Реки - источник жизни, а не электричества
Фото нашей Ангары... Нажми

О Правилах и расчетах пропуска высоких вод по ним

Принципиальное различие пропуска высоких и рядовых вод заключается в том, что пропуск высоких вод в нашей стране выполнять пока не приходилось. Именно поэтому расчетам пропуска высоких вод не придается особого значения, ошибки в расчетах остаются не выявленными длительное время и тиражируются на новых объектах. О влиянии ошибок в расчетах пропуска высоких вод на пропуск рядовых вод мною написано много, в том числе на сайте "Плотина. Нет!". В данной статье расскажу подробнее о трансформации Правил, оказывающих негативное влияние на расчеты пропуска высоких и рядовых вод.

Принципиальное различие порожнего полезного объема и порожнего резервного объема водохранилища заключается:

- порожний полезный объем, если он рассчитан верно, при пропуске высоких вод позволяет принять в течение года два объема притока воды вероятностью превышения 0,1%: один в период пропуска половодья, а другой в течение пропуска дождевых паводков;

- порожний полезный объем в течение года заполняется и опоражнивается за счет разницы расхода притока и расхода воды через турбины без выполнения холостого сброса воды;

- порожний резервный объем, если он рассчитан верно, при пропуске высоких вод позволяет принять (задерживать на короткое время) всю разницу объема притока в дождевой паводок вероятностью 0,01% + ? и 0,1%: половину объема при заполнении и вторую половину при опорожнении;

- порожний резервный объем в течение года может заполняться и опоражниваться два-три раза в течение дождевых паводков в июле, августе и сентябре за счет разницы притока и сбросного расхода воды в нижний бьеф, то есть с выполнением холостого сброса воды.

Следует различать предполоводную сработку полезного объема водохранилища, которая учитывается в расчетах пропуска высоких вод и на практике выполняется без холостого сброса воды, и холостой сброс воды с пониженного уровня водохранилища, который является основным резервом гидрологической безопасности и часто ошибочно используется при выполнении расчетов пропуска высоких вод для компенсации недостатка порожнего полезного водохранилища.

Следует различать работу турбин с надежно гарантированным средним расходом воды в период заполнения полезного объема водохранилища, который включается в расчет пропуска высоких вод, и необходимость одновременной работы всех или большей части турбин, которая является дополнительным резервом при возникновении непредвиденных обстоятельств.

В справочнике "Гидроэлектростанции Советского Союза" 1967 года издания приведены основные сведения практически по всем гидроузлам, включая самые перспективные гидроузлы будущего [1]. По всем гидроузлам указаны расчетные сбросные расходы воды в нижние бьефы, рассчитанные для притоков воды вероятных 1 раз за 1000 лет (при ежегодной вероятности превышения расхода притока воды 0,1%), то есть для основного расчетного случая.

Например, для Красноярского гидроузла расчетный сбросной расход воды в нижний бьеф (0,1%) составлял 33400 м3/с при НПУ 243,0 м и полезном объеме водохранилища 30,4 км3, для Саяно-Шушенского гидроузла 19100 м3/с при НПУ 540,0 м и полезном объеме водохранилища 15,3 км3, для Куйбышевского (Жигулевского) гидроузла 67000 м3/с при НПУ 53,0 м и полезном объеме водохранилища 34,6 км3.

Если гидроузел строился раньше, чем многие гидроузлы в верховье, то пропускную способность гидроузла увеличивали. Например, пропускная способность Куйбышевского (Жигулевского) гидроузла была увеличена до 87000 м3/с.

В справочнике, естественно, отсутствовали форсированные подпорные уровни (ФПУ), необходимость в которых тщательно обосновывалась при дальнейшем проектировании. Учитывались местные условия: неравномерность притока воды, вероятная величина расхода и объема притока воды в трудно прогнозируемые дождевые паводки, возможность увеличения высоты плотины и т.д.

Сегодня в официальных источниках по Саяно-Шушенскому гидроузлу указываются:

По сведениям РусГидро: УМО 500,0 м, НПУ 537,5 м, ФПУ 537,5 м, полезный объем водохранилища 13,815 км3, резервный объем водохранилища отсутствует.

По сведениям Росводресурсы и Енисейского БВУ: УМО 500,0 м, НПУ 539,0 м, ФПУ 540,0 м (544,5 м – проектный ФПУ по уточненному диспетчерскому графику АО Ленгидропроекта № 17-03-345 от 12.08.2003 г).

Прежние СНиП 2.06.06-85 (введены взамен СНиП II-54-77) предписывали:

3.29. Длину водосливного фронта плотины, размеры и число пролетов поверхностных и глубинных водопропускных устройств следует принимать на основании сравнения технико-экономических показателей вариантов в зависимости от величины сбросного расхода основного расчетного случая и изменения уровней воды в нижнем бьефе, вызываемого деформациями русла и берегов.

5.29. Исходя из основного расчетного случая на основании технико-экономических расчетов устанавливаются общая длина водосливного фронта, типы, число и размеры поперечных сечений водопропускных сооружений, значения удельных расходов воды, основные параметры сооружений нижнего бьефа.

5.31. Величины и порядок открытия затворов следует назначать исходя из необходимости получения в нижнем бьефе условий, которые не потребуют дополнительных мероприятий для защиты сооружений и прилегающих к ним участков русла по сравнению с основным расчетным случаем.

Именно поэтому в справочнике “ Гидроэлектростанции Советского Союза” 1967 года выпуска по всем гидроузлам расчетный максимальный сбросной расход воды в нижние бьефы указан для ежегодной вероятности превышения расхода притока воды 0,1%, то есть для основного расчетного случая.

