Влияние гидроэлектростанций на гидробионты

 

Санкт –  Петербургский Политехнический  университет

Инженерно строительный факультет

Кафедра возобновляющихся источников энергии  и гидроэнергетики

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат на тему:

«Влияние  гидроэлектростанций на гидробионты» 
 
 
 
 
 

Выполнил: _________Беллендир Н.Э.

Проверил: __________Сидоренко Г.И. 
 
 

Санкт –  Петербург

2010г. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Оглавление

1. Введение 3

2. Разнообразие гидробионтов 5

3. Классификация гидробионтов по биотопам 6

4. Энергетическая диаграмма рабочего процесса в проточном канале гидротурбины и представление воздействия потока на гидробионты 9

5. Воздействие кавитации и давления. 14

6. Травмирование рыб при их контакте 17

с конструктивными элементами турбин 17

7. Примеры гибели гидробионтов. 18

8. Список литературы 19 
 
 
 

 

 
 

1. Введение

      Актуальность темы. Масштабы гидротехнического строительства в XX веке привели к тому, что более 70% основных речных систем в России подверглись регулированию или фрагментации. Создание гидросооружений привело к негативным последствиям для всех без исключения объектов гидротехнического строительства, так как проектирование ГЭС осуществлялось без достаточного внимания к вопросам окружающей среды и проблема социального характера.*Ахметпшн, И.Ф. Прогнозирование уровня воздействия гидротурбин на гидробиологический режим стока*

Одним из направлений  комплексной оценки отрицательного воздействия ГЭС на экосистемы водоемов, является изучение влияния турбин на гидробиологический режим стока  водных масс из водохранилищ.

Более 70 лет назад, с момента активного использования  гидроэнергетики для удовлетворения потребности народного хозяйства  нашей страны, ихтиологи и гидробиологи обратили внимание на значительное снижение биомассы планктона и ихтиофауны на речном участке в нижнем бьефе  по сравнению с аналогичным показателем  в водохранилище. Выдвинутое российскими  учеными предположение о массовом характере травмирования и гибели гидробионтов в проточных каналах  гидромашин нашло подтверждение и в зарубежных источниках. Мировое сообщество даже учредило день борьбы с плотинами в знак того, что гидроэнергетику нельзя считать экологически чистым источником получения энергии.* "Цитадель", г. Москва, ОГРН 109774624963*

Гибель планктона  наносит ущерб рыбному хозяйству, приводит к резкому снижению биологических  процессов самоочищения водных масс, вследствие чего существенно возрастает роль промышленно- коммунальных стоков как загрязнителей водных систем.

При перемещении  планктона и рыб из верхнего бьефа  в нижний происходит их гибель и травмирование в результате действия ряда факторов.

Анализ большинства  исследований показывает, что наибольшая доля травмирования и гибели гидробионтов вызвана перепадом давления и  кавитацией *(Кавитационный процесс – это образование полостей в жидкости и их замыкание, который возникает в кавитационных течениях с зонами разрежения и резкими перепадами давлений (Кнэпп, 1974))*. В связи с этим можно сформулировать цель. Актуальность темы определяется соответствием направления *диссертационной работы «Приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники Российской Федерации», утвержденным Приказом № 577Президента Российской Федерации от 30 марта 2002 года, в которых содержится раздел «Экология и рациональное природопользование».*

Цель - обоснование  параметров экологически безопасных режимов  эксплуатации турбин ГЭС с целью  сохранения гидробионтов.

