VILNIAUS GEDIMINO TECHNIKOS UNIVERSITETAS APLINKOS INŢINERIJOS FAKULTETAS HIDRAULIKOS KATEDRA
Vaida Buivydaitė
ŠEŠUPĖS BASEINO ENERGETINIŲ IŠTEKLIŲ ANALIZĖ IR VERTINIMAS
ANALYSIS AND EVALUATION OF POWER RESERVOIRS OF WATERSHED ŠEŠUPĖ
Baigiamasis magistro darbas
Vandens ūkio inţinerijos studijų programa, valstybinis kodas 62404T105 Aplinkos inţinerijos mokslo kryptis
Vilnius, 2010
VILNIAUS GEDIMINO TECHNIKOS UNIVERSITETAS APLINKOS INŢINERIJOS FAKULTETAS HIDRAULIKOS KATEDRA
TVIRTINU Katedros vedėjas ______(parašas) Valentinas Šaulys _ L (Vardas, pavardė) ______(data)
Vaida Buivydaitė
ŠEŠUPĖS BASEINO ENERGETINIŲ IŠTEKLIŲ ANALIZĖ IR VERTINIMAS
ANALYSIS AND EVALUATION OF POWER RESERVOIRS OF WATERSHED ŠEŠUPĖ
Baigiamasis magistro darbas
Vandens ūkio inţinerijos studijų programa, valstybinis kodas 62404T105 Aplinkos inţinerijos mokslo kryptis
Vadovas prof. habil.dr.A.Česnulevičius ______(Moksl. laipsnis, vardas, pavardė) (Parašas) (Data)
Konsultantas . (Moksl. laipsnis, vardas, pavardė) (Parašas) (Data)
Konsultantas . (Moksl. laipsnis, vardas, pavardė) (Parašas) (Data)
Vilnius, 2010
2 VILNIAUS GEDIMINO TECHNIKOS UNIVERSITETAS APLINKOS INŢINERIJOS FAKULTETAS HIDRAULIKOS KATEDRA
TVIRTINU Aplinkos inţinerijos studijų kryptis Katedros vedėjas Vandens ūkio inţinerijos studijų programa, valstybinis kodas 62404T105 ______(Parašas) Valentinas Šaulys
______
(Data)
BAIGIAMOJO MAGISTRO DARBO UŢDUOTIS ……...... Nr...... Vilnius
Studentei Vaidai Buivydaitei
Baigiamojo darbo tema: ,,Šešupės baseino energetinių išteklių analizė ir vertinimas“
patvirtinta 20…m. ……………….…… d. dekano potvarkiu Nr. ………….
Baigiamojo darbo uţbaigimo terminas 2010 m. ……………….…… d.
BAIGIAMOJO DARBO UŢDUOTIS:
1. Atlikti atsinaujinančių energijos išteklių panaudojimo Baltijos šalyse ir hidroenergetikos perspektyvos Lietuvoje analizę. 2. Atlikti hidroenergetikai ir su ja susijusių teisės aktų analizę. 3. Atlikti Šešupės upės ir jos baseino gamtinių sąlygų įvertinimą. 4. Atlikti Šešupės upę apibūdinančių hidrologinių rodiklių skaičiavimus ir jų analizę. 5. Pagrįsti upės energijos skaičiavimo metodiką. 6. Atlikti upės energetinių išteklių vertinimą atskiruose upės ruoţuose.
Baigiamojo darbo rengimo konsultantai: Lektorė Regina Ţukienė
Vadovas ...... (parašas ) prof., habil.dr. Algimantas Česnulevičius
Uţduotį gavau ………………………………….. (Parašas) Vaida Buivydaitė
(Data)
3
VILNIAUS GEDIMINO TECHNIKOS UNIVERSITETAS APLINKOS INŢINERIJOS FAKULTETAS HIDRAULIKOS KATEDRA
Aplinkos inţinerijos studijų kryptis Vandens ūkio inţinerijos studijų programa, valstybinis kodas 62404T105
PAŢYMA APIE BAIGIAMĄJĮ MAGISTRO DARBĄ ……...... Nr...... Vilnius
Studentas (ė)...... Vaida Buivydaitė...... …...... (Vardas, pavardė)
Studento (ės) studijų svertinis įvertinimų vidurkis...... …...... ….....…………...... …...balo.
Baigiamojo darbo tema: „Šešupės baseino energetinių išteklių analizė ir vertinimas“
Baigiamasis darbas perţiūrėtas ir studentui (ei) Vaidai Buivydaitei leidţiama ginti šį baigiamąjį darbą magistro laipsnio suteikimo komisijoje.
Katedros vedėjas ...... ………...... doc.dr. Valentinas Šaulys (Parašas) (Moksl. laipsnis, vardas, pavardė)
VADOVO ATSILIEPIMAS APIE BAIGIAMĄJĮ MAGISTRO DARBĄ
2010.06.10
Vaidos Buivydaitės magistro baigiamasis darbas ,,Šešupės baseino energetinių išteklių analizė ir vertinimas“ skirtas aktualiai hidroenergetikos plėtros problemai. Darbo autorė atliko atsinaujinančių energijos išteklių panaudojimo Baltijos šalyse ir hidroenergetikos perspektyvos Lietuvoje analizę. Ji išstudijavo hidroenergetikai ir su ja susijusius teisės aktus. Darbe atliktas Šešupės upės ir jos baseino gamtinių sąlygų įvertinimas. V.Buivydaitė atliko Šešupės upę apibūdinančių hidrologinių rodiklių skaičiavimus ir išsamią jų analizę bei pagrindė upės energijos skaičiavimo metodiką. Darbo rezultatas – Šešupės upės energetinių išteklių vertinimas atskiruose jos ruoţuose. Darbo vadovo nuomone darbas gali būti ginamas magistro laipsnio suteikimo komisijoje.
Vadovas .....……...... prof., habil.dr. Algimantas Česnulevičius (Parašas) (Moksl. laipsnis, vardas, pavardė)
4
Vilniaus Gedimino technikos universitetas ISBN ISSN Aplinkos inţinerijos fakultetas Egz. sk. ……….. Hidraulikos katedra Data ….-….-….
Vandens ūkio inţinerijos studijų programos baigiamasis magistro darbas Pavadinimas Šešupės baseino energetinių išteklių vertinimas ir analizė. Autorius Vaida Buivydaitė Vadovas prof. habil. dr. Algimantas Česnulevičius
Kalba X lietuvių
uţsienio
Anotacija
Baigiamajame magistro darbe analizuoti Šešupės upės energetiniai ištekliai 1972 – 1999 m. laikotarpiu, kadangi Lietuvoje elektros energijos gamybai perspektyviausia atsinaujinančios energijos rūšis yra vandens energija. Baigiamajame darbe įvertintos Šešupės baseino fizinės- geografinės sąlygos, išanalizuota nuotėkio kaita, nagrinėjamu laikotarpiu, apskaičiuotas Šešupės upės energetinis potencialas (39,4 kW/km) ir hidroenergetinė vertė, apskaičiuotos pagrindinės daugiamečio laikotarpio hidrologinės charakteristikos: vidutinis metų debitas, maksimalus debitas, vidutinis daugiametis vandens tūris, vidutinis daugiametis nuotėkio modulis ir Šešupės upės ir jos pagrindinių intakų santakos. Išnagrinėjus upės potencialą ir hidroenergetinę vertę, pateikiamos baigiamojo darbo išvados. Darbą sudaro 7 dalys: įvadas, literatūros apţvalga, tyrimų objektas, darbo metodika, tyrimų rezultatai, išvados, literatūros sąrašas. Darbo apimtis ─ 60 p. teksto be priedų, 9 pav., 20 lent., 40 literatūros šaltinių.
Prasminiai ţodţiai: hidroelektrinės, debitas, potencinė galia.
5 Vilnius Gediminas Technical University ISBN ISSN Faculty of Environmental Engineering Copies No. ……… Department of Hydraulics Date ….-….-….
Water engineering study programme master work Title: Analysis and evaluation of power reservoirs of watershed Šešupė Author Vaida Buivydaitė Academic supervisor prof. habil. dr. Algimantas Česnulevičius
Thesis language Lithuanian
X Foreign (English)
Annotation In the final master thesis was analysed the power sourses in the river Šešupė during the period of 1972 – 1999, because in the Lithuania the most perspective energy generating alternative is hydroelectric power. It was done: evaluates physical and geographycal consditions of the river Šešupė basin, analyses the changes in the flow during the period of investigation, calculated the energetic potential (39,4 kW/km) of the river Šešupė. It was calculates the mainperennial period hydrologics charakteristics: the average dischange, the maximum dischange, the medium capicity of water, the outflow modulus and elevation of outflow. It was set the energetic potential in the main affluence with the river Šešupė. After analysis of energetic potential and hydroenergetic value, was represent the final conclusions. Work consists of 7 parts: introduction, review of literature, research, methodology, results, conclusions, references. Job scope ─ 60 p. text without annexes, 9 pictures, 20 tables., 40 literature sources.
Keywords: hidroelectric power stations, the flow, potential energetic.
6 TURINYS
ĮVADAS...... 10 1. LITERATŪROS APŢVALGA...... 12 1.1. Atsinaujinančių hidroenergijos išteklių naudojimas Baltijos šalyse...... 12 1.2. Hidroenergetikos perspektyva Lietuvoje...... 12 1.2.1. Vandens potenciniai ir techniniai ištekliai...... 13 1.2.2. Lietuvos maţoji hidroenergetika...... 16 1.2.3. Hidroenergetikos poveikis aplinkai...... 18 1.3. Hidroenergetika ir su ja susiję teisės dokumentai...... 23 2. TYRIMŲ OBJEKTAS...... 25 3. DARBO METODIKA...... 32 3.1. Hidrologiniai skaičiavimai ir jų analizės metodai...... 32 3.2. Upės energijos skaičiavimo metodika...... 32 4. ŠEŠUPĖS UPĖS TYRIMO REZULTATAI...... 34 4.1. Klimatologinių duomenų analizė...... 34 4.2. Hidrologinių duomenų analizė...... 35 4.3. Hidrologinių charakteristikų skaičiavimas, remiantis ilgalaikių stebėjimų duomenimis...... 36 4.4. Upės potvynių ir poplūdţių charakteristikų skaičiavimas...... 38 4.5. Daugiamečio laikotarpio pagrindinių hidrologinių charakteristikų skaičiavimas...... 38 5. ENERGETINIŲ IŠTEKLIŲ VERTINIMAS...... 50 IŠVADOS...... 57 LITERATŪRA...... 58
7 LENTELIŲ SĄRAŠAS
1.1 lentelė. Lietuvos upių potencinių ir techninių hidroenergijos išteklių įvertinimas...... 14 1.2 lentelė. Tvenkiniuose sukaupta vandens galia (kW)...... 15 2.1 lentelė. Upės baseino ploto ir ilgio pasiskirstymas kaimyninėse šalyse...... 26 2.2 lentelė. Šešupės intakų skaičiaus pasiskirstymas pagal ilgius...... 26 2.3 lentelė. Hidroelektrinės, esančios ant Šešupės ir jos intakų...... 30 4.1 lentelė. Procentinis metinio kritulių kiekio pasiskirstymas Šešupės baseino meteorologijos stotyse...... 35 4.2 lentelė. Šešupės upės ties Marijampole 1972 – 1999 metų mėnesių vidutiniai debitai (m3/s) ....37 4.3 lentelė. Potvynį ir poplūdį charakterizuojantys dydţiai...... 38 4.4 lentelė. Daugiamečio laikotarpio pagrindinės hidrologinės charakteristikos...... 39 4.5 lentelė. Vidutiniai mėnesiniai vandens debitai (m3/s) ...... 40 4.6 lentelė. Apskaičiuotų hidrologinių charakteristikų palyginamas su normomis...... 40 4.7 lentelė. Šešupės upės ties Marijampole VMS vidutiniai mėnesiniai debitai ir periodų bei sezonų debitų sumos...... 42 4.8 lentelė. Šešupės upės ties Marijampole VMS vandens ūkio metų, limituojančio periodo (sausmečio), limituojančio sezono (vasaros) debitų sumos ir sausiausio mėnesio debitai maţėjimo tvarka...... 44 4.9 lentelė. Tikimybės kreivės parametrų skaičiavimas...... 45 4.10 lentelė. I tikimybės kreivės koordinačių skaičiavimas...... 48 4.11 lentelė. II tikimybės kreivės koordinačių skaičiavimas...... 48 5.1 lentelė. Hidroenergijos gamtiniai ištekliai upių ruoţuose, kurių kilometrinė galia P/L ≥ 20 kW/km, įvertinus aplinkosaugos ribojimus...... 51 5.2 lentelė. Šešupės upės energetinio potencialo kaita 1972 – 1999 m...... 52 5.3 lentelė. Šešupės upės charakteristikos...... 54
8 PAVEIKSLŲ SĄRAŠAS
2.1 pav. Šešupės baseinas...... 25 2.2 pav. Šešupės upės intakai...... 28 4.1 pav. Šešupės upės 1994 – 1995 m. debitų sezoninis pasiskirstymas...... 35 4.2 pav. Vidutinis metinis Šešupės debitas, remiantis ilgalaikiais (30 metų) stebėjimais...... 36 4.3 pav. Šešupės upės ties Marijampole 1972 – 1999 vidutiniai metiniai debitai (m3/s) ...... 37 4.4 pav. Šešupės upės ties Marijampole vienerių metų (1994 m.) vandens debitų hidrograma...... 38 4.5 pav. Empyrinė (1) ir teorinės (2 ir 3) tikimybių kreivės...... 49 5.1 pav. Šešupės upės intakų sudėtis...... 50 5.2 pav. Potencinės galio kaita 1972 – 1999 m. Šešupės upėje...... 53
9 ĮVADAS
Problema Energija yra ţmonijos ekonominės plėtros pagrindas. Be energijos negalima pagerinti nei atskiro ţmogaus, nei visuomenės gyvenimo. Tokia situacija sukuria ekonominę priklausomybę nuo energijos išteklių tiekėjų – juos eksportuojančių šalių, ypač tokių kaip Rusija, eksportuojančios dujas, ir Viduriniųjų Rytų, eksportuojančių naftą. Ši priklausomybė sudaro ES paţeidţiamumą. Jeigu nebus imtasi kardinalių priemonių padėčiai pagerinti, per artimiausius 20 – 30 metų ES priklausomybė nuo išorinių energijos išteklių išaugs iki 70 %. Geopolitiniai suvarţymai vis labiau veikia energijos sektorių. Nuolat augančios naftos ir dujų kainos daro įtaką šalių ekonomikai, įmonėms, milijonams ţmonių. Jei energijos rinka taps nekontroliuojama, neišvengiamai kils socialinių neramumų rizika. Europos paţeidţiamumas dėl galimų tiekimo apribojimų ir energijos kainų kilimo ypač padidės, kilus tarptautinėms krizėms. Antroji ne maţiau svarbi ne tik Europos Sąjungos, bet ir pasaulinė problema – vis didėjantis aplinkos teršimas deginant organinį kurą ir jo sąlygota globalinė klimato kaita. Dėl to kasmet daţnėja ir stiprėja gamtos stichijų siautėjimas, daugėja nuostolių ir sugriovimų. Prognozuojamas globalinis energijos vartojimo padidėjimas reiškia, kad proporcingai padidės ir CO2, NO2 dujų ir kitų kenksmingų atliekų emisija. Taigi atitinkamai didės ir globalinė klimato kaita. Nuo dėl to kylančių socialinių ir politinių problemų sprendimo priklauso visuomenės tvaraus vystymosi galimybės. Jei dabartinis energijos vartojimo pobūdis ir intensyvumas išliks, tai pirmiausia šio vartojimo sąlygotas ir vis intensyvėjantis aplinkos degradavimo procesas gali įgauti negrįţtamą pobūdį, ir iškils reali grėsmė pačiai civilizacijai. Siekiant sustabdyti globalinį atšilimą ir išvengti su tuo susijusių problemų, būtina apriboti ir maţinti CO2 emisijos lygį. Vadinasi, neišvengiamai teks maţiau deginti iškasamo kuro. Šioms problemoms spręsti ir visuomenės tvariam vystymuisi uţtikrinti nėra kitos alternatyvos kaip maţinti energijos vartojimą didinant jos vartojimo efektyvumą, taip pat vis didesnę dalį iškasamo organinio kuro pakeisti alternatyviaisiais energijos šaltiniais. Tokie alternatyvūs energijos šaltiniai – tai pirmiausia atsinaujinančiosios energijos šaltiniai: saulės, vėjo, biomasės, vandens, geoterminė energija. Jų ištekliai palyginti su pasauliniu energijos vartojimu, yra neišsenkami (Kytra 2006).
Darbo aktualumas Visame pasaulyje elektros energijos poreikis vis didėja, o tradiciniai jos gavimo būdai vis labiau kenkia gamtai, labai svarbūs tampa alternatyvieji energijos šaltiniai. Pasaulinė statistika (Energijos informacijos... 2000) teigia, jog kasmet elektros energijos suvartojimas padidėja apie 1,6
10 %. Lietuva šiuo metu suvartoja apie 1010 kWh, t.y. 0,7 % visos pasaulio elektros energijos. Elektros energijos poreikiui didėjant, reikia vis naujų elektrinių ir naujų jos gavimo būdų. Vandens energijos ištekliai, jau seniai naudojami ir yra pajėgūs konkuruoti energijos rinkoje. Upių energija sudaro apie 1 % energijos šaltinių. Visa bėda, kad hidroenergijos ištekliai riboti. Taigi prognozuojama, kad reali yra tik maţųjų hidroelektrinių – iki 10 MW – statyba.
Naujumas Darbe išaiškinami Šešupės upės energetiniai ištekliai, nustatoma upės hidroenergetinė vertė bei potencinė galia. Šie duomenys gali būti panaudoti projektuojant hidrojėgaines Šešupės upės baseine.
