Печать
Категория: Материалы VIII Симпозиума (2018 год)
Просмотров: 68

ГРАВИОГЕОГРАФИЯ, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ АСПЕКТЫ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ В СТЕПНОЙ ЗОНЕ. I. ИРИКЛИНСКОЕ ВОДОХРАНИЛИЩЕ 

GRAVITATIONAL GEOGRAPHY, ENVIRONMENTAL AND WATER ASPECTS OF NATURAL RESOURCE MANAGEMENT IN THE STEPPE ZONE. I. RESERVOIR IRIKLINSKIY 

В.В. Литовский

V.V. Litovskiy 

Институт экономики УрО РАН (Россия, 620014, г. Екатеринбург, ул. Московская, 29) 

Institute of Economics Russian Academy of Sciences (Russia, 620014, Ekaterinburg, Moskovskaya Str., 29)

e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Представлена гравиогеография хозяйственно значимых территорий Оренбуржья. С позиций фундаментального явления изостатического выравнивания дневных поверхностей земной коры проанализированы их особенности и геоэкологические аспекты эксплуатации в зависимости от специализации. В части I в таком аспекте рассмотрены проблемы Ириклинского водохранилища.

It was studied the gravitational geography of the economically important areas in the Orenburg steppes. The article analyses the peculiarities of these territories and geoecological aspects of exploitation from the perspective of the fundamental phenomenon of isostatic align daily surfaces of the Earth's crust. In particular, the first part is devoted to the problem of reservoir Iriklinskiy in this aspect. 

В работе к проблемам экологичного природопользования и хозяйственного использования гидроресурсов в степной зоне развивается гравиогеографический подход, фундаментальная суть которого состоит в таком эволюционировании составляющих географической оболочки, которое стремится привести их в состояние изостатического равновесия с включением всех механизмов трансформации на физическом, геохимическом и биологическом уровнях. В таком подходе природные факторы и процессы являются инструментарием изостатического выравнивания дневной поверхности, определяя ее геоморфологические и ландшафтные особенности и поведение, а ключевой характеристикой в локалитетах является отклонение значения поля силы тяжести от нормального значения или гравиоаномалия. Антропогенное влияние на геосферу при этом считается позитивным, если оно сглаживает девиации этих аномалий и отрицательным, в противном случае. Принципиально рассмотрены два типа антропогенного воздействия: первое - нагружение поверхности весом тел, например, водохранилищ; второе - изъятие вещества из недр при эксплуатации месторождений или при создании подземных резервуаров.

Методика исследования описана в [5, с. 143-160]. Для построения карт с композитной грид-информацией и ГИС-гравиогеографического анализа использовались: программный пакет «Global Mapper», ГИС-основа ВСЕГЕИ [1] с данными ИАЦ «Минерал» [4], Интерактивная электронная карта недропользования Российской Федерации [10], GIS-Lав [9], авторская теоретико-методологические основа [5, с. 253-266, с. 324-330; 6].

В данной работе приложение метода рассмотрено на примере проблем нагружения дневной поверхности телом Ириклинского водохранилища.

Ныне это самый крупный искусственный водоем – источник водоснабжения двух ключевых промышленных центров Оренбургской области – Орска и Новотроицка. В социально-историческом аспекте его появление потребовало отселения 22 населенных пунктов. В плане оценки размера и веса водохранилища на разных его участках важно, что его протяженность по реке Урал составляет 73 километра, ширина водохранилища доходит до 8 километров. Средняя глубина – 12 метров, 55% акватории имеет глубины 10 м. Максимальная глубина у плотины составляет 38 метров. При наполнении водохранилища водой образовалось три больших залива. Самый крупный из них – Суундукский залив. Его длина – 43 километра. Водообмен в водохранилище близок к озеру слабой проточности (в среднем один раз в два года). Потребность в водохранилище возникла в связи с открытием близ Халилово в 1930-х гг. никелевых руд и крупного гидроузла для энергообеспечения Орско-Халиловского металлургического комбината [2]. Место размещения плотины было выбрано в Ириклинском ущелье, где долина р. Урал сужается до 250 м. Строительство плотины началось в 1942 г., а гидроузла в целом – в 1949 году. С 1958 по 1966 годы резервуар был заполнен водой до проектного уровня в 245 м относительно моря. Таким образом, воздействие плотины на поверхность исчисляется 60 годами.

