10657

на удочку. Свое отрицательное влияние на природу человек осуществлял всегда. Гидроузлы с водохранилищами люди строят, чтобы целенаправленно приспособить силы природы для своего блага. Размеры влияния на разные стороны природной среды для каждого конкретного водохранилища различны. При этом, практически ни одно из множества построенных водохранилищ не показало несовместимости с природной средой и не привело к последствиям, угрожающим жизни людей и природных комплексов [59].

Мировой опыт [30] свидетельствует, что развитие водной инфраструктуры, в том числе строительство водохранилищ, улучшает условия жизни людей, флору и фауну прилегающих территорий.

В 2010-е гг., согласно опросам Всероссийского центра изучения общественного мнения (ВЦИОМ), 39 % россиян ожидали ухудшения экологической обстановки в их местности, а 7% думали, что она станет лучше. Главная опасность для природы, по мнению сограждан, – это вырубка лесов (44%), транспорт (38 %), выбросы промышленных предприятий (38%), но отнюдь не искусственные водные объекты.

Изучение водохранилищ

Решением водных проблем в разных странах мира заняты большие коллективы научных и инженерных работников самых разных профилей. В России они входят в сферу интересов технических, географических, физикоматематических, химических, биологических, сельскохозяйственных, экономических, общественных, медицинских наук, наук о Земле. Держа в уме неравенство дисциплин, можно сказать, что в каждой из них есть специалисты, которые знают, что следует предложить и что нужно делать в той или иной ситуации. Но проектируют, строят, эксплуатируют гидроузлы с водохранилищами главным образом специалисты-гидротехники.

60

ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ЛИНИИ

Долго думали, гадали, топографы все писали на большом листу.

Чисто вписано в бумаги, да забыли про овраги,

а по ним ходить!

Л.Н. Толстой. Туда умного не надо…(1855)

Береговая линия Великобритании с разной степенью схематизации

[http: commons.wikipedia.org/wiki/File: Britain-fractal-coastline-combined.jpg]

Линия – общая часть двух смежных областей поверхности. Движущаяся точка описывает при своем движении некоторую линию. В аналитической геометрии линии выражаются уравнениями между координатами их точек [84].

Вгеографических атласах линиями изображаются границы государств, реки, урезы воды (береговые линии) морей и водохранилищ.

Висточниках, даже претендующих на сугубую солидность, длины рек

ибереговых линий водоемов, измеренные на топографических картах, материалах аэрофотосъемки или изображениях со спутников, практически всегда указываются без ссылки на масштаб, способ и момент измерения [21; 22; 25;97]. Это приводит к несопоставимости результатов. Так, длина р. Волги варьируется от 3500 км [40] до 3700 км [19], р. Енисея – от 3,5 тыс. км [40] до 5940км [25]. Известный сайт ЦРУ США «The World Factbook», где помещены данные о длине морских береговых линий всех стран мира, также не называет способа измерения. Поэтому бесспорными являются только данные для стран, не имеющих выхода к морю, о длине береговых линий

61

которых написано: «0 км».

Вот попавшиеся на глаза перлы из региональной печати. Нижегородецвсетемник Е. Бриккенгольц и главный специалист экологического центра «Дронт» Е. Колпакова что такое линия не понимают. Первый, констатируя «дремучую неграмотность глав муниципалитетов» сообщил, что «8 муниципалитетов Нижегородской области находятся в русле Волги» [ЛС, 2020.

– 6.02], и он выявил «незаконно размещенные отвалы размываемого грунта на береговой линии Оки возле порта Дуденево» [ЛС, 2020. – 27.02]. Вторая со знанием дела предупредила, что «с жилищным строительством на береговой линии надо знать меру» [АН, 2019. – №44]. Подобные оговорки не стоило бы транслировать на регион. Гидротехнике 6 тыс. лет, и если уж у сторонников всего хорошего / критиков всего плохого не получается пройти мимо, из уважения к ее возрасту надо хотя бы знакомиться с используемой терминологией.

Вопрос о длине береговой линии давно стал предметом исследований и приложений. Мы здесь коснемся его применительно к водохранилищам.

Географическая информационная система (ГИС) «Морфометрия водохранилища» создается методами традиционной геометрии, которая основана на приближенной аппроксимации структуры объекта линиями, отрезками, плоскостями, многоугольниками и т. п. Объект заменяется моделью. Это приводит к потере части информации об его свойствах. Например, топология не видит разницы между различными береговыми линиями: топологическая размерность любой береговой линии равна топологической размерности окружности и обе они равны 1. Дополнительную полезную количественную информацию в ГИС предназначены внести данные о фрактальных параметрах водохранилища, получаемые методами фрактальной геометрии.

