ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕРОПРИЯТИЙ ПО БОРЬБЕ С ЗАИЛЕНИЕМ ВОДОХРАНИЛИЩ: БАЛАНС МЕЖДУ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ ОЧИСТКИ И ДОПУСТИМОЙ НАГРУЗКОЙ НА НИЖНИЙ БЬЕФ

ENVIRONMENTAL AND ECONOMIC JUSTIFICATION OF MEASURES TO CONTROL RESERVOIR SILTATION: BALANCING CLEANING EFFICIENCY AND PERMISSIBLE LOAD ON THE DOWNSTREAM

Zakirov Nurbulat Ilyusovich

Student, Department of Environmental Engineering, Construction and Hydraulics, Bashkir State Agrarian University,

Russia, Ufa

Khazipova Aigul Fargatovna

Scientific supervisor, Candidate of Economic Sciences, Associate Professor, Bashkir State Agrarian University,

Russia, Ufa

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается проблема выбора мероприятий по борьбе с заилением водохранилищ с позиции эколого-экономического баланса между достигаемой эффективностью очистки (прирост полезной емкости) и допустимой нагрузкой на нижний бьеф (мутность, русловые деформации, воздействие на водопользователей и водные биоресурсы). На основе анализа нормативно-методических документов по борьбе с заилением и материалов оценок воздействия дноуглубительных работ систематизированы механизмы формирования нагрузки на нижний бьеф при промывке и механической очистке. Показано, что гидравлические промывки обладают наибольшей эффективностью по объему удаляемых наносов, но создают наиболее значимую нагрузку на нижний бьеф, регулирование которой возможно путем ступенчатого опорожнения верхнего бьефа и управления мутностью промывного потока. Механическая очистка локализует воздействие, но требует решения вопросов утилизации извлеченного материала. Предложен методический подход к эколого-экономическому обоснованию, основанный на сопоставлении прироста приведенной стоимости водохозяйственного эффекта с затратами на очистку и компенсацию нагрузки на нижний бьеф.

ABSTRACT

The article addresses the problem of selecting measures to control reservoir siltation from the standpoint of an environmental and economic balance between the achieved cleaning efficiency (increase in useful storage capacity) and the permissible load on the downstream pool (turbidity, channel deformations, impact on water users and aquatic biological resources). Based on an analysis of regulatory and methodological documents on siltation control and materials from impact assessments of dredging operations, the mechanisms of downstream load formation during flushing and mechanical cleaning are systematized. It is shown that hydraulic flushing has the highest efficiency in terms of the volume of removed sediments but creates the most significant load on the downstream pool, the regulation of which is possible through stepwise drawdown of the upstream pool and control of the turbidity of the flushing flow. Mechanical cleaning localizes the impact but requires addressing the disposal of the extracted material. A methodological approach to environmental and economic justification is proposed, based on comparing the increase in the present value of the water management effect with the costs of cleaning and compensating for the downstream load.

Ключевые слова: заиление водохранилищ, эколого-экономическое обоснование, нижний бьеф, мутность промывного потока, дноуглубление, допустимая нагрузка, управление наносами.

Keywords: reservoir siltation, environmental and economic justification, downstream pool, turbidity of flushing flow, dredging, permissible load, sediment management.

ВВЕДЕНИЕ

Выбор способа борьбы с заилением водохранилища традиционно рассматривается как технико-экономическая задача: сравниваются затраты на удаление единицы объема наносов различными методами. Однако такой подход игнорирует существенную асимметрию воздействий. Гидравлическая промывка, будучи наиболее дешевой в расчете на кубометр удаленных наносов, переносит проблему в нижний бьеф: повышенная мутность потока, заиление русла ниже плотины, воздействие на водозаборы и водные биоценозы. Механическая очистка, напротив, локализует воздействие в чаше водохранилища, но требует затрат на оборудование и утилизацию грунта.

Нормативные документы по эксплуатации водохранилищ прямо указывают, что выбор способа промыва должен определяться на основе технико-экономического анализа с учетом требований водопользователей, а также природоохранных и экологических факторов, включая рыбное хозяйство. Это положение задает рамку эколого-экономического обоснования, однако не содержит методики количественного сопоставления эффективности очистки и допустимой нагрузки на нижний бьеф.

Цель статьи - систематизировать факторы нагрузки на нижний бьеф при различных методах борьбы с заилением и предложить методический подход к эколого-экономическому обоснованию, обеспечивающий баланс между восстановлением емкости водохранилища и допустимым воздействием на нижний бьеф.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследование основано на анализе нормативно-методических документов по борьбе с заилением водохранилищ, материалов оценок воздействия дноуглубительных работ на водную среду, а также подходов к экономической оценке мероприятий по управлению наносами, реализованных в методике предварительного технико-экономического обоснования (методика RESCON 2, предназначенная для предварительных технико-экономических обоснований в условиях ограниченности данных).

