Атмосфера.Источниками выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух является основное оборудование станций, станочный парк оборудования; выбросы образуются также при проведении дочерними и подрядными организациями ремонтных, сварочных работ, покраски и т.д.
Водохранилища повышают влажность воздуха, способствуют изменению ветрового режима в прибрежной зоне.
Почва. Создание ГЭС связано с затоплением земельных ресурсов. Всего в настоящее время в мире затоплено более 350 тыс. км2. В это число входят земельные площади, пригодные для сельскохозяйственного использования. Кроме того, в прибрежной полосе водохранилища меняется уровень грунтовых вод, что приводит к заболачиванию местности и исключает использование этой местности в качестве сельскохозяйственных угодий. Эффективным способом уменьшения затопления территорий является увеличение количества ГЭС в каскаде с уменьшением на каждой ступени напора и, следовательно, зеркала водохранилищ.
Гидросфера. Еще одна экологическая проблема гидроэнергетики связана с оценкой качества водной среды. На некоторых водохранилищах развиваются процессы эвтрофикации, в основном обусловленные задержкой большей части питательных веществ, приносимых реками, и сбросом в реки и водоёмы сточных вод, содержащих большое количество биогенных элементов. Вследствие этого в водоёмах усиленно развиваются сине-зеленые водоросли, происходит так называемое цветение воды. В ходе фотосинтеза водоросли потребляют питательные вещества из водохранилища и производят большое количество кислорода. На окисление обильно отмирающих водорослей расходуется большое количество растворённого в воде кислорода, в анаэробных условиях из их белка выделяется ядовитый сероводород, и вода становится мёртвой. Этот процесс развивается сначала в придонных слоях воды, затем постепенно захватывает большие водные массы. Отмершие водоросли придают воде неприятный запах и вкус, покрывают толстым слоем дно и препятствуют отдыху людей на берегах водохранилищ. Массовое размножение, «цветение» водорослей в неглубоких заболоченных водохранилищах делает их воду непригодной ни для промышленного использования, ни для хозяйственных нужд, в ней резко снижается рыбная продуктивность.
Интенсивность развития процесса эвтрофикации зависит от степени проточности водоёма и от его глубины. Как правило, самоочищение воды в озёрах и водохранилищах происходит медленнее, чем в реках, поэтому по мере роста числа водохранилищ на реке её самоочищающая способность уменьшается.
Для ГЭС характерно изменение гидрологического режима рек – происходит изменение и перераспределение стока, изменение уровневого режима, изменение режимов течений, волнового, термического и ледового. Скорости течения воды могут уменьшаться в десятки раз, а в отдельных зонах водохранилища могут возникать полностью застойные участки.
Специфичны изменения термического режима водных масс водохранилища, который отличается как от речного, так и от озёрного. Изменение ледового режима выражается в сдвиге сроков ледостава, увеличении толщины ледяного покрова водохранилища на 15-20%, в то время как у водосливов образуются полыньи. Изменяется тепловой режим в нижнем бьефе: осенью поступает более тёплая вода, нагретая в водохранилище за лето, а весной – холоднее на 2-4оC в результате охлаждения в зимние месяцы. Эти отклонения от естественных условий распространяются на сотни километров от плотины электростанции.
Изменение гидрологического режима и затопление территорий вызывает изменение гидрохимического режима водных масс. В верхнем бьефе массы воды насыщаются органическими веществами, поступающими с речным стоком и вымываемыми из затопленных почв, а в нижнем – обедняются, т.к. минеральные вещества из-за малых скоростей течения осаждаются на дно.
С другой стороны, увеличенный водный объем в водохранилище (без внешних источников загрязнения и при хорошей подготовке ложа) снижает концентрацию загрязняющих веществ, поступающих со сточными водами промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных объектов, поэтому качество воды в водохранилищах достаточно высокое, что позволяет использовать ее для водоснабжения и ирригации.
Животные. Кроме загрязнения объективным показателем качества является состояние обитающих в воде живых организмов. Большие амплитуды колебаний уровней воды на некоторых водохранилищах неблагоприятно сказываются на воспроизводстве рыбы; плотины преграждают путь (на нерест) проходным рыбам.
Наиболее тесно связаны с водными массами планктонные организмы. В условиях верхнего бьефа формируется планктобиоценоз озерного типа, а в условиях нижнего – речного. Как правило, организмы сообществ озерного типа не приспособлены к жизни в реке. В речных условиях течение даже средней силы оказывает губительное влияние на озерные виды организмов. На структуру и динамику планктона влияют и сами гидротехнические сооружения, т.к. при преодолении гидроагрегатов планктон подвергается разрушению.
По данным различных исследований, в долгосрочной перспективе крупные объекты гидроэнергетики могут приводить к локальным изменениям состава и численности биологических ресурсов, переработке берегов, подтоплению населенных пунктов, заболачиванию, засолению, аридизации ландшафтов поймы реки в нижнем бьефе, изменениям в метеорологическом режиме прилегающей территории, активизации движений земной коры, вызывающей небольшие землетрясения, и другим последствиям.