Darbo tikslas ir uţdaviniai Darbo tikslas – išanalizuoti konkrečios upės – Šešupės – energetinius išteklius. Tikslui įgyvendinti buvo iškelti šie uţdaviniai: - apibūdinti Šešupės upės baseino fizines – geografines sąlygas; - išanalizuoti nuotėkio kaitą per nagrinėjamą laikotarpį; - apskaičiuoti potencialų Šešupės upės energetinį potencialą.
11 1. LITERATŪROS APŢVALGA 1.1. Atsinaujinančių hidroenergijos išteklių naudojimas Baltijos šalyse
Atsinaujinančių energijos išteklių naudojimo didinimas yra vienas iš pagrindinių kelių, siekiant sumaţinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijas bei įgyvendinti priimtus Kioto protokolo įsipareigojimus, nes energijos gamyba ir vartojimas yra vienas pagrindinių šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijų šaltinių industrinėse šalyse. Dauguma atsinaujinančios energijos išteklius skatinančių priemonių, įdiegtų Baltijos šalyse, yra sąlygotos integracijos į ES bei aplinkosaugos ir energetikos politikos harmonizavimo su ES. Baltijos šalys jau perkėlė į savo nacionalinę teisę pagrindines energetikos sektoriui svarbias direktyvas. Šių direktyvų įgyvendinimas turės didelę įtaką šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijų kaitai Baltijos šalyse. Baltijos šalys įdiegė fiksuotos elektros, pagamintos naudojant atsinaujinančius energijos išteklius, supirkimo kainas, tačiau įvairių šalių nustatyti tarifai bei taikymo principai labai skiriasi. Latvija taiko fiksuotas supirkimo kainas ir elektrai, pagamintai kombinuoto ciklo jėgainėse. Estija vienintelė iš Baltijos šalių įdiegė savanorišką prekybos ţaliaisiais sertifikatais sistemą. Lietuvoje tyrimai rodo, kad atsinaujinančiųjų energijos šaltinių pagaminama energija 2002 m. sudarė 8,2 % bendrame energijos balanse ( 6292 GWh/metus) (Punys 2006). Iš šio kiekio 95 % teko medienos deginimas gaunamai energijai. 4% - hidroenergijai. Kitų atsinaujinančių energijos šaltinių energijai teko tik 1%. Lietuvoje 2005 metais iš atsinaujinančių energijos išteklių buvo išgaunama maţdaug 3,61 % elektros energijos. Nors atsinaujinančių energijos išteklių panaudojimo tendencija yra didėjanti, deja, jų panaudojimas vis dar labai maţas.
Estija jau 2001 m. įdiegė CO2 mokestį, kuris apima ir prekyboje šiltnamio efektą sukeliančiomis dujomis dalyvaujančius sektorius. Tuo tarpu Latvija įvedė CO2 mokestį nuo 2005 m., tačiau tik sektoriuose, nedalyvaujančiuose prekyboje emisijomis. Visos šios Baltijos šalyse įdiegtos priemonės turi įtakos atsinaujinančių energijos išteklių konkurencingumui, nes nors jos ne visai integruoja išorines energijos gamybos sąnaudas energijos kainoje, vis dėlto padeda sumaţinti energijos rinkų iškraipymus, sąlygotus rinkos trūkumo, susijusio su išoriniais efektais (Štreimikienė, Bubelienė 2005).
1.2. Hidroenergetikos perspektyva Lietuvoje
Lietuva tenkina savo energijos poreikius daugiausia atsiveţtu organiniu kuru (nafta, gamtinės dujos, akmens anglis) ir branduoliniu kuru. Pavyzdţiui, 2000 metais bendros energijos sąnaudos šalyje sudarė 7241 ktne (tūkst. tonų sąlyginio kuro naftos ekvivalento), t.s. vietinė ţalia nafta 316, kietas kuras (mediena, durpės) 631, hidroenergija 29, branduolinė energija 2194,
12 importuotas kuras: nafta ir jos produktai 1918, gamtinės dujos 2065 ir anglys bei koksas 88 ktne. Taigi atsinaujinantys energijos šaltiniai – kietas kuras ir hidroenergija – sudarė apie 9 % bendrame energijos sąnaudų balanse, o importinis organinis kuras – 86 % ir 5 % vietinė ţalia nafta. Tačiau toks energijos gamybos būdas, apart didelių finansinių išlaidų, turi 2 didţiulius trūkumus:
- išmeta į aplinką daug CO2 dujų ir teršia aplinką kenksmingomis medţiagomis; - maţas efektyvumas ir didelis pagalbinis energijos vartojimas. Priešingai hidroenergija duoda nulį emisijų ir pasiţymi ekologiškai švaria energijos gamybos forma. Be to, ji didina energijos tiekimo patikimumą, pagerina energijos gamybos kokybę (greitas paleidimas, greitas prisitaikymas ir reagavimas į apkrovimo grafiko kitimą, energetinės sistemos elektros daţnio palaikymas). Ţinoma, tai tinka didelėms hidroelektrinėms. Be šių privalumų, hidroenergijos kaina beveik nepasiduoda infliacijai, padeda išvystyti infrastruktūrą kaimiškuose rajonuose, kur randasi hidroelektrinės, sudaro galimybę vandens išteklius naudoti kompleksiškai įvairiems ūkio poreikiams tenkinti. Pagaliau hidroenergija yra vietinė nacionalinė energija, kuri didina šalies energetinę nepriklausomybę ir gali padėti išgyventi kritiniu atveju. XXI a. pradţioje kada iškilo labai aštrios globalinio atšilimo, ozono sluoksnio retėjimo problemos, ţvelgiame į hidroenergiją kaip ţenklų (apie 15 % energijos sąnaudų) ateities energijos išteklių, siedami savo viltis su Nemuno didelių hidroelektrinių realizavimu. Panaudoti turimus hidroenergijos išteklius verčia ir nauja Europos Sąjungos Parlamento ir Tarybos Direktyva 2001/77/ES, priimta 2001 m. rugsėjo 27 d. – „didinti elektros gamybą iš atsinaujinančių energijos šaltinių vidaus elektros rinkoje“ (Direktyva 2001/77/ES). Be ankstesnio reikalavimo, kad Sąjungos šalyse būtų pasiekta 2010 m. 12 % bendro kuro ir energijos vartojimo iš atsinaujinančių energijos šaltinių (AEŠ), iškeltas papildomas konkretus reikalavimas – elektros energijos gamyba iš AEŠ 2010 m. turi sudaryti 22 % elektros sąnaudų. Kaip sakoma Direktyvoje, elektros gamybos iš AEŠ didinimas yra ES prioritetas, siekiant įgyvendinti Baltosios knygos, JT Klimato kaitos konvencijos, Kioto protokolo ir kt. aplinkosaugos reikalavimus. Be to, tuo siekiama energijos tiekimo saugumo ir įvairovės, socialinių problemų sprendimo. Pagrindinis Direktyvos tikslas – sukurti ES šalyse bendrus principus ir iškelti uţduotis kiek padidinti elektros gamybą iš AEŠ liberalizuotoje vidaus elektros rinkoje (Lietuvos energijos... 2003).
1.2.1. Vandens potenciniai ir techniniai ištekliai
Šalyje yra tik dvi upės (Nemunas, Neris), tinkamos didelių hidroelektrinių statybai. Visose kitose ~ 470 (iš jų 40 vidutinių ir 430 maţųjų) upėse galima įrengti tik maţas hidroelektrines. Bendra vidutinių ir maţų hidroelektinių galia sudaro 40,8 % visų šalies upių potencinės galios (Burneikis, Jablonskis 1998).
13 Tačiau techniniai arba realūs hidroenergijos ištekliai šalyje įvertinti 2,7 mlrd. kWh/metus. Apie 2,2 mlrd. kWh/metus arba 80 % visų išteklių tenka didţiosioms Lietuvos upėms – Nemunui ir Neriai, o visoms kitoms – vidutinėms ir maţoms upėms (jų ~ 470) – apie 0,5 mlrd. kWh/metus arba 20 % (Burneikis, Jablonskis 1998). Palyginkime visų Lietuvos upių ir tvenkinių (įskaitant patvenktus eţerus) potencinius ir techninius duomenis. Pagal Lietuvos upių kadastrą, šalyje nustatytos 470 upės ilgesnės uţ 20 km arba kurių baseino plotas didesnis negu 50 km2. Šių upių potenciniai hidroenergijos ištekliai yra apskaičiuoti 5129 mln. kWh/metus (1.1 lent.) (Lietuvos energijos... 2003). Kaip rodo lentelėje esantys duomenys (1 lent.) – tik apie pusę potencinių išteklių gali būti panaudoti hidroenergijos gamybai. Tai leidţia daryti prielaidą, kad Lietuvos upės hidroenergetiniu poţiūriu nėra vertingos.
1.1 lentelė. Lietuvos upių potencinių ir techninių hidroenergijos išteklių įvertinimas Hidroenergijos ištekliai, mln.kWh % nuo Hidroenergetinė Upių Galia, % nuo bendros vertė skaičius kW Potenciniai Techniniai techninių galios išteklių Aukšta: Nemunas 1 239751 41 2101 1471* 55,6 Neris 1 106423 18,2 933 653* 24,7 Vidutinė 40 164815 28,2 1445 361** 13,6 Maţa 430 74115 12,6 650 162** 6,1 Iš viso: 472 585104 100 5129 2647 100 * - techniniai hidroenergijos ištekliai imti apie 0,70 potencinių išteklių ** - techniniai ištekliai imti apie 0,25 potencinių išteklių
Lietuvos energetikos instituto paskaičiavimais, įvertinant tai, kad HE instaliuota galia dirbs ne maţiau kaip pusę metų valandų (4380 val., nes upės nuotėkis per metus yra netolygus), ţymesnių upių techninė galia ir energija yra tokie:
• Nemunas – 195,5 tūkst. kW arba 856,3 mln. kWh; • Neris – 86,8 tūkst. kW arba 380,1 mln. kWh; • maţosios upės – 194,9 tūkst. kW arba 853,5 mln. kWh. ------Iš viso: P = 477,2 tūkst. kW, E = 2089,9 mln. kWh
Skaičiuojant hidroenergiją pastebėta, kad maţos hidrogalios upių ruoţai yra maţai efektyvūs ir praktiškai sunkiai panaudojami, todėl be detalesnių tyrimų nutarta, kad upių ruoţai, kurių gamtinė
14 kilometrinė galia maţesnė nei 20 kW, techninės hidroenergijos poţiūriu yra neefektyvūs. Atmetus neefektyvius upių ruoţus, maţųjų upių techninė galia ir energija sumaţėja iki 140,8 tūkst. kW ir 616,8 mln. kWh. Taigi bendrai su Nemuno ir Neries upių potencialu, tai sudaro – 423 MW ir 1853,2 mln. kWh. Toks pagaminamos elektros kiekis sudarytų 10,3 % šalyje šiuo metu sunaudojamos elektros energijos. Dalis vandens išteklių yra sukaupta šalies tvenkiniuose (1.2 lent.). Šalies tvenkiniuose sukaupto vandens galia yra 17,2 tūkst. kW. Jei visą tvenkiniuose (be HE ir šiluminių elektrinių tvenkinių) sukauptą vandenį panaudotume hidroturbinoms sukti, tai per metus būtų pagaminta apie 151 mln. kWh, o tai sudarytų apie 5,7 % visų techninių hidroenergijos išteklių (1.2 lent.) (Burneikis, Jablonskis 1998).
1.2 lentelė. Tvenkiniuose sukaupta vandens galia (kW) Uţtvenkti Tvenkiniai Iš viso % eţerai Galia Tvenkinių skaičius/galia <10 155/612 63/182 218/794 4,6 10-20 45/655 5/65 50/720 4,2 20-50 58/1781 6/269 64/2050 11,9 50-100 28/1839 1/84 29/1923 11,1 100-200 16/2137 - 16/2137 12,4 200-500 14/4543 - 14/4543 26,4 500-1000 4/2395 - 4/2395 13,9 >1000 2/2678 - 2/2678 15,5 Nėra 14/ - 18/ - duomenų Iš viso: 336/16640 - 415/17240 100
Per 100 kW galią turi tik 36 upinės kilmės tvenkiniai, o jų bendra galia yra apie 11,8 tūkst. kW, arba 68 % visų tvenkinių hidrogalios, iki 10 kW galios yra 218 tvenkiniai ir visi jie vertinami apie 800 kW, arba vidutiniškai po 3,6 kW kiekvienas. Tai hidroenergetiniu poţiūriu maţiau veiksmingi tvenkiniai, tačiau nėra bereikšmiai ūkiniu poţiūriu, kai jie naudojami kompleksiškai įvairiems tikslams (Burneikis, Jablonskis 1998). Pagrindiniai parametrai, lemiantys upės ar jos ruoţo tinkamumą hidroenergetikai – vandens kiekis (debitas Q, m3/s ) ir nuolydis (H, m) tam tikroje atkarpoje. Atsiţvelgiant į šiuos parametrus buvo atlikta Lietuvos upių klasifikacija pagal lyginamąją (kilometrinę) galią P/L (galia tenkanti 1 km upės atkarpai). Statistinė ruoţų analizė parodė, kad 18,1 % ruoţų turi daugiau nei 20 kW/km galią (Jablonskis, Tomkevičienė 2004). Upių galios ir energijos palyginimui geriau tinka ne absoliutūs dydţiai, bet santykiniai, kuriuose eliminuojamas upės dydţio matas, tiksliau, kokia galia vidutiniškai tenka 1 km upės
15 atkarpai (P/L – kilometrinė galia), arba kiek jos sutelkta vidutiniškai upės baseino 1 km2 (P/L) (Burneikis, Jablonskis 1998). Upių ruoţai, kurių P/L didesnė nei 20, galima suskirstyti į 3 grupes po 72 ruoţus: 1. 20,0-29,0 kW/km – neţymiai efektyvūs; 2. 29,2-48,6 kW/km – efektyvūs; 3. 48,7-273,3 kW/km – labai efektyvūs. Didesnė P/L sietina su ţemės paviršiaus kalvota orografija bei didesniu ir tolygesniu upių nuotėkiu. Pietryčių Lietuvoje išsiskiria Merkio, Neries, Ţeimenos ir Šventosios baseinų upės, kurių P/L apie 60 kW/km. Antrą, maţiau kompaktišką grupę, sudaro Ţemaičių aukštumos upių Jūros, iš dalies Minijos, Ventos ir Dubysos baseinai. Likusių baseinų upės nepasiţymi aukšta upių lyginamąja galia. Šiai grupei priklauso Vidurio ţemumos upių baseinai: Nevėţio, Mituvos, Mūšos ir dalies Šešupės baseino upių, kurių P/L didesnė kaip 35 – 40 kW/km. (Jablonskis, Tomkevičienė 2004). Pagal P/F lyginamąjį rodiklį didţiausios energetinės vertės yra Ţemaičių aukštumos (Ančia, Babrungas, Virvyčia, Varduva, Kraţantė, Šušvė) ir Baltiškojo kalvyno (Vokė, Vilnia, Širvinta, Musė) upės (Jablonskis 2005). Tarkime, kad, nepaisydami visų aplinkosauginių reikalavimų, įstatymais saugomų teritorijų, galėtume panaudoti visą upėse sukauptą techninį potencialą. Tuomet kasmet galėtume gauti apie 2,8 mlrd. kWh elektros energijos, o tai bendrajame elektros energijos balanse sudarytų apie 10 %, iš kurios tik apie 0,674 mlrd. kWh sudarytų maţose hidroelektrinėse pagaminta energija (apie 3 % bendrame energijos balanse). Štai tokie yra teoriniai paskaičiavimai, tačiau praktiškai galėtume gauti ne daugiau kaip 3 % elektros energijos (be jau veikiančios Kauno HE), nuo bendrai pagaminamo kiekio. Taip yra todėl, kad apie 80 % hidroenergijos išteklių sutelkta Nemuno ir Neries upėse. Kadangi šių upių panaudojimas hidroenergetikos tikslams daugeliu aspektu nėra priimtinas, lieka jau minėti 0,674 mlrd. kWh, kuriuos galėtume gauti iš likusių upių. Tačiau įvertinus saugotinas teritorijas, retų rūšių migracijai svarbias upes ir tinkamų hidroenergetikai upių ruoţų kiekį šis skaičius dar gerokai sumaţėtų.