Площадь водохранилища при проектном уровне заполнения на отметке 245 метров относительно уровня моря составляет – 260 км2, а объем – 3,26 км3. Это почти в 2 раза превышает среднегодовой расход Урала в створе гидроузла. Площади водохранилища с глубинами менее 10 метров составляют 45%, с глубинами более 20 метров – 24%. Водосборная площадь Урала до створа Ириклинского гидроузла составляет 36950 км2. Среднемноголетний расход воды по этому створу – 55,4 м3/сек (1,5957216 км3/год), с колебаниями в маловодные и многоводные годы до 30 раз. За все годы существования водохранилища максимальное понижение его уровня до 9 метров фиксировалось зимой 1969-1970 годов. В среднем зимой оно составляет 2 метра, а весной (перед приемом весеннего паводка) – 3-4,5 метра.

Гидроузел водохранилища образован глухой смешанно-набросной плотиной и береговым бетонным водосбросом, где размещена гидроэлектростанция мощностью 30 МВт (с четырьмя радиально-осевыми гидроагрегатами мощностью по 7,5 МВт производства Уральского завода гидромашин и генераторами Уралэлектротяжмаша (ныне ОАО «Уралэлектротяжмаш – Уралгидромаш»). Проектная отметка уровня воды у плотины высотой 43 м составляет 245 метров над уровнем моря.

Гравиогеографическая картина в районе Ириклинского водохранилища с профилем поля силы тяжести (мГл) от верховий к гидроузлу представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. География аномального гравиополя в районе Ириклинского водохранилища, мГл 

Возможные изъятия или привнос массы  для уравновешивания оценивались из условия приведения локальной силы тяжести к нормальной, что приводит к формуле:

  (1),

где в гравиметрических единицах нормальная «сила тяжести» (ускорение свободного падения) =980665 мГл, а отрицательный знак в правой части уравнения указывает на требуемую убыль массы при исходном положительном значении и, наоборот, на необходимый привнос вещества при отрицательной аномалии . По формуле при отрицательной аномалии  = 1 мГл в перерасчете на 1 млн тонн пород допустим привнос лишь 1тонны, а при аномалии в 10 мГл – 10 тонн недостающего веса.

В объемных единицах формула (1) преобразуется к виду:

 (2),

где – изменение объема вещества, соответствующее изменению , а  – объем вмещающей эталонной (изостатически уравновешенной) породы.

Для воды (плотность – 1000 кг/м3) в качестве привносного или извлекаемого вещества из вмещающей складчатой породы с эталонной плотностью 2670 кг/м3 или для осадочной породы с плотностью 2300 кг/м3 эта формула при аномалиях в 1 и 10 мГл дает необходимые для уравновешивания привнос или изъятие объема от 1 до 10 м3 на каждый миллион тонн вмещающей породы или на куб породы с ребром в 72 м (для осадочной – 75,7 м). При положительной аномалии  = 1 мГл на 1 км3 оказывается допустимым изъятие от 2670 тонн «лишней» воды, а при  = 10 мГл - 26700 тонн. Соответственно, на территорию с такими аномалиями для восстановления ее равновесного состояния в перерасчете на каждый миллион тонн вмещающей породы требуется вливать от 2670 до 26700 м3 воды. Если это будет не вода, а, например, рассол с выпадением из него галита (плотность 2160 кг/м3) на финальной стадии насыщения, то это при той же материнской массе повлечет уменьшение объема в 2,16 раза по сравнению с водой, что в недрах очень значимо – в связи с уменьшением затрат энергии на расширение пород, а на поверхности – в связи с проявлением в ландшафте купольных структур. Соответственно, промежуточные фазы такого перехода будут отражать и стадии минералогенеза, важного для понимания эволюции соленых озер. В частности, для Ириклинского водохранилища с учетом аномалии в пределах от -10 мГл в верховьях до +30 мГл у плотины, для обеспечения изостатического равновесия в верховьях на каждый кубический км коры требуется добавление до 26700 тонн воды, что по высоте подъема уровня воды составляет 2,6 см. В пересчете на всю толщину слоя земной коры, условно принимаемую в 50 км, это значение возрастет пропорционально – до 1,3 м. Напротив, в низовьях, где аномалия достигает +30 мГл для обеспечения изостатического выравнивания требуется убирать слой воды в 3,9 метра. В реальности же водохранилище здесь нагрузили водой слоем в 38 м.