Методическая основа включала: (1) идентификацию механизмов воздействия на нижний бьеф для каждого метода очистки; (2) анализ существующих способов регулирования нагрузки (управление мутностью промывного потока); (3) формирование структуры эколого-экономического сопоставления.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Механизмы нагрузки на нижний бьеф при гидравлической промывке

Гидравлическая промывка обеспечивает удаление наибольших объемов наносов, однако характеризуется наибольшей интенсивностью воздействия на нижний бьеф. При глубоком промыве, когда водохранилище полностью опорожняется через отверстия с наиболее низкими отметками порога, концентрация наносов в промывном потоке достигает максимальных значений. Нормативные документы прямо указывают: ввиду значительной концентрации наносов в промывном потоке возможно частичное отложение их в русле нижнего бьефа, поэтому необходим постоянный контроль за состоянием русла нижнего бьефа и водозаборных сооружений, расположенных в нем.

Таким образом, нагрузка на нижний бьеф при промывке имеет два компонента: транзитная мутность (кратковременное превышение допустимых концентраций взвешенных веществ) и русловые деформации (кольматация русла ниже плотины, изменение отметок дна, потенциальное заиление водозаборов). Для водопользователей нижнего бьефа критическим параметром является мутность промывного потока, которая должна оставаться в пределах, допускаемых условиями нормальной эксплуатации их сооружений.

Регулирование нагрузки: промыв с управлением мутностью

Нормативные материалы предусматривают специальный способ промыва - с регулированием мутности промывного потока, применяемый в случаях, когда необходимо обеспечить водопотребителей нижнего бьефа водой, мутность которой не выходит за пределы допустимого значения, или для обеспечения требований по охране окружающей среды.

Механизм регулирования основан на ступенчатом опорожнении верхнего бьефа. Чем больше глубина и скорость опорожнения, тем выше мутность промывного потока; при поддержании верхнего бьефа на постоянной сниженной отметке мутность со временем падает. Порядок промыва включает определение границ допустимой мутности: максимальное значение устанавливается исходя из требований водопотребителей и возможности осуществления промыва без ущерба или с минимальным ущербом, минимальное - исходя из условий экономической целесообразности промыва. Водохранилище постепенно опорожняется до уровня, при котором мутность соответствует максимально допустимой (первая ступень сработки), затем выдерживается, и по мере снижения мутности сработка продолжается.

Этот механизм представляет собой ключевой инструмент эколого-экономического баланса: он позволяет продолжать очистку даже при наличии ограничений нижнего бьефа, но ценой увеличения продолжительности промыва и, соответственно, потерь воды и снижения выработки. Таким образом, нагрузка на нижний бьеф трансформируется в экономические издержки верхнего бьефа, и задача обоснования состоит в нахождении точки, где предельные издержки регулирования мутности становятся равны предельным выгодам от дополнительного удаления наносов.

Нагрузка на нижний бьеф при механической очистке

Механическая очистка (дноуглубление, экскавация) локализует основное воздействие в чаше водохранилища, однако не является «нулевой» для нижнего бьефа. При гидротранспорте пульпы и сбросе воды, отделенной от грунта, возможен перенос тонкодисперсных фракций в нижний бьеф. Кроме того, при работе земснарядов в верхней части водохранилища нарушается естественный транзит наносов, что может приводить к дефициту наносов в нижнем бьефе и активизации русловых деформаций (размыв русла ниже плотины).

Оценки воздействия дноуглубительных работ на водную среду показывают, что основное воздействие связано с образованием шлейфов повышенной мутности, параметры которых зависят от гранулометрического состава извлекаемого грунта, технологии работ и гидродинамических условий. Для нижнего бьефа значимым является не столько мутность в чаше, сколько режим сброса осветленной воды и потенциальный вынос тонких фракций через водосбросные сооружения при их работе.

Механическая очистка также требует решения вопроса утилизации извлеченного материала. С экономической точки зрения важно, что извлеченные наносы могут рассматриваться как ресурс. Для условий Туямуюнского гидроузла (Узбекистан) анализ показал, что не менее 40% наносов (20% песка и 20% глинистого песка) может быть утилизировано, а предполагаемый доход от продаж составит от 3,3 до 6,6 млн долларов США в год; чистая прибыль после вычета расходов на утилизацию, переработку и транспортировку оценивается в 62–276 тыс. долларов США в год. Хотя эти данные относятся к зарубежному объекту, методический подход применим и для российских условий: коммерциализация наносов способна частично компенсировать затраты на механическую очистку, улучшая ее эколого-экономический баланс.

СОПОСТАВЛЕНИЕ МЕТОДОВ ПО КРИТЕРИЮ «ЭФФЕКТИВНОСТЬ - НАГРУЗКА»

Сводная характеристика методов по двум осям - эффективность удаления наносов и нагрузка на нижний бьеф - приведена в таблице 1.

Таблица 1.

Эколого-экономическая характеристика методов борьбы с заилением по критерию нагрузки на нижний бьеф

Из таблицы видно, что методы образуют континуум: от максимальной эффективности при максимальной нагрузке (глубокий промыв) до локализованной эффективности при минимальной нагрузке на нижний бьеф (механическая очистка). Промежуточное положение занимает промыв с регулированием мутности, который позволяет «настроить» нагрузку под ограничения нижнего бьефа, но ценой эффективности.