1.2.2. Lietuvos maţoji hidroenergetika
Vanduo – labiausiai gamtoje paplitęs skystis. Jis yra paprastos cheminės sudėties (H2O), tačiau universalus, labai reikalingas, net būtinas, nes beveik visi procesai vyksta betarpiškai jam dalyvaujant. Veikiamas šilumos jis keičia savo pavidalą. Šilumą jis gali kaupti ir atiduoti aplinkai. Jis ir skystis, ir dujos - garai, ir kieto pavidalo – ledas. Vanduo gali generuoti energiją ir atlikti
16 darbą dėl savo masės sunkio, tėkmės srauto greičio ir inercijos jėgų. Tos vandens savybės plačiai panaudojamos technikoje mechaninei hidroenergijai ir elektros energijai gauti. Vanduo upėje teka dėl savo sunkio ir upės nuolydţio atlikdamas darbą trinčiai tarp tekančio vandens molekulių (klampumui), hidrauliniam pasipriešinimui upės vagoje įveikti, nešant ir ridenant upės dugnu nešmenis, plaunant upės vagą ir kt. Šiam darbui reikalinga energija priklauso nuo tekančio upe vandens kiekio ir upės kritimo. Visą vandens tėkmės mechaninę energiją sudaro potencinė ir kinetinė (tėkmės greičio slėgis) energijos. Lietuvos gamtinėmis sąlygomis esant palyginti maţam vandens tėkmės greičiui upių kinetinė energija yra maţa palyginti su potencine, be to, sunku ją panaudoti (vandens ratai, vandenyje panardinti įvairios konstrukcijos rotoriai ir kt.). O uţtvenkus upę galima sukaupti daug vandens ir sudaryti tam tikrą vandens kritimą upės skerspjūvyje, kitaip tariant, sudaryti technines sąlygas upės potencinei energijai naudoti. Lietuvai svarbi maţoji hidroenergetika, kuri naudoja maţesnės galios vandens telkinius ir upes. Vidutinės ir maţos energetinės vertės iš viso yra 470 upių. Jos yra 238,9 tūkst. kW galios ir turi 2095 mln. kWh hidroenergijos per metus. Mes čia pateikiame hidroenergijos dydţius tūkstančiais vatų (kW – kilovatais), o ne milijonais vatų (MW – megavatais) ar milijardais (GW – gigavatais). Didelės energetinės vertės upe laikome tą, kurios visa teorinė galia daugiau kaip 100 tūkst. kW, vidutinės – tarp 100 ir 1 tūkst. kW bei maţos – maţiau kaip 1 tūkst. kW. Iš 1.1 lentelės matyti, kad pirmųjų upių yra 2, antrųjų – 40, o trečiųjų dauguma – 430, tačiau pastarosios sudaro tik 12,6 % visos teorinės galios ir 6,1 % visų upių realios galios ir energijos. Tik 4 upių (be Nemuno ir Neries) teorinė hidrogalia didesnė kaip 10 tūkst. kW: Šventosios - 18,8, Merkio – 13,2, Jūros – 12,3, Minijos – 11,1 tūkst. kW. Apskritai yra 69 upės, kurių kiekvienos galia yra per 500 kW. Šios upės gali būti perspektyvios maţosios hidroenergetikos plėtrai. Vidutinės ir maţos hidroenergetinės vertės upių reali potencinė galia apie 60 tūkst. kW. Laikant, kad vienos maţos HE galia yra apie 200 kW, šalyje jų būtų galima įrengti apie 300. Tad joms reikia paieškoti tinkamų vietų. Upių skaičius dar nieko nepasako apie upių hidroenergijos potencialo išsidėstymą ir jo vertę šalies teritorijoje. Tai galima suţinoti ne iš absoliučių hidroenergijos dydţių, bet iš hidrogalios dydţio, tenkančio 1 km ilgio upės ruoţui (kW/km). Pagal šį rodiklį didţiausią reikšmę turi Nemuno ir Neries hidrogalia. Tai rodo, kad Nemunas ir Neris hidroenergetiniu atţvilgiu yra pačios efektyviausios šalies upės. Nemuno vidutinė kilometrinė galia yra 575 kW/km. Bendrai vertinant atskirų baseinų upes, tai Merkio, Ţeimenos, Dubysos, Jūros, Minijos, Ventos baseinų upės turi 20 – 30 kW/km vidutinę galią, o Nevėţio, Mituvos, ypač Lielupės, Mūšos ir Dauguvos intakų baseinų upių vidutinė kilometrinė galia nesiekia nė 10 kW/km. To prieţastis aiški - maţas upių vandeningumas ir maţi upių vagų išilginiai nuolydţiai.
17 Tačiau yra upių, kurios turi palyginti reikšmingą šį rodiklį – net per 50 kW/km. Tokiomis upėmis jau gali susidomėti hidroenergetikai. Tai Merkys, Vokė, Ţeimena, Šventoji, Dubysa, Jūra, Akmena, Minija, Venta ir Virvyčia. Nuo jų nedaug atsilieka Baltoji Ančia, Vilnia, Anykšta, Šešupė ir Babrungas, kurių kW/km yra tarp 40 ir 50. Savo maţa (<10 kW/km) vienetinė galia išsiskiria tirtos Šyša, Mera – Kūna, Jara – Šetekšna, Šventoji (Baltijos j.) ir Pyvesa. Paprastai hidrojėgainės įrengiamos efektyviuose upių ruoţuose, ţemupiuose, nes čia dėl padidėjusių vandens debitų kilometrinė galia maţdaug dvigubai didesnė uţ visos upės kilometrinę galią (Jablonskis, Tamkevičienė 2004).
1.2.3. Hidroenergetikos poveikis aplinkai
Hidroenergetikos sąlygoti aplinkos pokyčiai stebimi ištisus dešimtmečius, atlikta daugybė tyrimų, nagrinėjančių, kaip hidroelektrinės pakeitė upes, kokias aplinkosaugines problemas tai sukėlė. Hidroelektrinių poveikis aplinkai yra ilgalaikis, dinamiškas procesas, todėl su hidroenergetika susiję moksliniai tyrimai atliekami nuolatos. Įkurtos tarptautinės nevyriausybines organizacijos, kaip Tarptautinis upių tinklas (International rivers network – IRN), nuolatos tiria ir pateikia naujausius vertinimus, susijusius su pasaulinės hidroenergetikos problemomis, skatina išsaugoti ir atkurti natūralias upes. Tačiau hidroelektrinių poveikis aplinkai priklauso nuo tam tikrų veiksnių. Vertinant kalnuotose vietovėse pastatytų hidroelektrinių poveikį, jis bus akivaizdţiai maţesnis negu lygumose pastatytos hidroelektrinės poveikis. Kai kuriais atvejais ant sraunių ir didelio nuolydţio kalnų upių galima įrengti hidroelektrines, kurios neturi tvenkinių, o turbinoms sukti naudojama natūraliai pratekančio vandens energija. Technologijos, kurios leistų vandens energiją panaudoti neuţtvenkiant upių, jau sukurtos ir bandomos pritaikyti lygumose tekančioms upėms. Tokiu būdu turbinos sukamos lėtos vandens tėkmės, todėl uţtvanka nėra reikalinga. Taigi gaminant elektrą išvengiama gausybės problemų, kurias sukelia aklinas upės uţtvenkimas. Tačiau esminė šios technologijos problema – maţas hidroelektrinės galingumas, o jas įrengti galima tik didesnėse ir gilesnėse upėse. Lietuva yra lygumų kraštas, o lygumų upėms būdingas maţas vagų nuolydis, jos lėtai teka, vingiuotos (Kustienė, Poška 1997). Todėl, norint vandens energiją paversti elektros energija būtina upę patvenkti. Po uţtvankos pastatymo susiformuoja dirbtinis vandens telkinys. Šiuolaikinių uţtvankų statymas ir yra esminė hidroenergetikos problema. Ţinoma, Lietuvoje hidroelektrinės veikė nuo seno, tačiau anksčiau jos buvo neaukštos, statomos iš natūralių medţiagų – akmenų, perpintų šakomis, lentų. Jos neuţkirsdavo upės tėkmės, gyvybė galėjo laisvai migruoti. Tačiau
18 šiuolaikinės uţtvankos yra betoninės, tokios uţtvankos aklinai uţblokuoja upes, gyvūnijos migracija ir nešmenų transportas praktiškai nebevyksta. Dauguma hidroelektrinių turi tvenkinius, pastarųjų dydis priklauso nuo patvankos aukščio ir topografinių sąlygų, todėl kalnuotose vietovėse (didelis upės nuolydis), pastatytos uţtvankos uţlies gerokai maţiau ţemių negu analogiško aukščio uţtvanka, įrengta ant lygumoje tekančios upės. Patvankos aukštis (slėgio aukštis) lemia ne tik tvenkinio plotą, bet ir HE galingumą. Slėgio, arba kritimo aukštis H metrais yra dviejų upės ar upelio vagos ruoţo taškų aukščių skirtumas, kuris beveik per visą upės ar upelio vagos ilgį būna vienodas. Tokio aukščio išnaudoti hidroenergetikai neapsimoka. Todėl tenka dirbtinai sudaryti didesnį vandens kritimą vienoje upės ar upelio vagos ruoţo vietoje (Kustienė, Poška 1997). Ištyrę 120 Lietuvos upių J. Burneikis ir B. Gailiušis (1970), tvenkinius rekomendavo įrengti tokiose upių ir upelių slėnių ir vagų ruoţuose, kuriuose būtų uţliejami maţiausi plotai. Tačiau tvenkinių patvankų aukščiai turėtų būti nustatyti maksimalūs. Paţvelgus į iki 2007 metų Lietuvoje pastatytų hidroelektrinių charakteristikas matyti, kad vidutinis patvankos aukštis siekia 7 metrus. Tačiau įvertinus Lietuvos reljefą matyti, kad 7 metrus siekiančios patvankos sukuria pakankamai didelio ploto tvenkinius. Problema ta, kad Lietuvoje vasaros laikotarpiu upių tėkmė sulėtėja, vanduo nusenka. Tai ypač būdinga maţesnėms upėms, todėl ant tokių upių pastačius hidroelektrines, vasaros laikotarpiu tvenkiniuose pradeda trūkti vandens, kuris nebeįveikia aklinų betoninių uţtvankų. Dėl visiškai silpnų upių tėkmių nebevyksta ţuvų migracija, ţelia ţolė, dumblėja dugnas, sklinda nemalonus kvapas. Hidroelektrinėse pagaminamos elektros kiekis, sausuoju metų laiku, sumaţėja. Tai lemia nukritęs vandens lygis upėse, o ypač sausringais metais, galimas ir visiškas maţesnių upių išdţiūvimas. Įstatymais numatyta, kad ţemiau hidroelektrinės esančioje upės atkarpoje turi būti uţtikrintas minimalus gamtosauginis debitas. Jis turi būti lygus ar viršyti 1/10 dalį vidutinio debito, išskaičiuoto, ne maţiau kaip per 5 metus. Šį gamtosauginį debitą sudaro vos 1/10 vidutinio metinio debito ir iki tokio lygio sumaţėjęs pratekančio vandens kiekis neabejotinai darys neigiamą įtaką upės ekologinei būklei, tačiau kur kas svarbiau yra tai, kad, net ir uţtikrinus reikalaujamą gamtosauginį upės debetą, dėl hidroelektrinės darbo reţimo sukeliami dirbtiniai, didelės amplitudės vandens lygio svyravimai. Šie svyravimai vyksta labai daţnai ir sukelia aibę ekologinių problemų, ţemiau uţtvankos esančioje upės atkarpoje. Maţos upės (Šušvė) vandens nuotėkio tyrimas (Pauliukevičius 1999) parodė, kad Angirių hidroelektrinė turi įtakos Šušvės nuotėkiui ties Josvainiais. Per sausrą pro uţtvanką buvo praleidţiami debitai, didesni uţ gamtosauginius. Tačiau vandens lygio ir debito svyravimas tuo metu, kai vandens buvo pakankamai, labai didelis. Šaltuoju laikotarpiu dviejų iš eilės parų vandens horizontas upėje skyrėsi iki metro, debitas – iki keliolikos
19 kubinių metrų per sekundę. Svarbu ir tai, kad stambioms upėms, kurių metinis debitas didesnis uţ 80 m3/s, leidţiama palikti maţesnį gamtosauginį debitą – ne maţiau kaip 1/20 dalį vidutinio debito. Nors maţų hidroelektrinių poveikio aplinkai tyrimų nėra daug, bet ir esami akivaizdţiai rodo, kad maţų hidroelektrinių keliami aplinkos paţeidimai vienam energijos vienetui yra tokie pat ar net gerokai didesni lyginant su didelėmis HE (Braziulis, Jansson 2001). Didelių hidroelektrinių poveikis aplinkai ištirtas kur kas geriau, kadangi jų keliamos problemos kur kas didesnio masto. Uţtvankos statomos ant didelių upių. Lygumų šalyse, tokių hidroelektrinių tvenkiniai uţlieja dešimtis kvadratinių kilometrų ţemių, miškų, ţemės ūkio naudmenų, sunaikina maţesnius intakus ar jų dalį. Tokio dydţio tvenkinių pakrantėse prasideda šlaitų erozija, pakyla gruntinio vandens lygis. Įstatymai apie ţuvininkystę įpareigoja kai kuriose upėse arba jų ruoţuose įrengti ţuvitakius, tačiau ţuvitakiai problemos išspręsti negali, nes ţuvys jais praktiškai nemigruoja. Įvertinus tai, kad ant tokių upių kaip Ţeimena, Vilnia, Dubysa, Vokė ir jų intakų planuota statyti net po keletą HE, ţuvitakių paprasčiausiai ir nereikėtų, nes šiose lašišų lankomose upėse nebeliktų jų nerštavietėms būtinų seklių ir sraunių atkarpų. Sumaţėjus greitai tekančių ir padaugėjus lėtų, panašių į eţerą upės atkarpų, lašišines ţuvis išstumia tipiški eţerų gyventojai, tokie kaip ešerys Perca fluviatilis, pūgţlys Acerina cernua, kuoja Rutilus rutilus, ir lydeka Esox lucius, kurių ypač gausu kaskadinio tipo uţtvankose (Braziulis, Jansson 2001). Hidroenergetikos poveikis fizinei ir gamtinei upės aplinkai gali būti staigus ir ilgalaikis. Statant hidroelektrines, per itin trumpą laiką uţliejami ir paskandinami dideli ţemių plotai, su ten esančiais miškais, pievomis ir jų ekosistemomis. Hidroenergetikų parengtoje, specialiojo planavimo „Lietuvos hidroenergetinių išteklių naudojimo“ schemoje yra nurodoma, kad didţiųjų HE tvenkiniai turėtų būti įrengti upių slėniuose, kuriose yra menkavertės laukinės pievos ir ganyklos. Tačiau Skandinavijos ir Vakarų Europos šalyse atlikti moksliniai tyrimai rodo, kad ganomų, pusiau natūralių pievų vertė turi didţiulę biologinę vertę. Pusiau natūralios pievos gali būti atviros ar miškingos, bet jos paprastai turi labai turtingą augalų įvairovę (Kiviniemi, Eriksson 2002). Ilgą laiką trukęs pusiau natūralių pievų ganymas ir šienavimas yra turbūt vienas iš svarbiausių faktorių, palaikančių aukštą šiose pievose egzistuojančių rūšių skaičių (Cousins, Eriksson 2001). Pievų, kaip vertingų ekosistemų vertė išauga ir dėl nuolatinio jų ploto maţėjimo. Per praėjusį šimtmetį, pusiau natūralios pievos, naudojamos ganymui, sumaţėjo beveik 90 % (Kiviniemi, Eriksson 2002). Akivaizdu, kad uţliejant upių slėniuose esančias teritorijas, prarandamos ir taip sparčiai nykstančios vertingos pievų ekosistemos, sunaikinamos retų augalų ir gyvūnų buveinės,
20 prarandamos potencialios Europos Sąjungos saugomos („NATURA 2000”) teritorijos, ekologiniai koridoriai. Tačiau daţnai poveikis aplinkai nėra toks akivaizdus. Štai, aplinkos apsaugos agentūros tinklalapyje (www.aaa.lt) paskelbtas straipsnis „Dėl Virvytės upėje, ţemiau Baltininkų įvykusio ţuvų kritimo“. Šiame straipsnyje pateikiama informacija, kad 2005 07 07 Telšių rajone Virvytės upėje ţemiau Baltininkų tvenkinio buvo uţfiksuotas ţuvų kritimas. Buvo jaučiamas nemalonus kvapas, tvenkinio vanduo tamsus, rusvos spalvos, vietomis matyti negausūs iš dugno kylantys burbuliukai, bylojantys apie dugne vykstančius anaerobinius organinės medţiagos skaidymo procesus. Atlikus periodinius ištirpusio deguonies kiekio matavimus, buvo nustatyta, kad deguonies kiekis krito ir buvo uţfiksuotas tik 0,1 – 0,4 mg/l priedugnėje ir 3,4 – 3,6 mg/l vandens paviršiuje (Internetinis portalas... 2005). Mokslininkų nuomone, Baltininkų tvenkinys nebuvo visiškai paruoštas eksploatavimui. Jo dubuo nebuvo tinkamai išvalytas nuo medţių, krūmų bei ţolės, nebuvo iškastas derlingas gruntas, uţliejus daubą vandeniu, tvenkinio dugne ėmė irti likusios organinės medţiagos, kurių irimui buvo sunaudotas beveik visas gilesniame vandens sluoksnyje ištirpęs deguonis (Internetinis portalas... 2005). Manoma, kad dėl deguonies trūkumo, susidarė ir po tvenkinio vandens masę pasklido redukuoti sieros bei azoto junginiai (H2S, NH4, NH3), kurie yra pavojingi ţuvų, dugno faunos bei panirusių makrofitų egzistavimui. Tokio vandens išleidimas iš uţtvankos gali labai pakenkti Virvytės upės ekosistemai ţemiau Baltininkų HE, todėl buvo nutarta neleisti pradėti HE darbo ir apsiriboti tik deguonimi turtingesnio upes tranzitinio debito vandens praleidimu per uţtvankos viršų. Įdomu ir tai, kad šiuo metu ant Virvytės upės jau veikia 4 maţos HE. O pagal jau minėtą 170 hidroelektrinių schemą, ant jos numatyta pastatyti dar tris maţas HE. Tačiau nemaţiau svarbus ir ilgalaikis HE poveikis, kuris trunka visą hidroelektrinės eksploatavimo laiką. Tai kur kas dinamiškesnis etapas, jo metu aplinkai daromas poveikis yra ilgalaikis, vyksta nuolatiniai procesai, kaip krantų persiformavimas, dumblėjimas, teršalų kaupimasis, augalų ir biologinės įvairovės kaita. Vertinant hidroelektrinių poveikį aplinkai būtina paminėti ir galimas HE avarijas. Ţinoma, didelių HE avarijos maţai tikėtinos, tačiau maţųjų HE avarijų vis pasitaiko. 2007 gruodţio mėn. Šiaulių apskrityje Telšių rajone, Luokės seniūnijoje, Jucių kaime pakilęs Virvytės upėje pakilęs vanduo pralauţė hidroelektrinės uţtvankos krantą. Nesiliaujant lietui, Virvytė ties Luoke ištvino, uţtvanka nebepajėgė sulaikyti pasruvusios upės ir vanduo išplovė kranto dalį – suiro maţdaug 20 metrų kranto (Internetinis portalas... 2007). Poveikis aplinkai gali būti daromas ir dėl netinkamo HE suprojektavimo ar gedimų, kai hidroelektrinės remontas ar įrengimas reikalauja iš tvenkinio išleisti vandenį. Tokiu atveju ţemiau HE esančioje upėje sukeliamas dirbtinis potvynis, o pats tvenkinys nusausinamas. Pasibaigus
21 remontui, tvenkinyje vėl sukaupiamas vanduo, dėl to nukenčia ţemiau HE esanti upės atkarpa. Tokia situacija susiklostė remontuojant Balskų uţtvanką ant Jūros upės. Baigus remontą, buvo uţdaryti hidroelektrinės šliuzai, mat elektrinės turbinoms sukti neuţteko vandens. Vanduo kauptas iki reikiamos ribos. Tai uţtruko daugiau kaip pusę paros. Kol šliuzai buvo nuleisti, vanduo iš Balskų tvenkinio netekėjo. Tiesa, dalis vandens sruveno pro uţtvankos plyšius ir specialiai tam palikta anga. Ţemiau uţtvankos, kur anksčiau būdavo apie 1,5 m. vandens gylis, tai dabar tėra vos 0,5 m. Tai stipriai paveikė upės ichtiofauną (Ūkininko... 2007). Akivaizdu, kad hidroelektrinių galia gali gana stipriai skirtis, tačiau tiek didelės, tiek maţos HE reguliuoja vandens lygį, keičia bioįvairovę, sudaro migracijos barjerus, sutrikdo nešmenų judėjimą ir sukuria sąlygas jiems kauptis. Hidroelektrinių poveikis aplinkai trunka visą jos eksploatavimo laiką, o hidroelektrinės panaikinimas ir natūralios upės atkūrimas yra labai brangus ir sunkiai įgyvendinamas uţdavinys.