Термин «фрактал» (fractal) означает дробный, ломаный, фрагментарный. К фракталам относят геометрические объекты, имеющие изрезанную форму и демонстрирующие некоторую повторяемость (самоподобие) в широком диапазоне масштабов. Математическим выражением самоподобия выступают степенные законы f(x) = c∙(x)D с целочисленными или дробными постоянными c и D. Специфической количественной характеристикой фрактального объекта является фрактальная размерность D [132].

Береговая линия – это фрактал. Во фрактальной геометрии различные береговые линии имеют разные фрактальные размерности в диапазоне

1 < D < 2, и величина D тем больше, чем более извилистым является берег. Результат измерения береговой линии зависит от масштаба

62

Участок левого берега Горьковского водохранилища от д. Малый Суходол до плотины гидроузла на топографических картах разных масштабов

Результаты измерения длины береговой линии Горьковского водохранилища на участке АБ между д. Малый Суходол и плотиной гидроузла

Примечание: натурное измерение береговой линии проведено пешим маршрутом при штилевой погоде и НПУ в водохранилище. Фрактальная размерность береговой линии D = 1,021 [113].

63

Плановые контуры энергетических водохранилищ на северо-востоке России

Фрактальные размерности береговых линий водохранилищ: Вилюйского – 1,365; Усть-Хантайского – 1,276; Курейского – 1,397; Колымского – 1,320 [113].

топографической основы и длины измерителя . С уменьшением длина береговой линии L( ) увеличивается теоретически до бесконечной.

64

Покажем в качестве примера участок АБ берега Горьковского водохранилища. По изображению участка на топографической основе разных масштабов мы вряд ли сможем сказать, какому масштабу соответствует каждая из картин: обе выглядят статистически одинаково. Это иллюстрирует самоподобие береговой линии. И мы видим, что результаты измерения длины участка АБ береговой линии зависят от масштаба картографической основы: взяв за 100% длину береговой линии на участке АБ определенную натурным измерением в масштабе 1:200, при переходе к масштабу 1: 200000 имеем разницу в 16,1%. Фрактальная размерность береговой линии на участке D = 1,021 [113].

Методы вычисления фрактальной размерности D береговой линии по ее изображению на плоскости освещены в соответствующей литературе [113; 132]. Понятно, что измерить длину береговой линии водохранилища и определить ее фрактальную размерность можно только приблизительно. В реальности из практических соображений обычно выбирают минимальный размер деталей береговой линии равным порядку единицы измерения. Так, если береговая линия измеряется в километрах, то детали меньше 1 км просто не принимаются во внимание. При этом для извилистых береговых линий значение D бывает близко к 1,3 [132]. Так, фрактальные размерности береговых линий водохранилищ ГЭС криолитозоны России находятся в диапазоне D = 1,397 – 1,276 [113].

Чтобы избежать несопоставимости результатов, в сообщениях о длине береговой линии надо указывать масштаб картографической основы, на которой она измерена.

Положение береговой линии водохранилища с течением лет изменяется вследствие переформирования берегов. Соответственно изменяется реальная длина и фрактальная размерность береговой линии. Если в сообщении о длине береговой линии кроме масштаба указать год измерения, вот тогда ситуация будет полностью определена.

65

ОЗАТОПЛЕНИИ ЗЕМЕЛЬ ВОДОХРАНИЛИЩАМИ

Унас полно разумных доводов,

из фактов яркий винегрет, и много чисто личных поводов,

чтобы в любой поверить бред. И.М. Губерман [42]

Зимний пейзаж. Рыбинское водохранилище

На пике борьбы «за экологию» против гидроэнергетики в конце 1980-х гг. СМИ пытались укоренить у населения карикатурные представления о том, что водохранилища гидроэлектростанций затопили «почти половину плодородных земель» России. Подобные нелепицы от случая к случаю подаются в массы и теперь. Опишем реальную картину.

Показатели затопления земель водохранилищами

По официальным данным на 1 января 1999 г. общий земельный фонд Российской Федерации составлял 1 709,8 млн га.

Структура распределения земельного фонда Российской Федерации по целевому назначению [41]

66

Около 26,6 % всего земельного фонда в 1999г. составляли земли сельскохозяйственного назначения. В их структуре преобладали сельскохозяйственные угодья – 221,2 млн га, и земли, пригодные для северного оленеводства – 145,7 млн га. При Всероссийской сельскохозяйственной переписи 2016 г. сельхозугодий насчитали 142659,7 тыс. га, из них фактически используемых 125031,4 тыс. га [АиФ, 2019. – №20].