Отметим, что в энергетическом плане Ириклинская ГЭС ныне мало значима, поскольку вскоре после ее пуска по соседству в поселке Энергетик, возвели мощную тепловую станцию – Ириклинскую ГРЭС (2400 МВт), что позволило создать в регионе мощную энергетическую инфраструктуру с сетью высоковольтных линий напряжением 500/220/110 кВ и подключить к ним крупнейшие промышленные предприятия Южного Урала, в частности, Оренбургский газоперерабатывающий и Магнитогорский металлургический заводы. В 2006 году Ириклинская ГРЭС и ГЭС с суммарной мощностью энергокомплекса в 2430 МВт вошли в ИнтерРАО ЕЭС. С 2015 года в районе стала развиваться солнечная энергетика [7], что стало возможно, благодаря обязыванию монополий подключать к сети «малых» производителей энергии и позволять им зарабатывать на генерации (2013 г.). Это вызвало резкое развитие российской солнечной энергетики и приток в нее инвестиций (190 млрд. рублей за 2013-2016 гг.). К 2024 году планируется запустить 57 СЭС мощностью от 5 до 70 МВт с общей мощностью 1,5 ГВт [8]. Первым проектом по созданию инфраструктуры и строительству солнечных электростанций группы компаний Хевел, Реновы и Роснано, реализованным в европейской части России, стал запуск в эксплуатацию в мае 2015 г. в Переволоцком районе Оренбургской области СЭС мощностью 5 МВт. Далее последовало строительство Плешановской СЭС и Грачевской СЭС мощностью 10 МВт каждая, а в мае 2017 года запущена Соль-Илецкая СЭС мощностью 25 МВт.

Таблица 1 Солнечные электростанции Урала [7]

До 2019 года в Оренбургской области компаниями планируется завершить строительство 5 солнечных электростанций, после чего общая мощность проектов солнечной генерации группы Хевел на территории региона составит 140 МВт. В частности, в 2018 году планируется строительство СЭС в Новосергиевке и Сорочинске. Мощность станции в Сорочинском районе при площади в 1,3 км2 будет 60 МВт, (она станет самой крупной в России), а СЭС в Новосергиевском районе при площади в 1 км2 – 45 МВт. Стоимость строительства оценивается в 14 млрд рублей [8]. Как следует из этого при мощности в 2 и в 1,5 раза больше Ириклинской ГЭС необходимые площади меньше в 520 и 390 раз. Таким образом, Ириклинская ГЭС с ее водохранилищем оказываются проблемными. Еще больше положение может усугубиться с проектом развития микроСЭС мощностью до 15 кВт, что имеет хорошую перспективу.  

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (16-06-00324). 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. ВСЕГЕИ. Георесурсы. URL: http://www.vsegei.ru/ru/info/georesource/.
  2. Вода России. Ириклинское водохранилище http://water-rf.ru/Водные_объекты/1116/Ириклинское_водохранилище
  3. Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Оренбургской области в 2014 году. URL: http://www.greenpatrol.ru /sites/default/files/doklad_o_sostoyanii_os_2014_orenburgskaya_oblast.pdf
  4. ИАЦ «Минерал». URL: http://www.mineral.ru
  5. Литовский В.В. Гравиогеография, проблемы инфраструктуры и размещения производительных сил Гл. 3. / Теоретико-географические основы формирования доминантного урало-арктического пространства и его инфраструктуры (для задач формирования многофункционального базисного опорного внутреннего и континентального моста России по оси «Север-Юг»). М.: ГЕОС, 2016. С. 143-225.
  6. Литовский В.В. Гравиогеография соленых озер Урала и сопредельных территорий: I. Челябинская и Курганская область. Особенности геохимии и генезиса // Географический вестник. 2017. №4 (43). С. 12-21
  7. Список солнечных электростанций России // Википедия [Эл. ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Список_солнечных_электростанций_России
  8. ТАСС: Экономика и бизнес. 10.01.2018. В феврале начнется строительство двух солнечных электростанций в Оренбургской области. URL: http://tass.ru/ekonomika/4864937
  9. GIS-Lab. Открытые данные Лаборатории. URL: http://gis-lab.info/qa/geology-geophysics-open-data-sources.html (дата обращения 01.07.2017).
  10. Open Map Mineral. Интерактивная электронная карта недропользования Российской Федерации. URL: https://openmap.mineral.ru/