1.3. Hidroenergetika ir su ja susiję teisės dokumentai
Hidroelektrinių tvenkiniuose sukauptas vanduo naudojamas gaminti elektrai, tačiau jų įrengimas, eksploatavimas daro neigiamą poveikį gamtinei bei socialinei aplinkai, prarandami vertingiausi ţemės plotai, kurių dydis Lietuvos sąlygomis siekia šimtus hektarų. Hidroelektrinės paţeidţia upių ekosistemas, sudaro barjerus migruojančioms ţuvims ir taip įtakoja jų populiacijų gausumą, keičia ţmonių gyvenamąją aplinką. Todėl teisiškai būtina reglamentuoti vandens išteklių panaudojimą hidroenergetikos reikmėms. Hidroenergija priskiriama prie vietinių, atsinaujinančių energijos išteklių (AEI), po įstojimo į Europos Sąjungą, hidroenergijos panaudojimą reglamentuoja ne tik nacionaliniai, bet ir ES teisės aktai. Pagrindiniai hidroenergijos panaudojimą skatinantys teisės aktai yra šie: LR energetikos įstatymas (2002 m.): „Vienas iš energetikos reguliavimo tikslų yra atsinaujinančių energijos išteklių skatinimas; Vyriausybė ar jos įgaliotos institucijos nustato elektros energijos, pagamintos naudojant AEI supirkimo tvarką“. LR elektros energetikos įstatymas (2000 m.): „Uţtikrinti viešuosius interesus atitinkančias paslaugas, susijusias su visuomenės saugumu, aplinkos apsauga ir elektros energijos gamyba naudojant vietinius, atsinaujinančiuosius bei atliekinius energijos išteklius, ir nustatyti objektyviai pagrįstus, aiškius ir skaidrius reikalavimus bei įpareigojimus elektros energetikos sektoriuje; Valstybė skatina vartotojus pirkti elektros energiją, kuriai gaminti naudojami AEI ištekliai...“.
22 Elektros energijos, kuriai gaminti naudojami atsinaujinantys ir atliekiniai energijos ištekliai, pirkimo skatinimo tvarka (LR vyriausybės 2001 m. gruodţio 5d. nutarimas Nr. 1474) „ Skatinamas elektros energijos, gaminamos naudojant AEI maţesnio nei 20 MW instaliuotos suminės visų generatorių elektrinės galios įrenginiais, supirkimas“. Nacionalinė energetikos strategija (2002): 8 p. (12) „... Siekti, kad AEI dalis bendrame pirminės energijos balanse 2010 metais sudarytų iki 12 proc.“; 18 p. „... Atsiţvelgiant į organinio kuro kainų kitimą, gali pasiteisinti Neries kaskados bei Nemuno vidurupio naujų hidroelektrinių statyba...“ ES Baltoji knyga: Ateities energija: atsinaujinantieji energijos ištekliai (1997 m.). Šiame teisės akte numatyta tokia plėtra (lyginant su 1995 m.): vėjo jėgainių galią didinti 16 kartų, fotoelektros – 100 kartų, saulės kolektorių - 15,4 karto, biomasės sunaudojimą energetikos tikslams – 3 kartus, o vandens jėgainių - tik 1,14 karto. Uţsibrėţtas tikslas – iki 2010 metų padvigubinti AEI dalį ES energijos balanse (nuo esamų 6 proc.) iki 12 proc. bendro vidinio Europos Sąjungos energijos suvartojimo. Europos Sąjungos direktyva - 2001/77/EB „Elektros energijos gamybos, naudojant atsinaujinančiuosius energijos išteklius, vidaus elektros rinkoje skatinimas“, (2001 m.). Jungtinių Tautų bendrosios klimato kaitos konvencijos Kioto protokolas (1997 m.). 2002 m. Lietuva ratifikavo šį protokolą, įsipareigodama sumaţinti šiltnamio dujų sklaidą iki 92 proc. lyginant su 1990 m. emisijomis. Hidroelektrinių statybą apribojantys veiksniai. Hidroelektrinėse gaminama ekologiška elektros energija, tačiau įstatymuose teigiama, kad ši ūkinė veikla daro neigiamą poveikį aplinkai, jos ekologiniai būklei. Tai reglamentuoja šie teisės aktai: Lietuvos Respublikos vandens įstatymo 14 straipsnio pakeitimo įstatymas (2004 m.). Buvo uţdrausta statyti uţtvankas Nemuno upėje bei ekologiniu ir kultūriniu poţiūriu vertingose upėse. Lietuvos Respublikos Vyriausybės 2004 m. rugsėjo 8 d. nutarimas Nr. 1144. Dėl ekologiniu ir kultūriniu poţiūriu vertingų upių ar jų ruoţų sąrašo patvirtinimo. Šiuo nutarimu patvirtintas Ekologiniu ir kultūriniu poţiūriu vertingų upių ar jų ruoţų sąrašas. Sąrašą patvirtino LR Vyriausybė 2004 m. rugsėjo 8 d. (Ţin., 2004, Nr.137-4995). Sąrašas sudarytas remiantis Lietuvos raudonąja knyga, Europos laukinės gamtos ir gamtinės aplinkos apsaugos (Berno) konvencija, HELCOM, Baltijos jūros ţvejybos komisijos (IBSFC) ir Lietuvos lašišų atkūrimo ir apsaugos programa, Gamtinių buveinių ir laukinės gyvūnijos bei augalijos apsaugos direktyva (92/43/EEB), 2000 m. spalio 23 d. Europos Parlamento ir Tarybos direktyva 2000/60/EB, nustatančia Bendrijos veiksmų vandens politikos srityje pagrindus (http://www3.lrs.lt/pls/inter3/dokpaieska.showdoc_l?p_id=241086).
23 LAND 16 – 96 Aplinkosaugos reikalavimai maţųjų hidroelektrinių projektavimui, statybai ir eksploatavimui (1997m.). Lietuvos Respublikos aplinkos ministro 1999 m. gruodţio 21 d. įsakymas (1999 m.). Dėl uţtvankų statybos (atstatymo) apribojimo aplinkosauginiu poţiūriu svarbiausiose upėse ar jų ruoţuose. Šiuo įsakymu buvo apribota HE ir uţtvankų statyba 132 svarbiausiose upėse ir jų ruoţuose, tačiau išvardyti 140 tvenkinių ir 49 buvusios maţosios HE, prie kurių pirmiausia rekomenduojama statyti maţąsias HE. Lietuvos Respublikos aplinkos ministro ir Lietuvos Respublikos ţemės ūkio ministro 2003 m. sausio 16 d. įsakymas Nr. 271/3D-13 (2003 m.). Saugotini ţuvų migracijos keliai – tai 147 upės ar jų ruoţai, kurių bendras ilgis 4500 km Upės yra vertingiausios ekosistemos, turinčios esminį poveikį biologiniai įvairovei, kraštovaizdţiui ir ekonomikai. Tačiau jos yra ir labiausiai paţeidţiamos. Ţymesni pokyčiai viename upės baseino taške atsiliepia visam baseinui, o padarytos klaidos būna nebepataisomos. Tai skelbia pagrindiniai gamtos ir gamtinės aplinkos apsaugos ES dokumentai: 1. Europos laukinės gamtos ir gamtinės aplinkos apsaugos konvencija; 2. Migruojančių laukinių gyvūnų rūšių išsaugojimo konvencija; 3. Biologinės įvairovės konvencija; 4. Konvencija dėl tarptautinės reikšmės šlapţemių, ypač vandens paukščių buveinių; 5. Helsinkio komisijos rekomendacija 19/29 („Laukinės lašišos) populiacijų Baltijos jūros regione apsauga ir jų būklės pagerinimas“); 6. Bendrosios vandens politikos direktyva. Pateiktų konvencijų ir direktyvų, veikiančių hidroenergetikos plėtros plotmėje, gausa rodo, kad upės ir jų slėniai ekologiniu poţiūriu yra neįkainojami. Hidroenergetikos plėtra yra problemiška, nes ūkinė veikla neigiamai veikia gamtinę aplinką, ypač jos ekologinę būseną, todėl hidroenergetikos plėtra yra ribojama Lietuvos Respublikos vandens įstatymu ir LR Vyriausybės nutarimais. Galima konstatuoti, kad hidroenergetikos plėtra yra ribojama, bet nedraudţiama, tik reikia laikytis Lietuvos Respublikos įsakymų.
24 2. TYRIMŲ OBJEKTAS
Tyrimui pasirinktas objektas – Šešupės upė (2.1 pav.) – kairysis Nemuno intakas.
2.1 pav. Šešupės baseinas
Nemuno didţiausių intakų sąraše Šešupė (297,6 km) yra ketvirta pagal ilgį ir šešta pagal baseino plotą – 6104,8 km2, iš jų 4898,0 km2 yra Lietuvoje (Jablonskis ir kt. 1975). Tai trijų valstybių upė. Jos versmės ir aukštupio baseinas yra Lenkijoje Sūduvos aukštumoje, vidurupio ir ţemupio kairieji intakai atiteka iš Kaliningrado srities. Didţioji Šešupės baseino dalis (80 %) apima Vidurio ţemumos pietinę dalį (Šešupės ţemumą). Šešupė 51,2 km teka valstybės siena. Lietuvą nuo Kaliningrado srities skiria ir Šešupės intakų ruoţai – 20 km Širvintos ir 23 km Lieponos (Gailiušis ir kt. 2001). Šešupės baseino ploto bei upės ilgio pasiskirstymas Lietuvoje ir kaimyninėse šalyse pateiktas 2.1 lentelėje.
25 2.1 lentelė. Upės baseino ploto ir ilgio pasiskirstymas kaimyninėse šalyse (Jablonskis, Lasinskas 1962) Baseino Ilgis, km Altitudė, Vagos Vidutinis plotas, nuo ţiočių m nuolydis, metinis km2 ‰ debitas, m3/s 297,6 - 284 - Lenkija 287 0,42 273,6 280 Lenkijos - Lietuvos 273,6 120,2 0,42 1,03 siena Ties 273,6 - 4899, t.s. Kalvarija 144,4, t.s. 80 % viso 120,2 - 1,03, o ties Lietuva apie 53 % 0,57 baseino 28,6 Kudirkos viso upės ploto Naumiesčiu ilgio 26,2 Ties Kudirkos 28,6 - Naumiesčiu Rusijos - Lietuvos siena 114,4 - 63,0 0,25 15,8 26,2, o ties Krasnozna- mensku 33,0 Rusija, įtekėjimas į 15,8 - 919 63,0 - 0 0,15 35,5 Nemuną 85,4 km 6,4 Iš viso: 6105 297,6 0,64 35,5
Šešupės baseine yra 269 eţerai, kiekvienas jų aprėpiantis didesnį nei 0,5 ha plotą. Jie sudaro apie 2 % viso baseino ploto. Dauguma eţerų yra upės aukštupyje, aukščiau Marijampolės. 57 eţerai priklauso Lenkijai, 11 – Kaliningrado sričiai, bendras jų paviršiaus plotas – 97,9 ha. Bendras Šešupės baseino eţerų plotas yra 6822,5 ha. Daugiausia yra nedidelių (iki 10,0 ha) eţerų. Didţiausi Šešupės baseine eţerai – Ţuvinto (paviršiaus plotas 1027,1 ha) ir Dusios eţeras (paviršiaus plotas 2334,2 ha). Beveik visas Šešupės upynas išsidėstęs Vidurio ţemumoje. Nors upė palyginti ilga, tačiau nelabai vandeninga. Jos vaga maţai įsigrauţusi į molingą Sūduvos lygumos paviršių, todėl ir gruntinis jos maitinimas menkas. Vandens lygis vasarą ir ţiemą gerokai nukrinta, pavasarį ji labai patvinsta išsiliedama iš krantų; potvynių būna ir vasarą, ir rudenį. Į Šešupę įteka beveik 50 nuo 2 iki 76 km ilgio intakų (2.2 lent.); didesni – Kirsna (44 km), palyginti vandeningas Šešupės dešinysis intakas Dovinė (68 km), Rausvė (48 km), Pilvė (63 km), Višakis (46 km), Širvinta (76 km), Nova (69 km), Siesartis (63 km), Jotija (49 km) (Jablonskis, Gaigalis 1975).
2.2 lentelė. Šešupės intakų skaičiaus pasiskirstymas pagal ilgius Šešupės < 10 10 ÷ 20 20 ÷ 30 30 ÷ 40 40 ÷ 50 50 ÷ 60 60 ÷ 70 Iš viso intakų ilgis km km km km km km km intakų: Intakų skaičius 102 51 10 5 6 2 2 178
26 Šešupės baseino teritorijoje galima rasti didesnių ir maţesnių pelkėtų plotų. Dauguma jų susidarė, uţpelkėjus sekliems vandens baseinams, maţesnės pelkės radosi ir uţpelkėjus pašlapusioms tarpukalvėms. Bendras Šešupės baseino pelkingumas yra 8,4 %. Didţiąją pelkių dalį sudaro ţemapelkės. Aukštapelkinę vystymosi stadiją tėra pasiekęs vienas kitas didesnis masyvas. Nemaţi pelkynai plyti Kazlų Rūdos smėlyne. Čia jie uţima 8 % viso ploto. Ţemapelkėms tenka maţdaug ketvirtadalis viso pelkių ploto, o aukštapelkėms – daugiau kaip pusė. Viena didţiausių šiame rajone pelkių yra Eţerėlis II (daugiau kaip 2 000 ha). Pietrytinių baseino pelkių pakraščiuose dar tyvuliuoja liekaniniai eţerai, senovinių eţerų neuţaugusios dalys – Ţuvintas ir Amalvas. Šešupės baseino vidutinis miškingumas – apie 15 %. Atskirų jos intakų baseinai skiriasi savo miškingumu: Višakis (54 %), Pilvė (32 %), Siesartis (28 %), Jotija (27 %), Sasna (26 %). Kitose baseino dalyse miškų beveik neliko, nes tai derlingiausi Vidurio ţemumos rajonai. Nuogulų danga Šešupės baseine gana įvairi. Pagal Lietuvos dirvoţemių rajonavimą baseino lyguminė dalis priklauso Vidurio sričiai, o kalvotas aukštupys – Pietryčių sričiai. Baseino dirvodaros procesus sąlygoja nedidelis kritulių kiekis, vyraujantis lygumų reljefas ir sunkūs ir vidutinio sunkumo priemoliai, vietomis limnoglacialiniai moliai. Vakarinės baseino dalies didesnę pusę uţima limnoglacialinė lyguma. Pagrindiniai upes formuojantieji gamtiniai faktoriai yra vietovės klimatas, reljefas ir geologinė sąranga. Šešupės baseine iškrinta nedaug kritulių, čia plonesnė nei kituose baseinuose vidutinė daugiametė sniego danga, ţymiai maţesnis metinis drėkinimo (kritulių santykis su garingumu) koeficientas. Pagrindinis drėgmės šaltinis yra krituliai. Pietrytinėje Šešupės baseino dalyje kritulių iškrinta apie 700 mm, vidurupyje – 750 mm, o ţemupyje yra 800 – 850 mm. Poţeminis Šešupės maitinimas ţiočių link maţėja. Jis kiek didesnis eţeringų upių (Kirsnos ir Dovinės) baseinuose, nes eţerai padidina poţeminį nuotėkį 15 – 20 %. Kitų intakų poţeminis nuotakis visai neţymus. Pavasarį upių nuotakis didesnis, nes didţiausią jo dalį sudaro sniego tirpsmo vandenys. Vasaros – rudens periodo nuotakis šiek tiek didesnis uţ ţiemos, išskyrus Milupės, Novos ir Siesarties baseinus, kurių ţiemos nuotakis didesnis uţ vasaros (vasarą čia didţiausias išgaravimas). Šešupei, kaip ir visoms Lietuvos Vidurio ţemumos upėms būdingas maţas reguliuotumas. Po didesnio lietaus vandens lygis greitai kyla. Kadangi Šešupę daugiausia maitina tirpsmo ir lietaus vandenys, o baseino miškingumas ir eţeringumas maţi, pavasario periodo nuotakis čia sudaro 50 % bendro metinio nuotėkio. Po pavasario potvynio seka vasaros – rudens minimumas. Vasaros – rudens sezonas paprastai prasideda geguţės mėnesio antroje pusėje – birţelio mėnesio viduryje ir trunka iki spalio – lapkričio mėnesio. Ţiemos nuotėkio minimumas prasideda tuoj upėms uţšalus ir trunka iki
27 pavasario potvynio. Vidutiniškai Šešupė būna uţšalusi 75 dienas, ilgiausiai 147 dienas. Ledus lauţti pradeda kovo viduryje, vėliausiai balandţio viduryje. Šešupė yra prisitaikiusi prie paviršiaus nuolydţio ir susidariusi simetrišką baseiną. Ji teka paviršiaus nuolydţio kryptimi ir priklauso vadinamai nuoseklių upių kategorijai. Pagrindiniai jos intakai (2 pav.) suteka iš dešiniosios pusės. Iš kairiosios pusės įteka tik vienas, bet didţiausias baseino intakas – Širvinta su tankiu savo intakų tinklu (Gamtos tyrimų... 2003).
2.2 pav. Šešupės upės intakai (Gailiušis, Jablonskis 2001)
28
2.2 pav. Šešupės upės intakai (Gailiušis, Jablonskis 2001)
Šešupės baseinui būdinga labai daug smulkių hidrografinio tinklo narių; tai rodo, kad Uţnemunės ţemumoje hidrografinio tinklo raida yra toliau paţengusi, negu kitoje Vidurio ţemumos dalyje. Šešupės baseino upių tinklas suskirstytas į įvairaus upių ilgio grupes. Visame Šešupės baseine vyrauja smulkūs intakai, iki 3,0 km (62 % viso upių ilgio). Ilgesnių intakų (5 ÷ 20 km) jau ţymiai maţiau (7 – 8 %), o dar ilgesnių upių tinklas visai negausus (2 – 3 % upių ilgio). Kiek išsiskiria 40,1 – 60,0 km ilgio upės, nors jų procentas taip pat nėra didelis (5 % upių ilgio). Šešupės baseino upių tinklo tankumas yra 1,35 km/km2. Tai ţymiai daugiau negu bendras visos Lietuvos teritorijos vidurkis, kuris sudaro 0,98 km/km2. Atskirose baseino dalyse tankumas nevienodas. Tankiausias upių tinklas Novos, Jotijos ir Širvintos baseinuose. Čia vidutiniškai 1,5 – 1,9 km upių vagos tenka 1 km2. Dovinės, Pilvės, Višakio ir Kirsnos baseinuose upių tinklo tankumas lygus 0,85
29 – 1,20 km/km2. Šešupės baseine didelį upių tinklo tankumą galima paaiškinti atliktais ţemės sausinimo darbais. Šešupė – įvairaus vingiuotumo upė, tačiau bendrai ją galima priskirti prie vingiuotų upių. Šešupės baseine daugiausia paplitusios tiesios ir vidutiniškai vingiuotos upės, kurios apima apie 83 % upių, likusios – vingiuotos. Šioms, be Šešupės, priskirtinos Pilvė, abi Širvintos, Sasna, Nova, Siesartis, Liepona ir kitos. Šešupės baseino visų upių plotas yra 17,6 km2. Pusę jo sudaro pati Šešupė. Nors 77 % visų Šešupės baseino upių tinklo priklauso upeliams iki 10 km ilgio, tačiau bendras jų plotas tik 2,09 km2, arba 12 % viso Šešupės baseino upių ploto. Visos upės ir upeliai Šešupės baseine uţima tik 0,29 % viso baseino ploto. Šešupės upės baseino pločio ir ilgio santykis apytikriai lygus kaip 1 : 6. Eţerams tenka didesnis plotas (1,1 %). Atskiruose Šešupės intakų baseinuose upėtumas dar maţesnis ir svyruoja nuo 0,10 (Dovinės baseinas) iki 0,25 % (Novos baseinas). Didesnis visos Šešupės baseino upėtumas paaiškinamas tuo, kad pusę visų upių ploto sudaro pati Šešupė, kadangi ji yra ţymiai ilgesnė ir platesnė uţ savo intakus (Gamtos tyrimų ir ekologinio švietimo stotis, 2003). Hidrologiniai duomenys. Bendra baseino potencinė galia, apskaičiuota ruoţiniu metodu, – 17 920 kW. Ortografiniu metodu apskaičiuota baseino potencinė galia – 22 000 kW. Šešupės baseine didţiausia baseino hidroenergetinių išteklių dalis sukaupta pagrindinėje upėje (11 000 kW) (Jablonskis, Lasinskas 1962). Baseino plotas – 6105 km2, vidutinis debitas ţiotyse – 33 m3/s, vidutinis upės tėkmės greitis ţiotyse – 0,2 m/s, vidutinis gylis ţiotyse – 2,5 m, vidutinis plotis ţiotyse – 32 m, vidutinis metinis hidromodulis – 6 l/s / km2. Šešupė yra įvairaus vingiuotumo upė, tačiau priskiriama prie vingiuotų upių. Nors Šešupė ir nelabai vandeninga, tačiau, turėdama nemaţą nuolydį, ji svarbi kaip pigios vandens energijos šaltinis. Prie Šešupės bei jos intakų veikiančios hidroelektrinės pateiktos 2.3 lentelėje.
2.3 lentelė. Hidroelektrinės, esančios ant Šešupės ir jos intakų Atstumas Hidroelektrinės Įrengimo Galia, Nr. Upė iki ţiočių, pavadinimas metai kW km 1 Kalvarijos HE Šešupė 244,9 1935 120 2 Liudvinavo HE Šešupė 218,7 1958 – 3 Marijampolės HE Šešupė 202,2 1935 120 4 Puskelnių HE Šešupė 189,9 1938 120 5 Antanavo HE Šešupė 177 1957 400 6 Pilviškio HE Šešupė 156 1932 95 7 Kudirkos Naumiesčio HE Šešupė 115,8 1939 – 8 Lazdijų HE Kirsna 39,8 1951 25 9 Simno HE Dovinė 46,2 1952 178 10 Vilkaviškio HE Šeimena 0,2 1946 46 30 Šešupės baseine nemaţai dirbtinių vandens tvenkinių, naudojamų energetikai, ţuvų ūkiui ir kitiems reikalams. Pramonė. Šešupės baseinui nebūdinga intensyvi pramoninė veikla. Didţioji dalis iš dešimties TIPK leidimus turinčių pramonės įmonių yra Marijampolėje. Manoma, kad ir toliau pramonė koncentruosis Marijampolės mieste. Remiantis VŠĮ „Baltijos aplinkos forumas“ parengtu ir įgyvendintu projektu „Pavojingų medţiagų apţvalga Lietuvos vandens aplinkoje“ (Screening of dangerous substances in the aquatic environment of Lithuania), nustatyta, kad kai kurie komponentai Šešupės vandenyje ir nuosėdose viršijo DLK ir gali turėti neigiamą poveikį vandens ekosistemoms. Pagal pavojingų medţiagų monitoringo duomenis nustatytos upės, patenkančios į rizikos grupę dėl padidintų pavojingų medţiagų koncentracijų. Potencialios pavojingų medţiagų įtakos įvertinimas atliktas Techninėje ataskaitoje Nr. 6.2. Pavojingų medţiagų poveikio analizė. Šį projektą įgyvendino DHI Water & Environment bendradarbiaudama su Ekologijos institutu, NEPCON ir HNIT – Baltic. Žemės ūkis ir dirvų sausinimas. Ţemės ūkis Šešupės baseino teritorijoje yra geriau išvystytas negu, pavyzdţiui, Jūros pabaseinyje. Iš viso čia yra 27 fermos, auginančios virš 300 s.g.v, penki ūkiai, turintys 200 – 299 s.g.v. ir 520 fermos, laikančios 200-10 s.g.v. Tik 75 fermos turi įrengtas mėšlides. Planuojama, kad iki 2015 metų visi ūkiai įsirengs mėšlides, kaip numatyta Nitratų direktyvoje. Tačiau manoma, kad dėl derlingų ţemių ţemės ūkio veikla Šešupės baseine ir toliau augs bei išliks reikšmingą poveikį vandens telkiniams darančia veikla. Energetikos sektorius daro didelį poveikį Šešupės baseinui. Čia įrengta 10 hidroelektrinių, iš kurių septynios yra ant Šešupės, o trys ant upės intakų. Manoma, kad dėl hidroelektrinių veiklos šios upės nepasieks geros būklės. Neplanuojama ateityje rengti naujų hidroelektrinių Šešupės baseine, nes antropogeninė tarša daro neigiamą poveikį upės vandens kokybei. Paviršinio vandens monitorinio duomenys byloja apie tai, kad kai kuriose monitoringo stotyse vandens kokybės rodikliai viršija geros būklės kriterijus. Dėl ūkinės apkrovos kai kurioms Šešupės baseine esančioms upėms iškyla rizika nepasiekti nustatytų aplinkosaugos tikslų (Aplinkos apsaugos agentūra 2007).
31 3. DARBO METODIKA 3.1. Hidrologiniai skaičiavimai ir jų analizės metodai
Pagrindinės charakteristikos, apibūdinančios upės hidrologinį reţimą ir naudojamos projektuojant įvairius vandens ūkio objektus (uţtvankas, tiltus, pralaidas, greitvietes, slenksčius ir kt.), yra vidutiniai, maksimalūs bei minimalūs vandens lygiai ir debitai, metų nuotėkio pasiskirstymas. Upių hidrologinės charakteristikos kinta tiek laiko, tiek teritorijos atţvilgiu. Analizuojant upių hidrologines charakteristikas laikoma, kad buvęs upės reţimas ateityje labai nesikeis, todėl praėjusio laikotarpio hidrologines charakteristikas taikoma būsimam statinių eksploatavimo laikotarpiui. Upės vandeningumas atskirais metais arba atitinkamais atskirų metų sezonais yra labai skirtingas. Laikomasi sąlygos, kad tokį nereguliarų upės vandeningumo svyravimą galima vertinti remiantis didelių skaičių dėsniais. Pagal šią nuostatą galima nustatyti ryšį tarp upės debito (arba kitų hidrologinių charakteristikų) dydţio ir jo pasiskirstymo tikimybės. Šis metodas yra labai svarbus, nes leidţia susieti statinio ekonomiškumą ir skaičiuojamojo debito dydį (debito tikimybė) (Lukianas 2001). Skiriami trys atvejai, kuriems taikomos skirtingos skaičiavimo metodikos: Hidrologinių charakteristikų skaičiavimas, turint ilgalaikių hidrologinių stebėjimų duomenis. Hidrologinių charakteristikų skaičiavimas, turint trumpalaikių hidrologinių stebėjimų duomenis. Hidrologinių charakteristikų skaičiavimas, neturint hidrologinių stebėjimų duomenų. Hidrologiniai skaičiavimai buvo atliekami remiantis Šešupės upės matavimų ir stebėjimų duomenimis, paskelbtais oficialiuose Lietuvos hidrometeorologijos tarnybos leidiniuose (Hidrologijos metraštis, 1972 – 2000). Upės metų vandeningumas vertinamas, turint ilgalaikių stebėjimų duomenis, pagal pagrindines hidrologines charakteristikas: metų vidutinį debitą, vandens tūrį, nuotėkio aukštį ir modulį. Taip pat apskaičiuoti nagrinėjamo laikotarpio nuotėkio statistiniai parametrai, nuotėkio pasiskirstymas per metus.
3.2. Upės energijos skaičiavimo metodika
Vanduo dėl sunkio teka upėje ir atlieka darbą, kuris priklauso nuo vandens kiekio (debito Q, m3/s) ir vandens kritimo (H, m) tiriamoje atkarpoje. Taigi Šešupės upės atkarpos potencinė galia arba sekundinis darbas, išreikšti kilovatais, bus:
32 P = 9,81QH . (3.1)
Debitas (Q) ir vandens tėkmės lygio kitimas (H) upės vagos skerspjūviuose yra ne statiški, o dinamiški, t.y. kinta nuo versmių iki ţiočių, todėl reikia šias charakteristikas ţinoti (bent tose vietose, kur jos labiausiai kinta). Hidroenergija, išreikšta kilovatvalandėmis, bus:
E = Ph. (3.2)
čia h – laikas, val.
Vanduo lyginamosios plokštumos (juros paviršius, upės ţiotys, ruoţo pabaiga) atţvilgiu turi sukaupęs potencinės energijos, o upės vaga tekantis vanduo neša kinetinę energiją. Jų abiejų suma skerspjūvyje yra pastovi ir eikvojama hidraulinio pasipriešinimo (trinties) jėgoms nugalėti. Hidroenergetikoje priimta galios (P) ir energijos (E) vienetais laikyti kilovatą ir kilovatvalandę (kW ir kWh). Taigi hidroenergija apskaičiuojama dvejopai: kaip teorinė energijos apraiška gamtinėje vagoje, ir kaip konkretus techninės energijos šaltinis. Dėl vandens, jo kritimo ir įrengimų naudingumo nuostolių techninė potencinė galia yra 0,815 karto maţesnė uţ teorinę. Savo darbe P ir E apskaičiuoti, naudojausi J. Jablonskio ir J. Burneikio darbuose aprašytą metodika (Burneikis, Jablonskis 1998). Kaip minėta klasifikacija pagal lyginamąją (kilometrinę) galią P/L (galia, tenkanti 1 km upės atkarpai ) yra tokia: 1. 0 – 20,0 kW/km – neefektyvūs; 2. 20 – 29,0 kW/km – neţymiai efektyvūs; 3. 29,2 – 48,6 kW/km – efektyvūs; 4. 48,7 – 273,3 kW/km – labai efektyvūs (Jablonskis, Tomkevičienė 2004). Šia klasifikacija naudojausi vertindama Šešupės upės baseino energetinius išteklius.
33 4. ŠEŠUPĖS UPĖS TYRIMO REZULTATAI 4.1. Klimatologinių duomenų analizė
Šešupė priskiriama Vidurio Lietuvos hidrologinei sričiai – didţiausiai tokio pobūdţio sričiai Lietuvoje (apima apie 25 tūkst. km2). Šios srities reljefas lygus, todėl upių nuolydţiai menki (vidutinių upių 0,04 – 0,1 %), jų vagos negiliai įsirėţusios, o baseinus dengia daugiausia sunkios mechaninės sudėties gruntai. Vidurio Lietuvos hidrologinė sritis yra kritulių “šešėlio” zonoje, todėl per metus jai tenka vidutiniškai iki 650 mm kritulių (Šešupės baseine – nuo 450 iki 790 mm per metus). Kadangi suminis garavimas palyginti didelis (nuo 500 mm srities šiaurėje iki 600 mm Šešupės baseine), vidutiniai metiniai nuotėkio koeficientai daţniausiai esti maţesni kaip 0,30, o metiniai nuotėkio moduliai siekia 5 – 6 l/(s·km2). Metų nuotėkio daugiametė kaita yra didţiausia Lietuvoje, kai kuriose srities upėse ji siekia 35 % ir daugiau. Paviršinio nuotėkio hidromodulis Šešupės baseine drėgnuoju ir sausmečio laikotarpiu smarkiai skiriasi. Sausmečio laikotarpio nuotėkio hidromodulis Šešupės baseine – 3 – 5 l/(s·km2), tuo tarpu drėgnojo metų laikotarpio vidutinis nuotėkio hidromodulis Šešupės baseine – 10 – 11 l/(s·km2).
4.1 pav. Šešupės upės 1994 – 1995 m. debitų sezoninis pasiskirstymas
Detaliai analizei paimta trijų Šešupės baseinui priklausančių miestų (Marijampolės, Kybartų ir Kudirko Naumiesčio) klimatologiniai duomenys (kritulių kiekis per metus dekadomis, paros kritulių kiekis per metus, maksimalus kritulių kiekis per parą (1994 – 1999 metais)). Tyrimui imti Lietuvos hidrometeorologijos tarnybos (prie Aplinkos ministerijos) oficialūs duomenys (Lietuvos hidrometeorologijos... 1994). Juos išanalizavus, pateikti būdingiausi bruoţai (4.1 lent.).
34 4.1 lentelė. Procentinis metinio kritulių kiekio pasiskirstymas Šešupės baseino meteorologijos stotyse Meteorologijos Kovas – geguţė Birţelis – lapkritis Gruodis – vasaris stotis Marijampolė 44,1 % 32 % 23,9 % Kybartai 53,1 % 25,5 % 22,1 % Kudirkos 60,6 % 18,9 % 20,5 % Naumiestis
Kadangi tyrinėti duomenys meteorologijos stotyse yra netoli miestų, kurie yra išsidėstę po visą Šešupės baseiną, galime daryti prielaidą, kad atitinkami rodikliai yra ir kituose šiam baseinui priklausančiuose miestuose (Vilkaviškyje, Kalvarijoje, Šakiuose ir Kazlų Rūdoje) bei jų rajonuose. Remdamiesi šiomis išvadomis, galime teigti, kad jos gali tikti ir visam Šešupės baseinui. Iš duomenų analizės paaiškėjo, kad vandeningiausi Šešupės baseine buvo 1994, 1995 ir 1998 metai, o sausiausi – 1997 metai. Todėl smulkiai Šešupės baseino analizei imti vidutiniai duomenys, t.y. 1994 metų duomenys.