Затопление – это повышение уровня воды водотока, водоема или подземных вод, приводящее к образованию свободной поверхности воды на участке территории [38].

В нашей стране обширные земельные площади отведены под электроэнергетику (ГЭС, ТЭС, АЭС), их доля достигает примерно 10 % всех земель, находящихся в несельскохозяйственном использовании для нужд промышленности, транспорта, городов и др. При этом около 95 % земель, изъятых на электроэнергетику, приходится на электростанции и их водохранилища.

В 1950–1960 гг. большие площади земель были отведены под равнинные водохранилища ГЭС в Волжско-Камском бассейне, а в последующие десятилетия в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке – в бассейнах рек Енисея, Вилюя, Зеи, Колымы и др. По состоянию на 1990 г. под водохранилища ГЭС в России отведено 4,720 млн га земель [144].

Отведенные под водохранилища ГЭС земли составляют 0,28 % площади нашей страны. Для сравнения: доля площади водохранилищ к общей площади страны в США – 0,80 %, Канаде – 0,60 %, Испании – 0,42 % [96].

Наиболее ценными из изымаемых под водохранилища считаются земли сельскохозяйственного использования и занятые лесами. По грубой оценке водохранилищами ГЭС занято 0,4 % сельскохозяйственных угодий и 0,3 % лесных площадей России [144].

Еще сравнения: под российскими городами в два с лишним раза больше земель, чем под водохранилищами; земли, занятые дорогами и водохранилищами по площади сопоставимы; площадь отведенных под водохранилища ГЭС земель равна площади земель, непригодных для жизнедеятельности из-за упавших на нее частей космических ракет; растут полигоны добычи полезных ископаемых, свалки отходов; площадь заброшенных в 1990-х гг. сельхозземель почти на порядок больше площади, занятой водохранилищами.

В гидротехническом строительстве известно понятие «землеемкость водохранилища», которая оценивается по объективному показателю затопленной площади на 1 млн кВт ч выработки ГЭС [144].

67

Сравнительные данные о площади земель, занятых для различных видов жизнедеятельности в России

В период 1950-х гг., когда вводились крупные гидроузлы на равнинных реках европейской части страны, показатель затопления достигал 78 га /1 млн кВт ч выработки ГЭС. Если говорить об исторической ситуации

в тот период, необязательно быть человеком уважаемого возраста, чтобы вспомнить, что недавно закончилась Великая Отечественная война, энергетика была в значительной мере разрушена. В этих условиях указанные затопления были оправданы, альтернативы не было. И разумно ли, например, сейчас предъявлять претензии создателям Рыбинского гидроузла, которые начинали строительство перед войной, а пуски агрегатов ГЭС проводили уже в военное время? Теперешним критикам гидроэнергетики надо бы знать, что Рыбинская, Угличская, Иваньковская ГЭС оставались практически единственными источниками электроэнергии для Москвы в военный пе-

риод [18; 78].

В последующем затопления при создании водохранилищ резко снизились. Строительство электростанций на равнинных реках стало сокращаться. Гидроэнергетика в европейской части страны начала смещаться в предгорные и горные районы, а в азиатской –на экономически малоосвоенные территории, начали проявляться факторы защиты земель, пристального анализа предлагаемых вариантов створов и подпорных отметок гидроузлов. На уровне середины 1980-х гг. средняя величина затоплений составляла 26,4

68

га /1 млн кВт ч. Если взять конкретные примеры, то для первенцев Волжского каскада Иваньковской и Рыбинской ГЭС рассматриваемый показатель достигал 160 га/1 млн кВт ч, для последней по времени строительства Чебоксарской ГЭС он составил 14 га/1 млн кВт ч, для ГЭС Ангаро-Енисей- ского каскада равен в среднем 4,1 га/1 млн кВт ч [96].

Землеемкость водохранилищ гидроэлектростанций в России [144]

Примеры затоплений

Ниже приведены данные о затоплении земель водохранилищами Волжско-Камского каскада ГЭС. По каждому водохранилищу площадь затопления земель, указанная в таблице, несколько меньше площади зер-

кала воды при НПУ за счет того, что водохранилищем затапливаются не только суша, но и акватория реки в бытовом состоянии.

Площади земель, затопленных водохранилищами Волжско-Камского каскада [6; 80]

69