Методический подход к эколого-экономическому обоснованию

Предлагаемый подход основан на сопоставлении двух потоков:

Выгоды от очистки: прирост полезной емкости, который трансформируется в прирост выработки ГЭС, надежности водоснабжения и орошения, снижение абразивного износа оборудования. Методика предварительного технико-экономического обоснования (RESCON 2) позволяет оценить долгосрочные экономические показатели водохранилища при применении мер по борьбе с наносами и сравнить их со сценарием бездействия, а также учесть управление наносами как меру адаптации к изменению климата.

Затраты складываются из трех компонентов: (1) прямые затраты на очистку (оборудование, топливо, персонал, электроэнергия); (2) затраты, связанные с нагрузкой на нижний бьеф (компенсация ущерба водопользователям, рыбохозяйственные потери, мониторинг русла); (3) издержки регулирования нагрузки (потери воды и выработки при промыве с управлением мутностью, увеличение продолжительности работ).

Критерий обоснованности: мероприятие эффективно, если приведенная стоимость выгод превышает сумму приведенных затрат, включая стоимость компенсации и регулирования нагрузки на нижний бьеф. Для промывных методов ключевым параметром оптимизации является допустимая мутность промывного потока: ее повышение снижает издержки регулирования (сокращает продолжительность промыва), но увеличивает компенсационные затраты в нижнем бьефе. Оптимум достигается при равенстве предельных значений этих величин.

Для механической очистки критерий дополняется условием минимизации нагрузки на нижний бьеф как таковой: поскольку воздействие локализовано, основным ограничением становится не мутность, а потенциальный дефицит наносов ниже плотины и необходимость поддержания русловых процессов. В этом случае эколого-экономическое обоснование должно включать оценку допустимого изъятия наносов из системы «водохранилище - нижний бьеф» с учетом естественного транзита.

ОГРАНИЧЕНИЯ И НАПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Предложенный подход носит концептуальный характер. Для его практического применения необходимы: (1) данные натурных наблюдений за мутностью промывных попусков и русловыми деформациями нижнего бьефа на конкретных российских водохранилищах; (2) методика денежной оценки ущерба водопользователям нижнего бьефа от кратковременного повышения мутности; (3) оценка рыбохозяйственных потерь при промывках и дноуглублении. В доступных источниках такие данные для российских объектов в систематизированном виде отсутствуют, что определяет направление дальнейших исследований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Эколого-экономическое обоснование мероприятий по борьбе с заилением не сводится к сравнению удельных затрат на удаление наносов. Гидравлические промывки, обеспечивая наибольшую эффективность очистки, создают нагрузку на нижний бьеф, регулирование которой возможно путем управления мутностью промывного потока, но требует дополнительных издержек (потери воды, увеличение продолжительности). Механическая очистка минимизирует воздействие на нижний бьеф, но характеризуется высокими затратами, частично компенсируемыми утилизацией наносов. Сбалансированное решение достигается при сопоставлении приведенной стоимости выгод от восстановления емкости с суммой прямых затрат, компенсационных издержек и затрат на регулирование нагрузки. Для российских условий необходима адаптация этого подхода с учетом данных мониторинга нижнего бьефа действующих водохранилищ.

Список литературы:

1. Правила эксплуатации заиляемых водохранилищ малой и средней емкости. ПР 34-70-009-83. М.: Союзтехэнерго, 1985. [Нормативные материалы по безопасности гидротехнических сооружений]. [Электронный ресурс]. URL: http://fp7.cawater-info.net/bk/dam-safety/files/43886.pdf
2. Борьба с заилением водохранилищ: нормативные указания // Нормативные материалы по безопасности гидротехнических сооружений. [Электронный ресурс]. URL: http://fp7.cawater-info.net/bk/dam-safety/files/43548.pdf
3. Оценка воздействия дноуглубительных работ на морские воды: изменение гидрохимических характеристик и формирование шлейфов мутности // Материалы оценки воздействия. [Электронный ресурс]. URL: https://www.gov.kz/uploads/2025/8/18/0e5c42e8b1c77e9c1e404754439880bd_original.4682293.pdf
4. Оценка возможного воздействия на морские воды при дноуглубительных работах: значимость воздействия по компонентам // Материалы оценки воздействия. [Электронный ресурс]. URL: https://ecoportal.kz/Rubric/RubService/LoadFile/64717
5. Промывы водохранилищ с регулированием мутности промывного потока // Нормативные материалы по безопасности гидротехнических сооружений. [Электронный ресурс]. URL: http://fp7.cawater-info.net/bk/dam-safety/files/43548.pdf
6. Экспресс-оценка организации мер по борьбе с наносами (заилением) на примере методики RESCON 2: методика предварительного технико-экономического обоснования // Материалы семинара. 2022. [Электронный ресурс]. URL: http://iwac.kz/storage/app/media/uploaded-files/upravlenie-nasosami.pdf
7. Экономическая оценка полезного использования наносов: отчет по проекту управления наносами Туямуюнского гидроузла // Материалы проекта. [Электронный ресурс]. URL: https://carececo.org/upload/iblock/208/pf221a0h04m9nnj64qb2fkvjmsn6vdaf.pdf