических наблюдений для выполнения настоящей работы получены из опубликованных изданий Государственного водного кадастра в научной библиотеке Государственного гидрологического института (ФГБУ “ГГИ”) [117, 118, 119, 120, 128, 129, 130].

Определение основных гидрологических характеристик с неизученных водосборов выполнено на основе методов инженерно-гидрологических расчетов, изложенных в СП 33и «Методических рекомендациях по определению основных гидрологических характеристик при недостаточности/отсутствии данных гидрометрических наблюдений»

[124, 125, 126]. Расчеты выполнены на основе методов гидрологической аналогии и осреднения в однородной районе с помощью программного комплекса «HydroStatCalc»

[131]. Использование метода аналогии предполагает определение гидрологических характеристик неизученных рек по аналогии с реками-аналогами, на которых ведутся инструментальные наблюдения за гидрологическим режимом.

Наиболее подходящим аналогом для расчета стока неизученных рек (Шегринка, Боровна, Перетна) является река Вельгия. На рисунке 7 представлен хронологический график (наблюденный и восстановленный) среднегодового стока реки Вельгия. В приложении 11 представлены данные по восстановлению среднегодового стока реки Вельгия – д. Междуречье. В приложении 9 представлена кривая обеспеченности реки Вельгия – д.

Междуречье.

Рис. 6. Схема расположения гидрологических постов территории В приложениях 12 и 13 представлено внутригодовое распределение стока р. БоровнаГорнешинский гидроузел, р. Петерна-Обреченский гидроузел. В таблице 3 и 4 представлены оценки статистических параметров Cv, Cs, Cs/Cv, r(1), а также квантилей заданной обеспеченности (1, 5, 10, 25, 50, 75, 90, 95 и 99 %) реки–аналога р. Вельгия, гидроузла водохранилища Боровновской ГЭС, гидроузлов Горнешинского и Обреченского водохранилищ, полученные при помощи модульных коэффициентов согласно СП 33-101Расчетные слои половодья в створе гидроузла Боровновской ГЭС, Горнешинского и Обреченского гидроузлов приведены в таблицах 5,6 и 7.

В таблицах 8 и 9 представлены расчетные максимальные расходы воды и модули стока весеннего половодья для гидроузлов водохранилища Боровновской ГЭС и Горнешинского водохранилища.

Результаты расчетов минимального стока обеспеченностью 75, 90, 95% в створе гидроузлов водохранилища Боровновской ГЭС и Горнешинского водохранилища приведены в таблицах 10 и 11.

Таблица 2. Характеристики рек территории Q, м3/с 1936 1941 1946 1951 1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001 Рис. 7. График колебания среднегодового стока реки Вельгия – д. Междуречье Таблица 3. Расчетные значения и параметры распределения среднегодового стока рек Таблица 4. Расчетные значения и параметры распределения среднегодового стока рек Таблица 5. Расчетные слои половодья, мм в створе гидроузла Боровновской ГЭС Таблица 6. Расчетные слои половодья, мм в створе р. Боровна – Горнешинский гидроузел Таблица 7. Расчетные значения среднегодового стока реки Перетна-д. Кулотино Таблица 8. Расчетные максимальные расходы воды и модули стока весеннего половодья Таблица 9. Расчетные максимальные расходы воды и модули стока весеннего Таблица 10. Минимальные расходы воды (м3/с) обеспеченностью 75, 90, 95 % в створе Таблица 11. Минимальные расходы воды (м3/с) обеспеченностью 75, 90, 95 % в створе Q-30-суточный 3.3. Состав и описание гидротехнических сооружений водохранилищ Основные гидротехнические сооружения, образующие водохранилище Боровновской ГЭС по своим параметрам, уровню безопасности и водохозяйственному назначению относится к IV классу капитальности. В состав комплекса гидротехнических сооружений водохранилища Боровновской ГЭС вошли:

– плотина на реке Шегринке, предназначенная для переброски стока р. Шегринки в водохранилище (списана из-за ее полного разрушения);

– канал на реке Шегринке 1927 года постройки;

– дамбы №№1, 2, 4, 5, 6, 7, 8 1927 года постройки;

– напорный трубопровод ГЭС «Боровно» 1964 года постройки;

– железобетонный коллектор ГЭС «Боровно» 1927 года постройки;

– здание ГЭС на 3 агрегата (после обрушения кровли и одной из стен зимой 2004 года разобрано, оборудование списано);

– отводящий канал ГЭС «Боровно» 1927 года постройки;

– канал между оз. Плотиченко и оз. Боровно;

– канал между оз. Островенко и оз. Плотиченко 1927 года постройки.

План размещения комплекса гидротехнических сооружений Боровновской ГЭС приведен в приложении 5.

Основные параметры комплекса сооружений гидроузла Боровновской ГЭС приведены в приложении 4. Все сведения по исходному комплексу ГТС приводятся по документации на реконструкцию ГЭС «Боровно», составленной в 1959 году Ленинградским филиалом «Гипросельэлектро» и по результатам обследований 2004-2007 гг.

Основные гидротехнические сооружения, образующие Горнешинское водохранилище по своим параметрам, уровню безопасности и водохозяйственному назначению относятся к IV классу капитальности. Тип компоновки ГТС – русловой. План Горнешинского гидроузла приведен в приложении 6.

Горнешинское водохранилище образовано насыпной земляной плотиной из песчаного грунта с ядром из суглинка. Отметка гребня плотины - 161,6 м БС.

Водосброс - берегового типа, железобетонный, открытый, с широким порогом, имеет верховой и низовой зуб. Верховой зуб заглублен на 3,5м, низовой на 2,5м. Длина водослива м. Водосливной фронт шириной 9,5м разделен железобетонным быком на два отверстия, перекрываемые металлическими затворами, маневрирование которыми осуществляется с металлической эстакады при помощи троссобалочной системы и лебедки. Перед водосбросом устроен железобетонный понур. С земляной частью плотины водосброс сопрягается железобетонными устоями толщиной 1,5м, выполненными в виде ныряющей стенки. Подводящий и отводящий каналы водосброса выполнены в земляном русле с шириной по дну 10-15м и заложением откосов 1:2. Откосы каналов одернованы.

За водосливом находится бетонная водобойная часть, выполненная из монолитного бетона с дренажными отверстиями.

За водобоем расположена бетонная рисберма, заканчивающаяся каменной наброской.

Основные гидротехнические сооружения, образующие Обреченское водохранилище по своим параметрам, уровню безопасности и водохозяйственному назначению относятся к IV классу капитальности. План Обреченского гидроузла приведен в приложении 7.

Обреченское водохранилище образовано непроезжей насыпной земляной плотиной из песчаного грунта с ядром из суглинка. Длина по гребню – 100 м, ширина гребня – 9 м, максимальная высота - 6,5 м. Заложение откосов: верхового - 1:3, низового - 1:2. Верховой откос закреплен железобетонными плитами, низовой - одернован. Отметка порога - 141, м БС.

Водосброс берегового типа с высоким порогом и несколькими перепадами, облицованными тесаным камнем, отверстие шириной 13,27м, состоит из 3 пролетов по 3,82 м каждый, перекрытых тремя плоскими колесными затворами. Маневрирование затворами осуществляется электрической талью грузоподъемностью 6,3 т. Общий напор на гидроузле – 5,5 м при напоре на пороге 4,0 м. Максимальная пропускная способность водосброса –77,7 м3/сек. Сооружения для пропуска рыбы, судов, леса отсутствуют.

Конструкция сопрягающих устоев: устои выполнены из бутовой кладки, облицованной каменными плитами. Левый устой имеет в плане квадратную форму. По всему периметру левого устоя устроено перильное ограждение. Направляющая стенка правого устоя в плане имеет криволинейное очертание.

Конструкция водобоя и рисбермы: водобойная часть имеет длину около 6,0 м, в т.ч.

длина плиты водобоя — 4 м, сливная часть и рисберма - длиной 10 м. Плита водобоя выполнена из гранитных блоков.

Противофильтрационные и дренажные устройства: понур длиной 4 м, имеется четыре брусчатых шпунтовых ряда.

Основные особенности компоновки и конструкции: разделительный устой отделяет водосбросную часть плотины от водопроводящего тракта бывшего здания ГЭС. Сооружения выполнены из бутовой кладки. Основные гидротехнические сооружения облицованы каменными плитами, часть второстепенных гидротехнических сооружений имеет бетонную облицовку. По водосбросной плотине проходит пешеходный мост. В нижнем бьефе от конца левого устоя водосброса до окончания рисбермы устроен низовой сопрягающий устой.

Оборудование гидроэлектростанции, кроме сороудерживающей решетки и затвора демонтировано. Водозабор бывшей ГЭС перекрыт металлическим затвором с пролетом в свету - 5,0 м и высотой 4 м. Подъем затвора осуществляется электрической талью г.п. 10 т.

Перед затвором установлена вертикальная металлическая сороудерживающая решетка с поддоном для сбора мусора пролетом в свету 5,0 м и высотой 4 м. Подъем и очистка решетки осуществляются автомобильным краном г.п. 7 т. Со стороны нижнего бьефа установлен металлический ремонтный затвор пролетом в свету - 5 м и высотой 2,7 м. Подъем и опускание затвора нижнего бьефа осуществляется автомобильным краном г.п. 5 т. Затвор хранится в шандорохранилище у здания ГЭС.

Основные характеристики и параметры водохранилища Боровновской ГЭС представлены в таблице 12. На рисунках 8 и 9 приведены кривые зависимости площадей и объемов водохранилища Боровновской ГЭС, с обозначенными координатами узловых точек.

Проектная отметка НПУ водохранилища Боровновской ГЭС составляет 175.5 м абс. В настоящее время, в связи с разрушением затвора водопропускного отверстия на Шегринской плотине, поддержание уровней воды выше отметки 175.0 м. абс. в маловодные периоды недостижимо. Наибольшим допустимым уровнем подъема вод, согласно акту обследования гидротехнических сооружений Боровновской ГЭС от 18.10.2002 года, остается отметка 175. м абс.

Определение морфометрических характеристик водохранилища и его водосборной площади выполнено с использованием топографических карт масштабов 1:100 000 и 1:50 000. Границы водосборов проводились на основании карт масштаба 1:100 000, с последующим уточнением по картам 1:50 000 масштаба. При определении площадей, занятых болотами и лесами, также использованы космические снимки VirtualEarth и Google (http://sasgis.ru/; earth.google.com). На рисунке 12 представлена схема расположения водосборного бассейна.

Характеристики поверхности озер определены с использованием карт масштаба 1:50 000. При указанных на картах уровнях воды, на водохранилище Боровновской ГЭС – островов с площадями от 0,003 до 0,046 км2. Количество и площадь островов меняется в зависимости от уровня воды. Результаты определений приведены в таблице 13. Длина береговой линии приведена без учета островов.

Таблица.12. Основные характеристики и параметры водохранилища Боровновской ГЭС.

Месторасположение водохранилища, гидроузла Назначение водохранилища.

Площадь водосбора в створе гидроузла (кв.

км) Форсированный подпорный уровень, ФПУ, м Наибольший уровень нижнего бьефа при пропуске максимального расход, м БС Объем годового стока (50% обеспеченности) млн. куб. м Рис. 8. Кривая площадей водохранилища Боровновской ГЭС с расчетным уравнением Рис. 9. Кривая объемов водохранилища Боровновской ГЭС с расчетным уравнением Таблица 13. Морфометрические параметры водохранилища Боровновской ГЭС