В соответствии с целью были определены следующие  задачи исследований: - провести анализ выполненных исследований по вопросу  воздействия турбин ГЭС на выживаемость гидробионтов ; - разработать методику определения воздействия перепадов давления и гравитации в проточных каналах турбин ГЭС на жизненные функции гидробионтов ; - теоретически оценить степень повреждаемости гидробионтов при прохождении через турбины ГЭС в штатных режимах эксплуатации и подтвердить полученные результаты натурными экспериментами ; - обосновать параметры метода аэрационной защиты гидробионтов ; - разработать нормативы предельно-допустимых воздействий турбин ГЭС на жизнеспособность ихтиофауны и планктона.* "Цитадель", г. Москва, ОГРН 109774624963*

Определены основные факторы воздействия потока водной массы в каналах ГЭС на жизненные функции гидробионтов - представлена дифференциальная модель, описывающая гидродинамические процессы, протекающие в проточных каналах турбин ГЭС ; - составлены алгоритм и методика расчетов воздействия перепада давления и кавитации на жизненные функции гидробионтов в камере рабочего колеса турбины ГЭС ; - разработана методика расчета параметров системы аэрации для6высоконапорных и средненапорных ГЭС ; - предложены нормативы предельно-допустимых воздействий турбин ГЭС на планктон и ихтиофауну.* "Цитадель", г. Москва, ОГРН 109774624963*

Реализация результатов  исследований. Основные результаты работы внедрены на Волжской и Усть-Р1лимской ГЭС. Методика расчетов перепадов давлений в турбинах ГЭС использовалась в разработке нормативов предельно допустимых воздействий турбин ГЭС, эксплуатируемых в Ангаро – Байкальском бассейне на р. Ангаре.* "Цитадель", г. Москва, ОГРН 109774624963* 
 
 
 

  Анализ  воздействия потока на рыб в камерах  рабочих колес гидротурбин подробно излагается в работе *Д. С. Павлова, А. И. Лупандина, В. В. Костина (1999)*, где обобщены результаты исследований многих зарубежных ученых, изучавших на ГЭС и на лабораторных стендах судьбу рыб различных видов и возрастных групп. Мигрирующих и скатывающихся через турбины ГЭС. Этот этап миграции ихтиофауны приводит к гибели абсолютного большинства покатников. 
 

2. Разнообразие гидробионтов

Гидробионт (Hydrobiontes; От др.-греч. ὕδωρ — вода + бионт) — организм, в ходе эволюции приспособленный к обитанию в водной среде (биотопе).

• Пелагические организмы (растения или животные, обитающие в толще или на поверхности воды)
• Нейстон - совокупность микроорганизмов, живущих у поверхностной плёнки воды на границе водной и воздушной сред.
• Плейстон - растительные или животные организмы, обитающие на поверхности воды, или полупогруженные в воду.
• Реофилы - животные, приспособившиеся к обитанию в текущих водах.
• Нектон - совокупность водных активно плавающих организмов, способных противостоять силе течения.
• Планктон - разнородные, в основном мелкие организмы, свободно дрейфующие в толще воды и не способные сопротивляться течению.
• Бентос (совокупность организмов, обитающих на грунте и в грунте дна водоемов) *Wikipedia*

 
 
 
 

 

3. Классификация гидробионтов

по  биотопам.

 

Биотопом1 называется местообитание организма, тогда как его экологическая ниша – функциональная роль в экологической системе, т. е. является ли данный организм продуцентом, реду- центом или консументом2, и каким именно – растительноядным или хищником, паразитом и т. п. В понятие экологической ниши входят и температурные границы существования данного вида, и требования к качеству воды, состав пищи, хищники, которые пи- таются им. Это можно сформулировать и так: биотоп – «место проживания» организма, а экологическая ниша – занимаемая им «должность» в экологической системе. Какие же биотопы можно найти в типичном водоеме? На рис. 3.1 приведена схема водоема. 
 
 

Если мы обратимся  к ней, то увидим, что существуют четыре

принципиально различные группы биотопов: на границах – воздух/вода, вода/дно, воздух/вода/дно  и собственно толща воды.Организмы, населяющие разные биотопы, представляют собой разные жизненные формы.

Толщу вод населяют две группы организмов – планктон и нектон. Планктон(3) составляют организмы слишком мелкие, чтобы иметь возможность противостоять силам движения воды и контролировать свое положение в воде. Они парят в толще воды и переносятся ею.

