Зарегулирование стока рек водохранилищами вызывает глубокие преобразования природной среды в их нижнем течении, а также в устьевых частях рек, впадающих в водоемы. Преобразования природной среды в бассейнах рек ниже водохранилищ выражены достаточно индивидуально для каждой реки и зависят, прежде всего, от физико-географических условий, режима регулирования (многолетний или сезонный) и характера использования зарегулированного стока.
Влияние водохранилищ на режим горных рек.
Водохранилища регулируют сток, изменяют его распределение внутри года и по сезонам в нужном для хозяйственных целей режиме. Значительное влияние они оказывают на режим, характер твердого стока рек, а также на увеличение безвозвратных потерь в виде испарения с поверхности водохранилища, величина которого в условиях аридного климата довольно существенна.
Так, со строительством водохранилищ на составляющих р. Сыр-Дарьи - реках Нарын и Кара-Дарья (Токтогульского и Андижанского соответственно) - твердый сток р. Сыр-Дарьи уменьшился в 10 раз, а осаждение наносов в чаше Токтогульского водохранилища привело к их уменьшению (даже в паводковый период) ниже водохранилища - в 30 раз. Если до 1974 г. (до завершения строительства водохранилища) в нижнем течении р. Нарын расход наносов доходил до 2200 кг/с, то с его созданием он снизился до 70 кг/с.
В результате отстойных явлений в чаше Токтогульского водохранилища происходит значительное осветление воды. Так, если на входе в водохранилище средняя годовая мутность составляет 1500 г/м³, то ниже водохранилища (за этот же период) - 57 г/м³, т е. уменьшается в 27 раз.
Водохранилища являются гигантскими отстойниками, задерживая значительную часть твердого стока реки. По данным Б.А. Корнилова, в нижний бьеф гидроузлов сбрасывается не более 4 - 10% от всех поступающих наносов, значит, 90 - 96% остается в ложе водохранилища, что приводит к его заилению. Исследования показывают, что ежегодные потери объема в результате заиления составляют от 14% до 0,02%. Наибольший процент соответствует горным водохранилищам. Проблема заиления водохранилищ нашего региона, как и процессы переформирования берегов, недостаточно изучены и требуют проведения комплексных исследований.
Влияние водохранилища на сейсмическую активность района.
Влияние водохранилища на сейсмическую активность, связанную с упругим прогибанием земной коры под ним, на территории Кыргызстана пока недостаточно изучено.
По данным А.А. Никонова, на крупных водохранилищах России (Красноярское и Братское) скорость движения земной коры составляет 7 - 10 мм/г. Величина прогибания ложа прямо пропорциональна удельной нагрузке воды на единицу площади дна. На водохранилищах с напором в сотни метров (Ингурское - 410, Нурекское - 273, Саяно-Шушенское - 212, Токтогульское - 180 м.) поверхность земли прогибается на 20-25 см. Влияние прогибания земной коры на подъем грунтовых вод как следствие заболачивания почв наблюдалось только на крупных равнинных водохранилищах с исходным неглубоким залеганием грунтовых вод.
По данным, полученным Н.И. Николаевым, локальные землетрясения, возникающие при заполнении водохранилища, имеют незначительные магнитуды - менее 2 - 2,5, реже проявляются толчки с магнитудой 3,5 - 5,0 и совсем редко 6 - 6,5, и только в 3-х случаях наблюдались разрушительные последствия: в районе водохранилищ Кремаста (Греция), Койна (Индия) и Карнба - в Африке. В основном же землетрясения поверхностные, с очагами на глубинах менее 6 км, но отмечались и на глубине 10 км. Эпицентры располагаются, в основном, на расстоянии не более 10 - 15 км. Анализ данных показал, что сейсмическая активность возрастает при достижении напора 100 м. и более. Выявлена взаимосвязь сейсмической активности с площадью и объемом воды в водохранилище.
В районе Токтогульского водохранилища исследования, проведенные Институтом сейсмологии НАН КР совместно с американскими учеными в 1981 - 1982 гг., показали наличие связи между объемом водохранилища и сейсмичностью района.
Текущие наблюдения за возбужденной сейсмичностью и данные прошлых лет показали следующее.
После 1977 г. (при достижении уровня в водохранилище Н=100 м.) началась сейсмическая активность, выраженная в увеличении числа слабых землетрясений в непосредственной близости от плотины на глубине до 5 км.