4.2. Hidrologinių duomenų analizė
Šešupės hidrologinių stebėjimų punktai yra ties Kalvarija, Marijampole ir ties Kudirkos Naumiesčiu. Čia kasdien atliekami vandens debito ir vandens lygio matavimai. Vidutinio ir maksimalaus upės gylio, upės pločio, vidutinio ir maksimalaus tėkmės greičio bei vandens skerspjūvio ploto matavimai pateikiami kelis kartus per mėnesį (Lietuvos hidrometeorologijos... 1994 – 1999). Remiantis šiais duomenimis, ties Kudirkos Naumiesčiu, Marijampole ir Kalvarija gauti minėtų hidrologinių rodiklių kitimai bei profiliai palei Šešupės upę. Hidrologinių duomenų analizė parodė, kad tiriamosios upės atkarpos pradţioje (ties Kalvarija): 3 vidutinis upės debitas (Qvid) kinta nuo 1,2 iki 15 m /s;
vidutinis upės gylis (Hvid) kinta nuo 0,9 iki 1,7 m;
vidutinis upės vagos plotis (Bvid) kinta nuo 7 iki 23 m; 2 vidutinis skerspjūvio plotas (Avid) kinta nuo 5 iki 23 m ;
vidutinis upės tėkmės greitis (vvid) kinta nuo 0,1 iki 0,55 m/s.
35
4.2 pav. Vidutinis metinis Šešupės debitas, remiantis ilgalaikiais (30 metų) stebėjimais
Nagrinėjamosios atkarpos viduryje (ties Marijampole) hidrologiniai Šešupės duomenys kinta taip: 3 vidutinis upės debitas (Qvid) kinta nuo 2,5 iki 50 m /s;
vidutinis upės gylis (Hvid) kinta nuo 0,57 iki 2,0 m;
vidutinis upės vagos plotis (Bvid) kinta nuo 30 iki 32 m; 2 vidutinis skerspjūvio plotas (Avid) kinta nuo 9 iki 34 m ;
vidutinis upės tėkmės greitis (vvid) kinta nuo 0,11 iki 0,55 m/s. Hidrologiniai matavimai atliekami kelis kartus per mėnesį, tačiau turime tik 70 – 75 % duomenų (kai kuriais metais yra tik 3 – 4 mėnesių duomenys). Todėl tolesniame darbe kai kuriais atvejais galima bus remtis atskirų metų, mėnesių hidrologinių parametrų reikšmėmis. Hidrologinių matavimų analizė leido tinkamai parinkti kritinius laikotarpius (lietingąjį ir sausąjį – kovo ir rugpjūčio mėnesius).
4.3. Hidrologinių charakteristikų skaičiavimas, remiantis ilgalaikių stebėjimų duomenimis
Turint ilgalaikių hidrologinių stebėjimų duomenis (Hidrologijos metraštis, 1972 – 2000), jų projektavimo charakteristikas galima nustatyti tiksliausiai. Duomenų tikslumas priklauso nuo jų patikimumo ir duomenų eilės ilgumo. Hidrometrinių duomenų eilės narių skaičius laikomas pakankamu, kai stebėjimų laikotarpis yra reprezentatyvus, o nagrinėjamos hidrologinės charakteristikos santykinė kvadratinė paklaida neviršija 10 % (STR 2.05.19:2005). Hidrologinių charakteristikų tikslumas apibudinamas matematinės statistikos metodais. Šešupės upės ties Marijampole nagrinėjamo laikotarpio vidutiniai debitai pateikti 4.2 lentelėje ir 4.3 pav. 36
4.2 lentelė. Šešupės upės ties Marijampole 1972-1999 metų mėnesių vidutiniai debitai (m3/s) Baseino Mėnesiai Metai plotas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1972 1730 2,52 3,00 4,16 6,86 2,85 2,43 3,99 7,00 9,69 9,06 13,4 11,4 1973 1730 4,62 13,7 10,3 8,96 4,25 2,82 4,69 4,28 2,95 3,39 4,76 4,85 1974 1730 6,00 18,4 9,91 5,54 4,86 5,70 11,10 5,44 3,30 21,00 38,50 30,00 1975 1730 37,9 15,2 10,4 12,8 6,54 2,86 2,26 3,26 2,15 2,19 2,66 3,73 1976 1730 7,06 5,26 12,9 17,3 6,78 3,54 2,02 1,83 1,86 1,91 2,48 3,65 1977 1730 3,05 5,78 14,2 13,5 6,99 2,92 4,20 5,13 2,62 2,43 2,55 3,33 1978 1730 6,24 4,60 22,40 14,4 7,00 2,51 3,57 1,65 4,66 11,30 8,50 9,40 1979 1730 5,57 7,91 34,00 50,00 11,80 1,92 2,66 4,05 4,92 4,73 4,52 7,94 1980 1730 5,17 6,12 7,49 35,70 10,50 3,30 8,86 5,63 5,48 18,4 18,40 26,90 1981 1730 17,70 24,60 20,20 10,70 6,10 6,03 6,06 6,15 5,86 4,89 12,00 12,60 1982 1730 16,50 9,22 38,10 16,10 10,40 4,00 4,71 2,86 2,77 3,00 3,43 4,51 1983 1730 10,10 12,90 21,60 14,30 8,29 5,34 2,69 1,72 2,24 2,69 2,99 4,33 1984 1730 6,77 5,80 6,58 8,35 4,34 3,81 2,23 2,62 2,53 3,80 4,18 4,79 1985 1730 3,42 2,40 13,30 20,90 9,37 8,43 4,96 7,69 7,88 7,55 6,62 13,2 1986 1730 10,80 9,30 17,50 28,10 9,13 8,08 3,65 3,77 6,30 5,50 10,10 7,24 1987 1730 3,99 7,42 13,50 26,8 9,79 9,54 7,73 5,47 4,70 4,50 4,52 11,60 1988 1730 23,90 11,80 14,50 27,50 8,03 4,00 3,22 2,41 3,17 2,52 3,16 8,72 1989 1730 14,20 9,71 9,56 11,20 6,25 8,56 3,37 2,34 2,32 3,75 8,67 16,30 1990 1730 18,10 13,60 17,20 6,32 3,96 3,50 3,32 4,00 8,39 13,00 17,50 15,80 1991 1730 18,30 9,24 18,60 10,70 6,85 3,89 2,69 1,84 1,62 1,99 2,34 3,38 1992 1730 5,46 7,86 10,50 11,80 10,70 2,26 1,68 1,20 2,25 2,43 7,57 18,70 1993 1730 18,60 16,80 21,20 17,10 5,08 2,97 9,74 8,19 12,70 8,71 6,66 12,8 1994 1730 27,50 16,60 45,40 47,30 14,90 6,42 3,00 1,91 2,49 3,23 4,96 8,65 1995 1730 9,54 24,40 23,10 20,80 11,20 5,96 4,24 2,58 4,50 4,73 6,16 5,22 1996 1730 5,18 5,00 5,72 49,70 16,00 4,94 3,52 2,14 2,68 2,73 3,80 4,01 1997 1730 3,29 8,51 7,56 8,27 7,02 4,32 3,27 3,00 2,18 2,49 4,59 7,48 1998 1730 12,70 15,00 18,30 19,10 7,47 3,73 4,70 4,50 3,90 4,13 7,41 8,47 1999 1730 14,80 12,30 31,60 16,00 7,92 5,02 6,40 3,12 1,73 1,84 2,35 4,73
16,0
14,0
12,0
10,0
8,0
Debitai 6,0
4,0
2,0
0,0
1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999
4.3 pav. Šešupės upės ties Marijampole 1972 – 1999 vidutiniai metiniai debitai (m3/s)
37 4.4. Upės potvynių ir poplūdţių charakteristikų skaičiavimas
Pagal didţiausio vandeningumo (per nagrinėjamą laikotarpį didţiausias vidutinis debitas buvo 15,20 m3/s) 1994 metų Šešupės upės Marijampolės hidrometrijos stoties stebėjimo duomenis buvo sudaryta hidrograma (4.4 pav.), kad nustatyti.
90 80 70 60 50 40
Debitai m3/s Debitai 30 20 10 0 1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361 Dienos
4.4 pav. Šešupės upės ties Marijampole vienerių metų (1994 m.) vandens debitų hidrograma
Remiantis 4.4 paveikslu, nustatomi pavasario potvynio ir ţiemos poplūdţio maksimalių debitų dydţiai, potvynio ir poplūdţio pradţios ir pabaigos datos, jų trukmė, minimalių debitų dydţiai, kurie pateikiami 4.3 lentelėje.
4.3 lentelė. Potvynį ir poplūdį charakterizuojantys dydţiai
3 3 Nuotėkio reţimo fazė Qmaks,m /s Pradţia Pabaiga Trukmė, d Qmin,m /s Pavasario potvynis 85,0 03 10 04 22 43 47,7 Ţiemos poplūdis 44,8 01 01 02 04 35 21,4
4.5. Daugiamečio laikotarpio pagrindinių hidrologinių charakteristikų skaičiavimas
Remiantis ilgalaikių (1972 – 1999 m.) stebėjimų duomenimis, apskaičiavau Šešupės upės ties Marijampole pagrindines hidrologines charakteristikas (4.4 lent.):
38 4.4 lentelė. Daugiamečio laikotarpio pagrindinės hidrologinės charakteristikos Metų vid. debitas Nuotėkio modulis q, Vandens tūris Nuotėkio Metai 3 2 3 Qvid,m /s l/s·km V, km aukštis R, mm 1972 6,36 3,68 0,20 116,1 1973 5,80 3,35 0,18 105,8 1974 13,31 7,70 0,42 242,9 1975 8,50 4,91 0,27 155,0 1976 5,55 3,21 0,18 101,2 1977 5,56 3,21 0,18 101,4 1978 8,02 4,64 0,25 146,3 1979 11,67 6,74 0,37 212,9 1980 12,66 7,32 0,40 231,0 1981 11,07 6,40 0,35 202,0 1982 9,63 5,57 0,30 175,7 1983 7,43 4,30 0,23 135,6 1984 4,65 2,69 0,15 84,8 1985 8,81 5,09 0,28 160,7 1986 9,96 5,75 0,31 181,6 1987 9,13 5,28 0,29 166,6 1988 9,41 5,44 0,30 171,7 1989 8,02 4,64 0,25 146,3 1990 10,39 6,01 0,33 189,6 1991 6,79 3,92 0,21 123,8 1992 6,87 3,97 0,22 125,3 1993 11,71 6,77 0,37 213,7 1994 15,20 8,78 0,48 277,2 1995 10,20 5,90 0,32 186,1 1996 8,79 5,08 0,28 160,3 1997 5,17 2,99 0,16 94,2 1998 9,12 5,27 0,29 166,3 1999 8,98 5,19 0,28 163,9
Qvid 8,88 5,14 0,28 162,2
Metų vidutinis debitas – daugiamečio laikotarpio debitų vidutinė aritmetinė reikšmė: Q Q ; (4.1) 0 N čia ∑Q – visų metų vidutinių debitų suma, m3/s; N – stebėjimų metų skaičius. 248,64 Q 8,88 m3/s. 0 28 Nuotėkio modulis – vandens kiekis, nutekantis per laiko vienetą nuo baseino ploto vieneto: Q 10 3 q 0 ; (4.2) A
39 8,88 10 3 q 5,14 l/s·km2. 1730 Vandens tūris – vandens kiekis, pratekantis per tam tikrą skerspjūvį per tam tikrą laiką:
V Q0 T ; (4.3) čia T – vidutinis stebėjimo metų dienų laikas, s. Per visus 28 stebėjimų metų buvo 7 keliamieji metai (po 366 dienas) ir 21 metai po 365 dienas. Vidutinis vienerių metų dienų skaičius lygus 365,3. 8,88 365,3 24 3600 V 0,28 km3. 10 9 Nuotėkio aukštis – vientisas vandens sluoksnis, kuris susidarytų visą nuotėkio tūrį tolygiai paskleidus baseino plote: T R q ; (4.4) 10 6 365,3 24 3600 R 5,14 162 , 2 mm. 10 6 Vidutiniai mėnesiniai vandens debitai pateikti 4.5 lentelėje:
4.5 lentelė. Vidutiniai mėnesiniai vandens debitai (m3/s) Mėnesiai 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Vid.debitai 11,24 11,20 17,14 19,15 8,01 4,60 4,45 3,78 4,21 5,64 7,67 9,78
4.6 lentelė. Apskaičiuotos hidrologinės charakteristikos palyginamos su normomis (Gailiušis ir kt. 2001) A, km2 Q, m3/s q, l/(s/km2) R, mm Nuotėkio norma 1730 8,91 5,20 163 Apskaičiuotos 1730 8,88 5,14 162 reikšmės
Palyginus apskaičiuotas charakteristikų reikšmes su normomis, matyti, kad apskaičiuotos reikšmės yra šiek tiek maţesnės uţ normatyvines. Apskaičiuotos reikšmės gali būti maţesnės uţ normatyvines dėl skirtingo stebėjimo laikotarpio: skaičiavimams buvo naudoti 28 metų duomenys, o normos apskaičiuotos pagal 51 metų stebėjimo duomenis. Dar viena sąlyga galėjusi įtakoti maţesnes charakteristikų reikšmes, lyginat su normomis, yra tai, kad skaičiavimams naudotas laikotarpis, galėjo būti maţiau vandeningas, nei laikotarpis, naudotas normų skaičiavimui.
40 Metų nuotėkis yra viena iš pagrindinių charakteristikų, rodanti tiriamos upės baseino bendrą vandeningumą ir potencialius vandens išteklius. Pagal jį yra nustatomos kitos hidrologinio reţimo charakteristikos, jų kaita bei įvairių tikimybių nuotėkis. Upių nuotėkis yra viena svarbiausių vandens apytakos gamtoje grandţių ir jo dydis priklauso nuo daugelio gamtinių veiksnių. Visą kompleksą fizinių – geografinių veiksnių, nulemiančių upių nuotėkio pobūdį ir dydį, t. y. hidrologinį 450 reţimą, galima suskirstyti į dvi pagrindines grupes: klimato ir paklotinio paviršiaus. Prie pastarųjų tenka priskirti ir antropogeninę veiklą, nes intensyvi veikla upės baseine gali iš esmės pakeisti natūraliai susiformavusį nuotėkio reţimą (Gailiušis ir kt. 2001; Poška ir kt. 1996). Lietuvos upių nuotėkio eilučių analizė atlikta statistiniais metodais. Pagal analizuotą laikotarpį (1972 – 1999) apskaičiuotos Šešupės upės ties Marijampole vidutinių mėnesinių debitų sumos: vandens ūkio metų, nelimituojančio periodo, limituojančio sezono, nelimituojančio sezono (rudens – ţiemos), sausmečio ir metų. Skaičiavimo rezultatai pateikti 4.7 lentelėje. Sudaromi Šešupės upės ties Marijampole vidutinių mėnesinių debitų sumų vandens ūkio metų, limituojančio periodo (sausmečio), limituojančio sezono (vasaros) ir sausiausio vasaros mėnesio statistinės eilės. Apskaičiuojamos kiekvieno eilės nario tikimybės pagal formulę:
m 0,3 0 p 0 100 0 ; (4.5) 0 n 0,4 čia m – statistinės hidrologinių duomenų eilės nario eilės numeris; n – narių skaičius eilėje.
Skaičiavimo duomenys pateikiami 4.8 lentelėje.