_________________________________

1 От греч. биос – жизнь, топос – место.

2 Продуценты  – организмы (как правило, автотрофные,  но могут быть и хемотрофные), производящие органическое вещество из неорганического используяпри этом энергию солнечного света (автотрофы) или химическую (хемотрофы);консументы – организмы, использующие для поддержания жизнедеятельностиэнергию, заключенную в готовых органических веществах, производимых продуцентами; редуценты – организмы, живущие за счет мертвого органического вещества продуцентов и консументов и минерализующие его до простых неорганических веществ, затем использующихся продуцентами для воспроизводстваживого органического вещества.

  3 От греч. планктос – парящий.

Основные группы организмов, занимающие разные биотопы водоема.  Рис.(3.1)  
 

Животные, представленные в планктоне, – зоопланктон. В эту группу входит множество простейших, коловраток, мелких рачков (например, всем известные дафнии и циклопы). Кроме того, в зоопланктон включаются личинки насекомых, рыб, многих организмов бентоса, слишком мелкие и слабые для самостоятельного передвижения в толще воды. Организмы, проводящие в планктоне лишь часть своего жизненного цикла, называются меропланктоном1 (рис. 15), в отличие от голопланктона2 – постоянных планктонтов. Кроме того, в планктоне присутствует и множество бактерий, составляющих бактериопланктон. Организмы планктона можно классифицировать так, как это приведено в табл. 1. Активные же пловцы, такие как рыбы, амфибии, рептилии, звери, крупные насекомые и их личинки в пресных водах, головоногие моллюски в морских водах составляют нектон(3).

_________________________________

1 От греч. мерос – часть.

2 От греч. холос – целое.

3 От греч. нектос – плавающий. 
 

Обитатели биотопа  вода/дно составляют бентос(1). Животные – обитатели дна именуются зообентосом и отличаются большим, как правило, разнообразием, чем планктонты. Здесь можно встретить моллюсков, ракообразных, личинок насекомых, самых различных червей и др. Растительное население дна – фитобентос представлено высшими водными растениями и водорослями.

____________________________________

1 От греч. бентос – глубина.

Прибрежную зону населяют также многочисленные бентонты, кроме того, здесь обилен перифитон1 – различные водоросли, образующие всем известные обрастания на камнях, стеблях высшей водной растительности, кусках древесины и т. п. Вместе с прикрепленными мелкими животными (червями, коловратками, ракообразными, простейшими) он образует сообщество, именуемое ауфвухс. К прибрежной же зоне примыкает и своеобразное население прибрежного, пропитанного водой грунта (главным образом песчаного) – псаммон2. Тут многочисленны различные черви и коловратки.

Биотоп граница  воздух/вода населен своеобразными  организмами, составляющими целое  сообщество, удерживающееся в поверхностной  пленке воды, за счет силы поверхностного натяжения. Это – нейстон. В нем выделяют эпинейстон (организмы, живущие над пленкой) и гипонейстон (под пленкой). Кроме того, можно выделить еще и обитателей «плавучих островов», образованных растениями (например, всем известной ряской) – плейстон.

_____________________________________

 

1 От греч. пери – вокруг, фитон – растение.

2 От греч. псаммос – песок. 
 

 

 

4. Энергетическая  диаграмма рабочего процесса в проточном  канале гидротурбины и представление  воздействия потока на гидробионты

 

  В проточной части гидромашины происходят рабочие процессы, под которыми понимают совокупность явлений, происходящих в проточной части при взаимодействии органов с потоком воды (Андреев В.Б. 1984). Проточную часть можно разделить на три зоны: подвод к рабочему колесу, область рабочего колеса, включающая лопастную систему, и отвод потока от колеса. Лопастная система рабочего колеса, взаимодействуя с жидкостью, обеспечивает преобразование энергии потока в механическую энергию колеса в турбине. Момент М_к (Нм) силового взаимодействия потока с лопастной системой рабочего колеса турбины можно представить в виде: