По схеме инженерно-геологического районирования Восточно-Европейской платформы рассматриваемый спрямленный субмеридиональный участок долины Волги расположен на западной окраине Волго-Уральской антеклизы, представляющей собой приподнятую денудационную равнину, расчлененную сетью рек, оврагов и балок. Долина реки на данном отрезке имеет преимущественно корытообразную форму и ширину до 9—10 км. Русло реки здесь имеет ширину от 700 до 1000 м и глубину до 3—3,5 м [5]. Абсолютные отметки поверхности воды в реке в летне-осенний период — 65—67 м. Ширина левобережной и правобережной пойм по 4 км, за исключением верхней северной части долины, прилегающей к г. Городец, где левый берег высокий, а левобережная пойма узкая. Поймы слабо наклонены в сторону русла реки и имеют абсолютные отметки поверхности от 68 до 70 м. Коренные берега сравнительно высокие — до 110 м. Фрагменты низких террас реки вблизи коренных склонов имеют отметки 73—77 м. Широкая правобережная пойма освоена, заселена, имеет сети транспортного сообщения, промышленные объекты. Левобережная пойма Волги на данном участке не освоена и представляет собой сплошные неудобья с мелким гривисто-западинным заболоченным рельефом, изрезанным многочисленными вытянутыми параллельно реке узкими старицами, образовавшимися на месте ее старого русла. Долина реки имеет переуглубление от 25 до 90 м плиоценового возраста, заполненное четвертичными отложениями, преимущественно песчаного состава, за исключением верхней части участка, прилегающей к г. Городцу, где в русле встречаются полускальные породы верхнепермского возраста, представленные мергелями и твердыми глинами с прослоями алевролитов и мелкозернистых песчаников. Отложения пойм и низких террас представлены мелкозернистыми и пылеватыми песками с маломощными (0,1—0,3 м) прослоями суглинков и супесей. Вниз по геологическому разрезу пески становятся средне- и крупнозернистыми с включениями гравия и редкой гальки. Отложения проницаемые, размокающие и легко размываемые [5]. Гидрогеологические условия района характеризуются близким залеганием к дневной поверхности грунтовых вод от 0,3—0,5 до 1,5—2,0 м, общим направлением их стока в сторону русла реки, наличием подтопленных участков, в том числе в пределах селитебных и промышленных зон. На правом берегу речной долины на поверхности низких аллювиальных террас располагаются обширные поля торфяников, выработанные участки которых находятся в затопленном состоянии. Фильтрация из них направлена в сторону русла Волги. Активными экзогенными процессами на данной территории являются: береговая и русловая эрозия, суффозия и склоновые процессы на уступах надпойменных террас. Геоэкологическая обстановка на рассматриваемой территории, особенно в правобережной части долины, оценивается как неблагоприятная, что вызывает социальную напряженность населения района. Это обусловлено размещением здесь полигонов с отходами производства и потребления, в том числе опасных отходов с химических предприятий г. Дзержинска, Кстовского нефтеперерабатывающего завода, металлургических предприятий г. Выкса, а также твердых коммунальных отходов [5]. Данные полигоны расположены между обширными торфяными полями и руслом Волги, что обуславливает попадание фильтрата из свалочных толщ в грунтовые воды и далее в реку. Этому способствуют и долины малых рек (Черная, Теплая, Железница и другие), прорезающие поверхность правобережной поймы и впадающие в Волгу. Неблагополучно обстоят дела с очисткой и утилизацией жидких отходов. Из-за отсутствия инженерных водоотводящих сетей и очистных сооружений, а при их наличии в связи с изношенностью и аварийностью, часты случаи выпуска жидких отходов на рельеф с образованием прудов-отстойников или загрязненных болот, фильтрат из которых также попадает в Волгу. Загрязнение воды и донных осадков Волги на данном участке русла пока не столь заметно из-за его проточного режима. Но при строительстве здесь низконапорного гидроузла с водохранилищем данное обстоятельство станет угрозой для местного водоснабжения населенных пунктов и предприятий.

С 1956 г. уровень воды в нижнем бьефе Нижегородского гидроузла упал на 1,3 м, что существенно осложняет условия судоходства на рассматриваемом участке. Это обусловлено эрозией русла реки и постоянно проводимыми дноуглубительными работами, приводящими к посадке уровня воды в реке. В связи с этим рассматриваются несколько вариантов проектных предложений, нацеленных на создание и поддержание нормальных судоходных условий с гарантированными глубинами 4,0 м в течение всего навигационного периода. Наиболее перспективными из них являлись:

— повышение уровня воды на порогах нижней ступени Нижегородского шлюза путем устройства водостеснительных (обжимающих) искусственных береговых сооружений на северном участке реки от г. Городец до г. Балахна [5];

— строительство третьей дополнительной нитки нижней ступени Городецких шлюзов Горьковского гидроузла, совмещенное с оптимизацией режимов работы Рыбинского и Горьковского водохранилищ и проведением дноуглубительных работ в русле реки на рассматриваемом участке [2];

— реконструкция нижней ступени Городецких шлюзов в составе Горьковского гидроузла, совмещенная с оптимизацией режимов работы Рыбинского и Горьковского водохранилищ и дополненная дноуглубительными работами в подходном канале, а также на прилегающем к нему участке русла Волги (в ограниченном объеме и без изъятия аллювия из русла реки) [1].

Данные предложения не решают проблему в целом. Одни предложения обеспечивают нормальные условия судоходства только на нижней ступени шлюзов, а в русле реки нет, другие малоэффективны и носят временный характер. В частности, по мнению разработчиков проекта строительства Багаевского гидроузла на р. Дон, в составе той же Единой глубоководной системы водных путей европейской части РФ: «…достичь требуемых параметров (габаритов) пути только проведением капитальных и ежегодных дноуглубительных работ и попусками стоков гидроузлов невозможно. Это ведет к посадке уровня воды, и, как следствие, к нарушению работы водохозяйственных объектов» [5]. Данная мера дорогая и временная.

Одним из приоритетных вариантов обеспечения нормальных условий судоходства на этом участке реки является проект строительства Нижегородского низконапорного гидроузла с отметкой нормально подпорного уровня (НПУ) — 68 м [5]. Выбранный участок створа плотины гидроузла расположен в 41 км вниз по течению реки от створа Горьковской ГЭС (г. Городец), на границе Балахнинского муниципального района и Сормовского района Нижнего Новгорода. Проект гидроузла типичный для условий строительства на равнинных реках, включающий: низконапорную земляную русловую плотину с участком бетонной шестнадцатипролетной водосбросной плотины; две нитки бетонных судоходных шлюзов, безнапорную земляную дамбу, эстакаду и автомобильный мост. Ширина реки на участке створа гидроузла через остров Ревякский 600 м, а рукава реки-ручья Никольский — около 100 м. Общая протяженность гидротехнических сооружений низконапорного гидроузла около 5 км. Расчетный напор на сооружения гидроузла — до 10 м. Средний напор 3 м с амплитудой колебания уровня воды 0,5—0,7 м. Проектируемое в составе гидроузла водохранилище будет иметь длину 41 км и ширину от 0,7 до 1,5 км с НПУ — 68 м. Это должно обеспечивать необходимую для нормального судоходства глубину 4 м на нижнем шлюзе Нижегородской ГЭС. Данный проект характеризуется положительными и отрицательными природно-техногенными факторами (табл. 1).

Таблица 1. Положительные и отрицательные факторы проектируемого гидроузлаTable 1. Positive and negative factors of the projected hydroelectric complex

ПроектПлюсыМинусыНижегородский гидроузел с водохранилищемВременное решение проблемы устойчивого судоходстваЗемлеотвод под сооружения ГУ составит 476,5 гаСрезка почвенно-растительного слоя объемом около 464 тыс. м3В сооружениях ГУ будет использовано до 9,5 млн м3 строительных грунтов, такой значительный объем необходимо где-то братьПроизойдет изменение ландшафтных условий (гибель растительного покрова, изменения биоценозов и агроценозов)Площадь затопленных земель составит 5,2 тыс. гаНарушатся режимы поверхностного и подземного стоковАктивизируются процессы: русловой эрозии, переработки берегов, суффозионно-карстовые и склоновые. Прогнозируется отступление береговой линии проектируемого водохранилища на 15—50 мПодпор водохранилища распространится на расстояния: по левому берегу — 1,1—2,3 км; по правому берегу — 1,7—3,5 км. Это вызовет подтопление и заболачивание территорий на площади 2,7 тыс. га, в т. ч. в 17 населенных пунктахНа правом берегу Волги подпор приблизится к полигонам промышленных токсичных отходов и ТКО, расположенных вблизи затопленных выработок торфоразработок. Это повысит риск загрязнения Волги — источника местного водоснабженияПроточный русловой режим реки будет нарушен. Весьма вероятно накопление донных наносов, заиление водохранилища, цветение воды, ухудшение ее качества, что отразится на снижении качества жизни населения прилегающих территорий с возможным оттоком населенияПланируются значительные объемы постоянных работ по берегоукреплению, дноуглублению в связи с быстрым заиливанием ложа водохранилища, созданию систем дренажа и сооружений инженерной защитыНе решаются вопросы мелиорации земель, энергетики, водоснабжения, сохранения и развития рыбного хозяйства

Большинство гидроузлов на Волге имеют комплексное назначение, а данный объект предназначен только для обеспечения судоходства. Из-за малой глубины и объема водохранилища срок его службы как части ЕГС будет небольшим в связи с заилением.

Негативных факторов много. В связи с этим актуальным представляется заключение Научного совета РАН по геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии от 11 сентября 2015 г., в котором говорится о том, что: «среди проектных решений предпочтительнее выглядят варианты, обеспечивающие сохранение сложившейся экосистемы проточного участка Волги, судоходство в нижнем бьефе Городецких шлюзов, и предполагающие обустройство зоны влияния Чебоксарского водохранилища при его НПУ 63 м и не предполагающие строительства новых гидроузлов и повышения отметок водохранилищ — существующих гидроузлов» [4].

Факторы отрицательного воздействия возможного строительства гидроузла на природные и социально-экономические условия района заставляют задуматься о целесообразности реализации предложенного проекта строительства Нижегородского низконапорного гидроузла, а также над альтернативными вариантами решения проблемы устойчивого судоходства. Выше говорилось, что добиться требуемых параметров водного пути (глубины 4 м на всем русловом участке реки) проведением ежегодных дноуглубительных работ и попусками стоков гидроузлов невозможно, так как это ведет к посадке уровня воды и, как следствие, к нарушению работы водохозяйственных объектов и самих шлюзов.

Для обеспечения долговременного надежного судоходства на данном участке долины Волги и сохранения сложившейся экосистемы района в качестве альтернативного варианта авторами предлагается вариант строительства судоходного канала с гидроизоляцией и бетонной облицовкой (типа наполняемой и сливаемой, при необходимости, ванны), проходящего по широкой левобережной пойме и старому руслу Волги (рис. 2). Протяженность канала может составить 50 км, глубина 5,5 м, ширина 30—35 м со швартовочными (одновременно разворотными) «карманами» для пропуска встречных судов, с тремя шлюзами: Городецкий (нижний Городецкий шлюз), Балахнинский или Срединный (на траверзе г. Балахна), Сормовский в районе острова Ревякский. Канал трассируется по прямой линии параллельно спрямленному участку долины р. Волги от г. Городец до г. Нижний Новгород по левобережной широкой поверхности поймы в песчаных легко разрабатываемых грунтах. При строительстве канала на данной неосвоенной территории не будет проблем, связанных с застройкой земли, сложными геологическими условиями, наличием инженерных коммуникаций и дорог. Гидродинамический режим водной массы в канале (глубина, скорость течения воды) будет легко контролируемым и управляемым. В зимнее время воду в канале можно сделать незамерзающей, проложив на дне канала вдоль оснований боковых стенок перфорированные трубы и пустив в них сжатый воздух. Пузырьки воздуха, поднимаясь на поверхность воды, не дают ей замерзнуть даже в сильные морозы. Это позволит наладить надежное круглогодичное водное сообщение между городами Нижний Новгород и Городец. В районе г. Балахна или острова Ревякский возможна реализация проекта строительства (на предполагаемой федеральной трассе) автодорожного моста, пересекающего долину Волги с руслом реки и судоходным каналом. Это значительно снизит объемы автотранспортных транзитных перевозок через г. Нижний Новгород; улучшит экологическую ситуацию в городе. Характеристика условий при реализации предлагаемого варианта строительства судоходного канала приведена в таблице 2.