41 4.7 lentelė. Šešupės upės ties Marijampole VMS vidutiniai mėnesiniai debitai ir periodų bei sezonų debitų sumos Nelimituojantis Vasaros Limituojantis periodas (vasara ir ruduo-ţiema) Saus- periodas Metai sezono metis (03- mėnuo su Eil. Vandens (05- Pavasaris Limituojantis sezonas - vasara Nelimituojantis sezonas – ruduo-ţiema 02) maţiausiu Nr. ūkio metai 02) debitu 03 04 ∑Q 05 06 07 08 ∑Q 09 10 11 12 01 02 ∑Q ∑Q ∑Q Mėn. Q 1. 1972-1973 4,2 6,9 11,0 2,9 2,4 4,0 7,0 16,3 9,7 9,1 13,4 11,4 2,5 3,0 49,1 65,3 76,4 6,0 2,4 2. 1973-1974 10,3 9,0 19,3 4,3 2,8 4,7 4,3 16,0 3,0 3,4 4,8 4,9 4,6 13,7 34,3 50,3 69,6 6,0 2,8 3. 1974-1975 9,9 5,5 15,5 4,9 5,7 11,1 5,4 27,1 3,3 21,0 38,5 30,0 6,0 18,4 117,2 144,3 159,8 5,0 4,9 4. 1975-1976 10,4 12,8 23,2 6,5 2,9 2,3 3,3 14,9 2,2 2,2 2,7 3,7 37,9 15,2 63,8 78,8 102,0 7,0 2,3 5. 1976-1977 12,9 17,3 30,2 6,8 3,5 2,0 1,8 14,2 1,9 1,9 2,5 3,7 7,1 5,3 22,2 36,4 66,6 8,0 1,8 6. 1977-1978 14,2 13,5 27,7 7,0 2,9 4,2 5,1 19,2 2,6 2,4 2,6 3,3 3,1 5,8 19,8 39,0 66,7 6,0 2,9 7. 1978-1979 22,4 14,4 36,8 7,0 2,5 3,6 1,7 14,7 4,7 11,3 8,5 9,4 6,2 4,6 44,7 59,4 96,2 8,0 1,7 8. 1979-1980 34,0 50,0 84,0 11,8 1,9 2,7 4,1 20,4 4,9 4,7 4,5 7,9 5,6 7,9 35,6 56,0 140,0 6,0 1,9 9. 1980-1981 7,5 35,7 43,2 10,5 3,3 8,9 5,6 28,3 5,5 18,4 18,4 26,9 5,2 6,1 80,5 108,8 152,0 6,0 3,3 10. 1981-1982 20,2 10,7 30,9 6,1 6,0 6,1 6,2 24,3 5,9 4,9 12,0 12,6 17,7 24,6 77,7 102,0 132,9 6,0 6,0 11. 1982-1983 38,1 16,1 54,2 10,4 4,0 4,7 2,9 22,0 2,8 3,0 3,4 4,5 16,5 9,2 39,4 61,4 115,6 8,0 2,9 12. 1983-1984 21,6 14,3 35,9 8,3 5,3 2,7 1,7 18,0 2,2 2,7 3,0 4,3 10,1 12,9 35,3 53,3 89,2 8,0 1,7 13. 1984-1985 6,6 8,4 14,9 4,3 3,8 2,2 2,6 13,0 2,5 3,8 4,2 4,8 6,8 5,8 27,9 40,9 55,8 7,0 2,2 14. 1985-1986 13,3 20,9 34,2 9,4 8,4 5,0 7,7 30,5 7,9 7,6 6,6 13,2 3,4 2,4 41,1 71,5 105,7 7,0 5,0 15. 1986-1987 17,5 28,1 45,6 9,1 8,1 3,7 3,8 24,6 6,3 5,5 10,1 7,2 10,8 9,3 49,2 73,9 119,5 7,0 3,7 16. 1987-1988 13,5 26,8 40,3 9,8 9,5 7,7 5,5 32,5 4,7 4,5 4,5 11,6 4,0 7,4 36,7 69,3 109,6 8,0 5,5 17. 1988-1989 14,5 27,5 42,0 8,0 4,0 3,2 2,4 17,7 3,2 2,5 3,2 8,7 23,9 11,8 53,3 70,9 112,9 8,0 2,4 18. 1989-1990 9,6 11,2 20,8 6,3 8,6 3,4 2,3 20,5 2,3 3,8 8,7 16,3 14,2 9,7 55,0 75,5 96,2 8,0 2,3 19. 1990-1991 17,2 6,3 23,5 4,0 3,5 3,3 4,0 14,8 8,4 13,0 17,5 15,8 18,1 13,6 86,4 101,2 124,7 7,0 3,3 20. 1991-1992 18,6 10,7 29,3 6,9 3,9 2,7 1,8 15,3 1,6 2,0 2,3 3,4 18,3 9,2 36,9 52,1 81,4 8,0 1,8 21. 1992-1993 10,5 11,8 22,3 10,7 2,3 1,7 1,2 15,8 2,3 2,4 7,6 18,7 5,5 7,9 44,3 60,1 82,4 8,0 1,2 22. 1993-1994 21,2 17,1 38,3 5,1 3,0 9,7 8,2 26,0 12,7 8,7 6,7 12,8 18,6 16,8 76,3 102,3 140,6 6,0 3,0 23. 1994-1995 45,4 47,3 92,7 14,9 6,4 3,0 1,9 26,2 2,5 3,2 5,0 8,7 27,5 16,6 63,4 89,7 182,4 8,0 1,9 24. 1995-1996 23,1 20,8 43,9 11,2 6,0 4,2 2,6 24,0 4,5 4,7 6,2 5,2 9,5 24,4 54,6 78,5 122,4 8,0 2,6 25. 1996-1997 5,7 49,7 55,4 16,0 4,9 3,5 2,1 26,6 2,7 2,7 3,8 4,0 5,2 5,0 23,4 50,0 105,4 8,0 2,1
42 4.7 lentelės tęsinys Nelimituojantis Vasaros Limituojantis periodas (vasara ir ruduo-ţiema) Saus- periodas Metai sezono metis (03- mėnuo su Eil. Vandens (05- Pavasaris Limituojantis sezonas - vasara Nelimituojantis sezonas – ruduo-ţiema 02) maţiausiu Nr. ūkio metai 02) debitu 03 04 ∑Q 05 06 07 08 ∑Q 09 10 11 12 01 02 ∑Q ∑Q ∑Q Mėn. Q 26. 1997-1998 7,6 8,3 15,8 7,0 4,3 3,3 3,0 17,6 2,2 2,5 4,6 7,5 3,3 8,5 28,5 46,2 62,0 8,0 3,0 27. 1998-1999 18,3 19,1 37,4 7,5 3,7 4,7 4,5 20,4 3,9 4,1 7,4 8,5 12,7 15,0 51,6 72,0 109,4 6,0 3,7 28. 1999-2000 31,6 16,0 47,6 7,9 5,0 6,4 3,1 22,5 1,7 1,8 2,4 4,7 14,8 12,3 37,8 60,2 107,8 8,0 3,1
43
4.8 lentelė. Šešupės upės ties Marijampole VMS vandens ūkio metų, limituojančio periodo (sausmečio), limituojančio sezono (vasaros) debitų sumos ir sausiausio mėnesio debitai maţėjimo tvarka Limituojantis periodas Limituojantis sezonas Vasaros sezono mėnuo su Tikimybė p, Vandens ūkio metai (03-02) Eil. Nr. (sausmetis) (vasara) maţiausiu debitu % metai ∑Q metai ∑Q metai ∑Q metai ∑Q 1. 2,5 1994-1995 182,4 1974-1975 144,3 1987-1988 32,5 1981-1982 6 2. 6,0 1974-1975 159,8 1980-1981 108,8 1985-1986 30,5 1987-1988 5,5 3. 9,5 1980-1981 152 1993-1994 102,3 1980-1981 28,3 1985-1986 5 4. 13,0 1993-1994 140,6 1981-1982 102 1974-1975 27,1 1974-1975 4,9 5. 16,5 1979-1980 140 1990-1991 101,2 1996-1997 26,6 1986-1987 3,7 6. 20,1 1981-1982 132,9 1994-1995 89,7 1994-1995 26,2 1998-1999 3,7 7. 23,6 1990-1991 124,7 1975-1976 78,8 1993-1994 26 1980-1981 3,3 8. 27,1 1995-1996 122,4 1995-1996 78,5 1986-1987 24,6 1990-1991 3,3 9. 30,6 1986-1987 119,5 1989-1990 75,5 1981-1982 24,3 1999-2000 3,1 10. 34,2 1982-1983 115,6 1986-1987 73,9 1995-1996 24 1993-1994 3 11. 37,7 1988-1989 112,9 1998-1999 72 1999-2000 22,5 1997-1998 3 12. 41,2 1987-1988 109,6 1985-1986 71,5 1982-1983 22 1977-1978 2,9 13. 44,7 1998-1999 109,4 1988-1989 70,9 1989-1990 20,5 1982-1983 2,9 14. 48,2 1999-2000 107,8 1987-1988 69,3 1979-1980 20,4 1973-1974 2,8 15. 51,8 1985-1986 105,7 1972-1973 65,3 1998-1999 20,4 1995-1996 2,6 16. 55,3 1996-1997 105,4 1982-1983 61,4 1977-1978 19,2 1972-1973 2,4 17. 58,8 1975-1976 102 1999-2000 60,2 1983-1984 18 1988-1989 2,4 18. 62,3 1978-1979 96,2 1992-1993 60,1 1988-1989 17,7 1975-1976 2,3 19. 65,8 1989-1990 96,2 1978-1979 59,4 1997-1998 17,6 1989-1990 2,3 20. 69,4 1983-1984 89,2 1979-1980 56 1972-1973 16,3 1984-1985 2,2 21. 72,9 1992-1993 82,4 1983-1984 53,3 1973-1974 16 1996-1997 2,1 22. 76,4 1991-1992 81,4 1991-1992 52,1 1992-1993 15,8 1979-1980 1,9 23. 79,9 1972-1973 76,4 1973-1974 50,3 1991-1992 15,3 1994-1995 1,9 24. 83,5 1973-1974 69,6 1996-1997 50 1975-1976 14,9 1976-1977 1,8 25. 87,0 1977-1978 66,7 1997-1998 46,2 1990-1991 14,8 1991-1992 1,8 26. 90,5 1976-1977 66,6 1984-1985 40,9 1978-1979 14,7 1978-1979 1,7 27. 94,0 1997-1998 62 1977-1978 39 1976-1977 14,2 1983-1984 1,7 28. 97,5 1984-1985 55,8 1976-1977 36,4 1984-1985 13 1992-1993 1,2
44 Iš 4.8 lentelės išrenkami tokie 3 vandens ūkio metai, kurių metų, limituojančio periodo, limituojančio sezono mėnesinių debitų sumų ir sausiausio vasaros mėnesio tikimybės sutaptų. Vandeningiausi metai yra 1974 – 1975, tikimybė svyruoja nuo 2,5 % iki 13,0 %. Vidutinio vandeningumo metai yra 1999 – 2000. Tikimybė kinta nuo 30,6 % iki 58,8 %. Sausiausi metai yra 1976 – 1977, čia tikimybė kinta nuo 83,5 % iki 97,5 %. Šie treji (vandeningiausi, vidutinio vandeningumo ir sausiausi) vandens ūkio metai ir būtų projektiniai metai, pagal kurių nuotėkio pasiskirstymo pobūdį gali būti atliekami tolesni vandens ūkio skaičiavimai. Limituojančiame vasaros sezone (4.7 lent.) išrenkamas limituojantis – sausiausias mėnuo. Iš 4.7 lentelėje esančių duomenų, matyti, kad sausiausias vasaros sezono mėnuo yra rugpjūtis.
1. Pagal debitų ilgalaikius stebėjimų duomenis apskaičiuojamas vidutinis debitas Qvid.,
asimetrijos koeficientas Cs, variacijos koeficientas Cv, vidutinis kvadratinis nuokrypis bei tikimybė. Skaičiavimams reikalingi papildomi duomenys pateikiami 4.9 lentelėje.
4.9 lentelė. Tikimybės kreivės parametrų skaičiavimas
3 2 3 Vandens Q8mėn. Vandens Q, m /s K=Qi/Qvid K-1 (K-1) (K-1) p, % ūkio metai m3/s ūkio metai maţ. tvarka 1972-1973 7,0 1993-1994 8,2 2,1701 1,1701 1,369 1,602 2,5 1973-1974 4,3 1985-1986 7,7 2,0370 1,0370 1,075 1,115 6,0 1974-1975 5,4 1972-1973 7,0 1,8519 0,8519 0,726 0,618 9,5 1975-1976 3,3 1981-1982 6,2 1,6402 0,6402 0,410 0,262 13,0 1976-1977 1,8 1980-1981 5,6 1,4815 0,4815 0,232 0,112 16,5 1977-1978 5,1 1987-1988 5,5 1,4550 0,4550 0,207 0,094 20,1 1978-1979 1,7 1974-1975 5,4 1,4286 0,4286 0,184 0,079 23,6 1979-1980 4,1 1977-1978 5,1 1,3492 0,3492 0,122 0,043 27,1 1980-1981 5,6 1998-1999 4,5 1,1905 0,1905 0,036 0,007 30,6 1981-1982 6,2 1973-1974 4,3 1,1376 0,1376 0,019 0,003 34,2 1982-1983 2,9 1979-1980 4,1 1,0847 0,0847 0,007 0,001 37,7 1983-1984 1,7 1990-1991 4,0 1,0582 0,0582 0,003 0,000 41,2 1984-1985 2,6 1986-1987 3,8 1,0053 0,0053 0,000 0,000 44,7 1985-1986 7,7 1975-1976 3,3 0,8730 -0,1270 0,016 -0,002 48,2 1986-1987 3,8 1999-2000 3,1 0,8201 -0,1799 0,032 -0,006 51,8 1987-1988 5,5 1997-1998 3,0 0,7937 -0,2063 0,043 -0,009 55,3 1988-1989 2,4 1982-1983 2,9 0,7672 -0,2328 0,054 -0,013 58,8 1989-1990 2,3 1984-1985 2,6 0,6878 -0,3122 0,097 -0,030 62,3 1990-1991 4,0 1995-1996 2,6 0,6878 -0,3122 0,097 -0,030 65,8 1991-1992 1,8 1988-1989 2,4 0,6349 -0,3651 0,133 -0,049 69,4 1992-1993 1,2 1989-1990 2,3 0,6085 -0,3915 0,153 -0,060 72,9 1993-1994 8,2 1996-1997 2,1 0,5556 -0,4444 0,198 -0,088 76,4 1994-1995 1,9 1994-1995 1,9 0,5026 -0,4974 0,247 -0,123 79,9 1995-1996 2,6 1976-1977 1,8 0,4762 -0,5238 0,274 -0,144 83,5 1996-1997 2,1 1991-1992 1,8 0,4762 -0,5238 0,274 -0,144 87,0 1997-1998 3,0 1978-1979 1,7 0,4497 -0,5503 0,303 -0,167 90,5 1998-1999 4,5 1983-1984 1,7 0,4497 -0,5503 0,303 -0,167 94,0 1999-2000 3,1 1992-1993 1,2 0,3175 -0,6825 0,466 -0,318 97,5 Vidurkis 3,8 Suma: 27,99 -0,0001 7,02 2,58
Vidutinis aritmetinis debitų vidurkis lygus: Q Q i ; (4.6) vid n 3 čia ∑Qi – debitų suma, m /s; n – vandens ūkio metų skaičius. 105,8 Q 3,8 m3/s. vid 28 Variacijos koeficientas:
K 1 2 C ; (4.7) v n 1
7,02 C 0,5 . v 28 1 Asimetrijos koeficientas:
K 1 3 Cs 3 ; (4.8) n Cv
2,58 C 0,74 . s 28 0,53 2. Skaičiuojamos paklaidos: Debitų aritmetinio vidurkio standartinė paklaida:
Q . (4.9) vid.. n Standartas lygus:
K 1 2 Q 2 vid ; (4.10) n 1
7,02 3,82 1,9 m3/s. 28 1
1,9 3 Q 0,36 m /s. vid .. 28 Ši paklaida išreikšta procentais lygi:
100 Qvid ; (4.11) Qvid Qvid
0,36 0 100 9,4 0 . Qvid 3,8
46 Standarto standartinė paklaida lygi:
2 1 3Cv ; (4.12) 2 n 1
1,9 1 3 0,52 0,3 m3/s. 2 28 1
Variacijos koeficiento standartinė paklaida lygi:
2 Cv 1 3Cv Cv ; (4.13) 2 n 1
0,5 1 3 0,52 Cv 0,09. 2 28 1
Asimetrijos koeficiento standartinė paklaida lygi:
6 1 6C 2 5C 4 ; (4.14) Cs n v v
6 1 6 0,52 5 0,54 0,77. Cs 28 3. Turėdami tris empirinės tikimybės kreivės parametrus Qvid., Cs, Cv, skaičiuojame I teorinės tikimybių kreivės parametrus. Bet kurios tikimybės debitas apskaičiuojamas pagal formulę:
Qp Qvid FpCv 1 ; (4.15)
čia Fp – duomuo (Fosterio funkcija), kai Cv = 0,5, surandamas pagal faktišką asimetrijos koeficiento Cs reikšmę, lygią 0,7. Koeficiento Fp reikšmės ir skaičiavimo rezultatai pateikiami 4.10 lentelėje. 4. Skaičiuojami II teorinės kreivės parametrai.
Kadangi Lietuvos upėms sausiausiam mėnesiui labiausiai tinka santykis Cs=3Cv, tuomet pagal apskaičiuotą Cv reikšmę lygią 0,5, iš 3 priedo lentelių (Lukianas 2001) išrenkamos įvairių tikimybių koeficiento Kp reikšmės. Įvairių tikimybių debitai skaičiuojami pagal formulę:
Qp Qvid. K p . (4.16)
Koeficiento Kp reikšmės bei apskaičiuotų įvairių tikimybių debitų reikšmės pateiktos 4.11 lentelėje. Pagal 1, 3 ir 4 punktuose apskaičiuotus debitus ir tikimybes, turi būti braiţomos empirinė (apskaičiuota pagal faktinius stebėjimų duomenis), I ir II teorinės kreivės.
47
3 4.10 lentelė. I tikimybės kreivės koordinačių skaičiavimas (Qvid=3,8 m /s; Cs=0,7; Cv=0,5) Tikimybė p, % Rodikliai 0,01 0,1 1 3 5 10 20 25 30 40 50 60 70 75 80 90 95 97 99 99,99 Fp 5,54 4,26 2,9 2,18 1,8 1,34 0,78 0,58 0,41 0,12 -0,13 -0,37 -0,6 -0,73 -0,86 -1,17 -1,37 -1,51 -1,72 -1,99 FpCv+1 3,77 3,13 2,45 2,09 1,9 1,67 1,39 1,29 1,205 1,06 0,935 0,815 0,7 0,635 0,57 0,415 0,315 0,245 0,14 0,005 Qp 14,326 11,894 9,31 7,942 7,22 6,346 5,282 4,902 4,579 4,028 3,553 3,097 2,66 2,413 2,166 1,577 1,197 0,931 0,532 0,019
4.11 lentelė. II tikimybės kreivės koordinačių skaičiavimas Tikimybė p, % Rodikliai 0,01 0,1 1 3 5 10 20 25 30 40 50 60 70 75 80 90 95 97 99 99,99 Kp 3,75 3,09 2,4 2,05 1,88 1,63 1,36 1,25 1,18 1,05 0,93 0,82 0,71 0,66 0,59 0,46 0,37 0,31 0,23 0,1 Qp 14,25 11,742 9,12 7,79 7,144 6,194 5,168 4,75 4,484 3,99 3,534 3,116 2,698 2,508 2,242 1,748 1,406 1,178 0,874 0,38
0,1 1 5 10 20 50 80 95 99 99,9 99,99
0,01 0,1 1 5 10 20 50 80 95 99 99,9 99,99 Tikimybė p % 4.5 pav. Empyrinė (1) ir teorinės (2 ir 3) tikimybių kreivės
49 5. ENERGETINIŲ IŠTEKLIŲ VERTINIMAS
Vanduo upėje teka dėl savo sunkio ir vagos nuolydţio. Tekėdamas jis turi nugalėti trintį tarp tekančio vandens molekulių (klampumą), hidraulinį pasipriešinimą upės vagoje, susidarantį dėl nešmenų transporto, gilinamosios ir šoninės vagos erozijos. Trinčiai nugalėti reikalingą energiją lemia upe tekančio vandens kiekis ir upės vagos nuolydis. Nemaţą nuotėkio, o kartu ir energijos įneša įtekėję pagrindiniai intakai (5.1 pav.): Širvinta, Kirsna, Dovinė, Nova, Aukspirta, Siesartis, Pilvė, Višakis, Rausvė, Jotija ir kiti upeliai (Gamtos tyrimų... 2003).