В 1979 - 1980 гг., после наполнения водохранилища до полного объема количество слабых землетрясений резко увеличилось, эпицентры распределились по площади более равномерно, и увеличилась их глубина до 8 км. Вскоре сейсмоактивность стабилизировалась, приблизилась к многолетним средним значениям и сохранялась до 1988 г.
Анализ данных наблюдений за сейсмической активностью, проведенный Институтом сейсмологии, показал наличие зависимости скорости изменения уровня воды в водохранилище с сейсмической активностью слабых землетрясений, которая имеет нелинейный характер и связана с другими влияющими факторами: дополнительной нагрузкой, наличием тектонических разрывов, обводнением, изменением порового давления и т.п.
Возбужденная сейсмичность появилась на определенном локальном участке, с удалением от плотины на 17 - 20 км, в пределах верхнего слоя земной коры (1 - 8 км.), и проявляется при достижении уровня воды в водохранилище - Н>100 м. Число сильных землетрясений с М>2,0 (К>8) осталось примерно одним и тем же, близким к средним многолетним данным.
Изменение термического режима реки.
Безусловно, строительство водохранилищ влияет на термический режим рек. Так, изменения температуры воды р. Нарын под влиянием Токтогульского водохранилища оценивается в среднем на 5,70 - с повышением на 5,50 в осенне-зимний и понижением на 5,90 в весенне-летний периоды. Это обуславливается тем, что осенью из водохранилища в нижний бьеф поступает более теплая, а весной, в связи с медленным прогревом большой массы воды в водохранилище, более холодная вода, чем в естественных условиях. Прогрев нижнего бьефа весной и охлаждение осенью отстают от естественных условий на 15 - 20 дней, а годовая амплитуда колебаний температуры уменьшается. По мере удаления от плотины гидроузла разница температур в естественных и зарегулированных условиях постепенно сглаживается.
Влияние Токтогульского водохранилища на химический состав воды р. Нарын.
Рассматривая вопрос об изменениях состава воды р. Нарын под влиянием Нижне-Нарынского каскада ГЭС, прежде всего необходимо оценить гидрогеохимическую обстановку до его строительства и после, т.е. оценить уровень стабильности регионального гидрогеохимического фона. Для этой цели взяты данные анализов Кыргызгидромета по гидрометрическому посту вблизи г. Нарын, непрерывно действующему более полувека, расположенному вне антропогенного влияния, из которых видно, что состав воды меняется, но изменения не строго функциональны.
Оценка влияния водохранилища и всего каскада Нижне-Нарынских ГЭС на качество воды в р. Нарын показала, что оно многофакторное и ведущими среди факторов являются микробиологические и гидрогеохимические процессы в чаше водохранилища, исходный состав воды, состав и количество приточных вод, режим работы ГЭС и др.
Приток в Токтогульское водохранилище обеспечивается рядом постоянных водотоков, дающих более 98% суммарного притока, на остальные небольшие ручьи и речки приходится около 2%.
Гидрологическая характеристика рек, впадающих в Токтогульское водохранилище.
| Название реки | Площадь водосброса, км² | Тип питания | По данным многолетних наблюдений расход, в м/с. | ||
| среднегодовой | минимальный | максимальный | |||
| Нарын при впадении | 47500 | Ледниково-снеговой | 360 | 175 | 1860 |
| Торкент | 664 | Снегово-ледниковый | 8,9 | 3,5 | 88 |
| Узун-Ахмат | 1790 | Снегово-ледниковый | 28,9 | 8,6 | 203 |
| Чичкан | 1150 | Снегово-ледниковый | 18,9 | 6,5 | 12 |
Более 85% притока в водохранилище обеспечивает река Нарын, следовательно, и доля привноса солей и других компонентов остается ведущей и наибольшей за этой рекой. По многим показателям состав и минерализация нарынской воды выше, чем в других притоках.
Несколько иная картина распределения в воде биогенных компонентов, загрязняющих и других веществ. Здесь приоритет принадлежит притокам Кетмень-Тюбинской (Токтогульской) впадины, особенно по фосфору минеральному и нефтепродуктам, которые в воде р. Нарын практически отсутствуют, т.е. она является чистой, тогда как в других водотоках, особенно в р. Узун-Ахмат, эти соединения присутствуют, хотя их количество пока не выходит за пределы ПДК.
Очевиден тот факт, что с речным притоком в Токтогульское водохранилище поступление загрязняющих веществ на данном этапе сравнительно невелико за счет относительно небольшой антропогенной нагрузки на водотоки, впадающие в водоем, а также достаточно эффективной деятельности местных экологических подразделений и служб охраны природы.