14% 27% 6% 4%
7% 9% 7% 4% 2% 8% 12%
Širvinta Kirsna Dovinė Nova Aukspirta Siesartis Pilvė Višakis Rausvė Jotieja Kita
5.1 pav. Šešupės upės intakų sudėtis
Apskaičiuojant upės potencinę galią buvo naudojamas vandens lygio kritimas tarp dviejų upės taškų, t.y. tarp aukščiausio ir ţemiausio taško, o pagal topografinius ţemėlapius rastos upės vandens lygio altitudės. Hidroenergijos potencialo sklaida tiriamoje upėje nustatyta pagal hidraulinės galios dydį, tenkantį 1 km upės ilgio ruoţui (kW/km). Šešupės upės vagos kilometrinė galia yra 39,3 kW/km – tai reikšmingas rodiklis, nes upės, kuriose vagos kilometrinė galia viršija 29,2 kW/km, laikomos hidroenergetikai vertingomis (Burneikis, Jablonskis 1998). Šešupės upės energetinio potencialo 1972 – 1999 metų kaita pateikta 5.2 lentelėje ir 5.2 paveiksle, o pagrindinės energetinės charakteristikos 5.3 lentelėje.
5.1 lentelė. Hidroenergijos gamtiniai ištekliai upių ruoţuose, kurių kilometrinė galia P/L ≥ 20 kW/km, įvertinus aplinkosaugos ribojimus*
Upės ruoţas be aplinkosaugos apribojimų Atstumas Gamtinė Gamtinė Ruoţo Kilometrinė Upė Tarp nuo galia P = energija E = ilgis g galia P /L, g intako ţiočių, 9,81QH, g 8760P L, km kW/km g km kW tūkst.kWh Kirsna 244,7- Šešupė - 29,2 1285,3 44,0 11259,2 215,5 Dovinė
Dovinė 215,5 - Šešupė - 57,9 2932,5 50,6 25688,7 157,6 Rausvė
Rausvė 157,6 - Šešupė - 44,6 1704,4 38,2 14930,5 113,0 Širvinta Gasda - Kirsna 5,1 - 0,0 5,1 145,1 28,4 1271,1 ţiotys Amalvė 21,6 - Dovinė 21,6 444,4 20,6 3892,9 - ţiotys 0,0 Širvinta 18,0 18,0 - (Šeime- km - 18,0 421,2 23,4 3689,7 0,0 nos) ţiotys Iš viso 4 upių 6 ruoţai 176,4 6932,9 60732,1 Vid. 29,4 1155,5 39,3 10122,0
* Šiuos ribojimus sudaro nacionaliniai ir regioniniai parkai, rezervatai, draustiniai, ekologiniu ir kultūriniu poţiūriu vertingos upės ar jų ruoţai, kuriuose uţdrausta statyti uţtvankas (Jablonskis 2005).
51
5.1 lentelėje išskirtas upės ruoţas tarp Dovinės ir Rausvės (kilometrinė galia 50,6 kW/km) priklauso net labai efektyviai ruoţų kategorijai, t.y. kai kilometrinė galia priklauso intervalui nuo 48,7 iki 273,3 kW/km. Šiame ruoţe pastatytos 3 hidroelektrinės, kurių didţiausias galingumas (Antanavos hidroelektrinė) siekia 400 kW .
5.2 lentelė. Šešupės upės energetinio potencialo kaita 1972 – 1999 m.
Metai Qmet.vid. P, kW P, kW/km 1972 6,36 852 29,0 1973 5,80 776 26,4 1974 13,31 1781 60,6 1975 8,50 1137 38,7 1976 5,55 742 25,3 1977 5,56 744 25,3 1978 8,02 1072 36,5 1979 11,67 1561 53,1 1980 12,66 1694 57,6 1981 11,07 1482 50,4 1982 9,63 1289 43,8 1983 7,43 994 33,8 1984 4,65 622 21,2 1985 8,81 1178 40,1 1986 9,96 1332 45,3 1987 9,13 1222 41,6 1988 9,41 1259 42,8 1989 8,02 1072 36,5 1990 10,39 1390 47,3 1991 6,79 907 30,9 1992 6,87 919 31,2 1993 11,71 1567 53,3 1994 15,20 2033 69,2 1995 10,20 1364 46,4 1996 8,79 1175 40,0 1997 5,17 691 23,5 1998 9,12 1220 41,5 1999 8,98 1202 40,9
Pvid 1159 39,4
Potencinės kilometrinės galios kaita nagrinėjamu laikotarpiu pavaizduota 5.2 paveiksle. Jame pastebima galios didėjimo tendencija. Nustatyta, kad pati didţiausia kilometrinė galia buvo 1994 m (69,2 kW/km), o maţiausia – 1984 m. (21,2 kW/km).
52
1999 m. Šešupės m. 1999 upėje
–
Potencinės galio kaita 1972 1972 kaita galio Potencinės
pav.
5.2
53
5.3 lentelė. Šešupės upės charakteristikos Kilometrinė galia P/L, Upė, vyresnė Ilgis, Baseino Galia P, kW/km upė km plotas, km2 kW vidutinė didţiausia Šešupė, 297,6 6104,8 6932,9 39,3 50,6 Nemunas
5.3 lentelės tęsinys Vandens Upės Hidroenergetinis Kritimo Vidutinis paviršiaus debitas modulis P/F, aukštis nuolydis altitudės, m ţiotyse Q, kW/km2 H, m i, ‰ versmės ţiotys m3/s 1,14 120,2 28,6 91,6 0,57 34,2
Šios charakteristikos parodo bendrą visos upės potencialą. Išnagrinėjus Šešupės upės išilginį profilį, nustatyta, kad upės skersinis profilis nėra tolygiai kintantis. Upės nuolydis nuolat kinta, o tai įtakoja ir potencinę galią, kuri kinta kintant upės nuolydţiui ir vandens debitui. Maţiausias debitas nustatytas upės aukštupyje ir link ţemupio jis didėja. Galima teigti, jog Šešupės upė yra hidroenergetikai tinkama, nes jos vidutinė potencinė galia, tenkanti 1 km, yra 39,3 kW ir turi tendenciją didėti - todėl naudinga įrengti hidroelektrines. Prieš nustatant hidroelektrinei tinkamiausią vietą, reikia atsiţvelgti į daugelį veiksnių ir pasirinkti vietą efektyviausią, labiausiai tinkantį hidroenergetikos vystymuisi. Šešupės upėje nustatyti trys upės ruoţai, tinkami vystyti hidroenergetiką. Vienas ruoţas yra tarp 244,7 - 215,5 km, antras tarp 215,5 - 157,6 km, trečias tarp 157,6 - 113,0 km. Pirmas ir trečias upės ruoţai priskiriamai efektyvių ruoţų grupei, nes potencinė galia tenkanti 1 km didesnė nei 29,2 kW/km, o upės ruoţas tarp 215,5 - 157,6 km priskiriamas prie labai efektyvių upės atkarpų grupės, nes potencinė galia tenkanti 1 km didesnė 48,7 kW/km.
Uţtvankų statyba upėse teikia daug privalumų ţmonių visuomenei. Tai pigi elektros energija, laukų drėkinimas, vandens atsargos buitiniams tikslams, sąlygų laivybai pagerinimas, apsauga nuo potvynių. Tačiau uţ šiuos privalumus tenka mokėti aplinkos sąskaita - tai ir paţeistos ekosistemos, ir sumaţėjusių rūšių bioįvairovė. Didţioji dalis upių baseinų jau veikiami uţtvankų ir dėl to prarastų gamtinių vertybių atstatymas, jei jis dar įmanomas, kainuos labai brangiai ir uţtruks labai ilgai. Taigi upių panaudojimas statant naujas uţtvankas hidroenergijai tikrai nėra aplinką tausojantis energijos gamybos būdas, todėl būtinos HE poveikio aplinkai gerinimo priemonės:
54
Ţuvų pralaidų įrengimas: Pirmiausia siūloma įrengti ţuvų migracijos įrenginius tose upėse, kurios yra svarbiausios ţuvų migracijai. Šešupės baseine tokia nustatyta vieta yra viena – tai Kudirkos Naumiesčio uţtvanka. HE turbinų keitimas: Dvi hidroelektrinės Šešupės baseine yra gana senos, statytos 1951-1952 metais. Tai – Antanavo ir Netičkampio elektrinės. Jų bendra instaliuota galia lygi 400 kW + 240 kW = 640 kW. Todėl artimiausiu metu jas reikėtų siūlyti pakeisti, jos turi įtakos vietinėms ţuvims. Leidimuose statyti hidroelektrines turi būti reikalaujama diegti geriausiai prieinamą gamybos būdą, t.y. modernias turbinas. Rekomendacijos maţųjų HE poveikio aplinkai švelninimui: 1) siekiant bent dalinai atkurti paţeistą dinaminę pusiausvyrą ir ekologinį vientisumą rekomenduojama visose be išimties HE įrengti ţuvitakius bei gamtosauginio debito praleidimo ne per turbinas priemones. 2) norint pagerinti smulkiųjų skendinčiųjų nešmenų ir biogeninės taršos sulaikymą upių baseinų aukštupiuose tikslinga įrengti didesnes nešmenis sulaikančias vandens saugyklas. Jų įrengimą derinti su kitomis smulkių nešmenų patekimą į upes maţinančiomis priemonėmis: apsauginių juostų platinimu ar naujų įrengimu, ekologiškų ţemės naudmenų (ypač slėniuose) naudojimu, pakrančių prieţiūra ir apsauga nuo antropogeninės taršos, vandens kokybės ir smulkių nešmenų sulaikymo smulkiuose intakuose bei visame upės baseine. 3) siekiant maţinti HE turbinų įjungimo – išjungimo ţalingą poveikį ir to sukeliamą stresą, tikslinga: a) HE darbo rėţimą derinti prie natūralios upės nuotėkio kaitos. Tuo tikslu pro turbinas praleisti tokį upės debitą, koks priteka į tvenkinį ir viršija gamtosauginį, nestabdant turbinų debito tvenkinyje kaupimui. b) nejungti turbinos sausuoju metų laikotarpiu, nebent per maţiausiai instaliuotą turbiną praleidţiamas debitas Qt maţesnis arba lygus prietakos į tvenkinį ir gamtosauginio debitų skirtumui. c) ant potvynių pralaidos (slenksčio) keteros visada turi išlikti vandens gylis daugiau nei 0,05 m. d) didţiausias instaliuotas suminis visų turbinų debitas neturi viršyti upės vidutinio debito. 4) neaukštinti esamų uţtvankų. Maksimalus vandens lygių tarp bjefų skirtumas sausojo periodo metu neturi viršyti 4 m. 5) norint minimaliai keisti upės aplinką vengti daugelio HE vienoje upėje įrengimo
55
(„laiptavimo“). 6) įjungiant ar stabdant turbinas ištęsti jų įjungimo/stabdymo laiko iki techninių galimybių ribojamo maksimumo. Rekomenduotina šį maksimumą didinti keičiant moraliai nusidėvėjusias turbinas bei turėti keletą įvairaus galingumų turbinas. 7) inventorizuoti dabar veikiančių HE darbą atkreipiant dėmesį į aukščiau išvardintus punktus ir vykdyti gamtosauginį panaudotų priemonių monitoringą bei vandens lygių kaitos abiejuose HE bjefuose kontrolę. 8) vengti jau veikiančių HE tvenkinių valymo ar performavimo darbų. Esant tokių darbų būtinybei atlikti tik po kompetentingo mokslinio poveikio aplinkai vertinimo (LŢŪU 2008).
56
IŠVADOS
1. Šešupės ilgis 297,6 km, baseino plotas 6104,8 km2, iš jų 4898,0 km2 yra Lietuvoje. Tai trijų valstybių upė – Lenkijos, Lietuvos ir Rusijos. Baseine yra 269 eţerai, kiekvienas jų aprėpiantis didesnį nei 0,5 ha plotą, kurie sudaro apie 2 % viso baseino ploto, miškingumas 15 %, pelkingumas 8,4 %, vyraujantis lygumų reljefas ir sunkūs ir vidutinio sunkumo priemoliai. 2. Šešupės upėje ties Marijampole iš tiriamojo laikotarpio 1972 – 1999 m. išrinkti 1994 m., turintys didţiausią vidutinį metinį debitą. Pagal juos nustatytas pavasario potvynis, kuris 3 prasidėjo kovo mėnesį ir truko 43 paras (Qmaks = 85 m /s), ir ţiemos poplūdis prasidėjęs sausio 3 mėnesį, truko 35 paras (Qmaks = 44,8 m /s). 3. Apskaičiuotos pagrindinės upės hidrologinės charakteristikos: metų vidutinis debitas lygus 8,9 m3/s, nuotėkio modulis – 5,14 l/(s/km2), vandens tūris – 1,02 km3, nuotėkio aukštis – 163 mm. 4. Šešupės baseino 60 % nuotėkio, kartu ir energijos, sudaro pagrindiniai intakai: Širvinta 27 %, Kirsna 9 %, Dovinė 12 %, Nova 8 %, Aukspirta 2 %, Siesartis 4 %, Pilvė 7 %, Višakis 7 %, Rausvė 4 %, Jotija 6 % ir kiti upeliai 14 %. 5. Išnagrinėjus nuotėkio kitimą nuo 1970 – 1999 m., gauta nuotėkio didėjimo tendencija. Nustatyta, kad upė įvairiais metų hidrologiniais sezonais neišdţiūsta ir yra tinkama hidroenergetikai. 6. Šešupės upė yra hidroenergetikai tinkama, nes jos vidutinė potencinė galia yra 39,3 kW ir turi tendenciją didėti - todėl naudinga įrengti hidroelektrines. 7. Šešupės upėje nustatyti trys upės ruoţai, tinkami vystyti hidroenergetiką. Vienas ruoţas yra tarp 244,7 – 215,5 km, antras tarp 215,5 – 157,6 km, trečias tarp 157,6 – 113,0 km. Pirmas ir trečias upės ruoţai priskiriamai efektyvių ruoţų grupei, nes potencinė galia tenkanti 1 km didesnė nei 29,2 kW/km, o upės rouţas tarp 215,5 – 157,6 km priskiriamas prie labai efektyvių upės atkarpų grupės, nes potencinė galia tenkanti 1 km didesnė 48,7 kW/km. 8. Hidroelektrinių poveikis turi neigiamas pasekmes vandens telkiniams: sumaţėja natūralaus apsivalymo procesai; vertinga vandens augalija ir gyvūnija nyksta, o vietoj jos įsivyrauja menkavertės rūšys; sunaikinama vandens ir pakrančių bioįvairovė arba jų buveinės.
57
LITERATŪRA
1. Aplinkos apsaugos agentūra [interaktyvus]. 2007. Techninė ataskaita. Vandens problemos Nemuno UBR pabaseiniuose [ţiūrėta 2009 m. balandţio 14 d.]. Prieiga per internetą:
58
15. Jablonskis, J.; Gaigalis, K. 1975. Šešupės baseinas. Vilnius: Mintis. 16. Jablonskis, J.; Lasinskas, M. 1962. Lietuvos TSR upių kadastras. III dalis. Vilnius: Mintis. 17. Jablonskis J.; Tomkevičienė A. Lietuvos maţosios hidroenergetikos plėtros galimybės // Energetika. ISSN 0235-7208 / 2004. Nr. 2, 40-46 p. 18. Kilkus K. 1998. Lietuvos vandenų geografija. Vilnius: Apuaušris. 250 p. 19. Kiviniemi, K.; Eriksson, O., 2002. Size-related deterioration of semi-natural grassland fragments in Sweden. Diversity and Distributions. 8, p. 21-29 20. Kytra S. 2006 m. Atsinaujinantys energijos šaltiniai. Kaunas: Technologija. 303 p. 21. Kustienė R., Poška A. 1997. Maţoji hidroenergetika. Kaunas: „Ūkininko patarėjas“. 79 p. 22. LAND 16-96 Aplinkosaugos reikalavimai maţųjų hidroelektrinių projektavimui, statybai ir eksploatavimui. Vilnius, 1997. 23. Lietuvos energijos konsultantų asociacija [interaktyvus] 2003. [ţiūrėta 2009 m. kovo 2 d.]. Prieiga per internetą:
59
34. Lukianas, A. 2003. Hidrologija ir hidrotechnika. Vilnius: Technika. 192 p. 35. LŢŪU. 2008. Aplinkosauginių rekomendacijų hidroelektrinių (HE) neigiamam poveikiui aplinkai sumaţinti parengimas. Tarpinė ataskaita. Kaunas: Akademija. 36. Pauliukevičius H. 1999. Ţemės naudmenų poveikis biogeninių medţiagų nuotėkiui. Daktaro disertacija. 1999, p.123. 37. Poška, A.; Punys, P. 1996. Inţinerinė hidrologija. Kaunas: LŢŪU leidybinis centras. 38. STR 2.05.19:2005 Inţinerinė hidrologija. Pagrindiniai skaičiavimų reikalavimai. Vilnius, 2005. 39. Štreimikienė D., Bubelienė J. Policies and measures to enhance the use of renewable energy sources in the Baltic States // Aplinkos tyrimai, inţinerija ir vadyba. ISSN 1392-1649 /2005. Nr. 2, 63-74 p. 40. Ūkininko patarėjas [interaktyvus] 2007. Uţdelsto veikimo bomba ant Jūros upės [ţiūrėta 2009 m. kovo 2 d.]. Prieiga per internetą:
60