Расчеты пропуска расходов притока вероятностью превышения менее 0,1% (0,01% и 0,01 + ?) заключались в определении резервного объема водохранилища, способного снизить расход притока воды до величины расчетного сбросного расхода воды в нижний бьеф (0,1%), указанного в справочнике.

В 1972 году было утверждено "Положение о порядке использования водных ресурсов водохранилищ СССР", в состав которого впервые был включен раздел № 9, определяющий порядок пропуска высоких вод через сооружения гидроузла [2].

Казалось бы, что поправки, вносимые в новые редакции строительных норм и правил (СНиП) после 1972 года, когда впервые обратили внимание на особенности расчета пропуска высоких вод, должны были ужесточать требования к расчетам. Но на самом деле все пошло, наоборот, на снижение этих требований.

“Срезка высоких половодий водохранилищами производится, как правило, на ветви подъема гидрографа при превышении расходом притока Qприт допустимого или заданного значения. Когда Qприт на ветви спада становится равным максимальному сбросному расходу воды, подъем уровня воды в водохранилище (у плотины) прекращается. Если расход притока воды превышает расчетный сбросной расход воды в нижний бьеф, то разрешается кратковременное заполнение резервного объема водохранилища. При дальнейшем понижении притока и сохранении тех же максимальных Qсбр уровень воды в водохранилище снижается до НПУ”, - разъясняют суть процесса регулирования методические указания [2].

В этом разъяснении отсутствует одно очень важное предложение (допечатано красным цветом). По этому разъяснению получается, что максимальный сбросной расход воды в нижний бьеф рассчитывается при заполнении водохранилища до ФПУ. По сути, роль резервного объема водохранилища в расчетах пропуска высоких вод сведена к простой добавке к полезному объему водохранилища. Между тем, резервному объему водохранилища обязана отводиться особая роль в пропуске высоких вод.

Если прежние СНиП 2.06.01.86 “Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования” п.2.12 предписывали:

Пропуск расчетного расхода воды для поверочного расчетного случая надлежит обеспечивать при наивысшем технически и экономически обоснованном форсированном подпорном уровне (ФПУ)”.

То в новые СНиП 33-01-2003 “Гидротехнические сооружения. Основные положения” п. 5.4.4 внесены, на первый взгляд, малозначительное изменение формулировки и уточнение:

Пропуск поверочного расчетного расхода воды должен осуществляться при наивысшем технически и экономически обоснованном форсированном подпорном уровне (ФПУ).

Вместо пропуска расчетного расхода воды, определяемого при вероятности превышения 0,1% (основной расчетный случай), оказывается, что теперь необходимо осуществлять пропуск поверочного сбросного расхода воды, определяемого при вероятности превышения 0,01% + ? (поверочный расчетный случай), который почти в два раза выше первого.

Учебники разъясняют:

“В период половодья (паводка) в целях предотвращения наводнения в нижнем бьефе часть излишков воды временно задерживается в водохранилище. При этом происходит некоторое превышение уровня воды сверх НПУ, то есть уровень воды повышается до отметки форсированного подпорного уровня (ФПУ), а между ФПУ и НПУ образуется объем форсировки Vф. Максимальные расходы уменьшаются, паводок трансформируется (распластывается) в гидрограф сбросных расходов”, [3].

Расчетные расходы и объемы стока воды с площади водосбора 179000 км2 в Саяно-Шушенское водохранилище, откорректированные Ленгидропроектом ([4], стр. 16) и приведены в таблице 1. Эти сведения будут использованы ниже для расчета полезного объема, резервного объема и расчетного максимального сбросного расхода воды в нижний бьеф.

Таблица 1

Ежегодные вероятности превышения расчетных максимальных расходов

5%

1%

0,1%

0,01%

0,01% + ?

Половодье, апрель-июнь, м3

10800

13500

17600

21700

23900

Объем стока за 10 суток, км3

7,80

9,70

12,70

15,82

17,6

За 20 суток

13,10

16,00

20,50

24,71

27,60

За 30 суток

17,40

20,90

25,90

31,22

34,10

За 153 суток

48,70

53,80

60,00

66,10

68,20

По прежним СНиП 2.06.01.86 п. 2.11 и новым СНиП 33.01-2003 п. 5.4.3 пропуск расчетного расхода воды для основного расчетного случая (половодье и дождевые паводки ежегодной вероятностью превышения 0,1%) должен обеспечиваться, как правило, при нормальном подпорном уровне (НПУ).

Согласно СНиП расчеты пропуска половодий и дождевых паводков обязаны исходить из выполнения обязательного условия: заполнение порожнего объема водохранилища от УМО до НПУ должно начинаться и проходить при надежно гарантированном среднем расходе воды через турбины ГЭС, но без выполнения холостого сброса воды.

Для выполнения такой роли порожний полезный объем водохранилища обязан принимать весь объем притока воды в половодье (длительность половодья на Енисее 30 суток) за вычетом объема, использованного при среднем надежно гарантированном расходе воды через турбины.

Для Саяно-Шушенского гидроузла полезный объем водохранилища должен быть равным 25,9 - 5,44 = 20,46 км3, где 25,9 км3 – объем притока воды в половодье длительностью 30 суток при ежегодной вероятности превышения 0,1% (таблица 1), а 5,44 км3 – объем воды через турбины в течение половодья длительностью 30 суток.

Для выполнения вышеуказанной миссии резервный объем водохранилища должен быть равен половине разницы объемов притока воды в половодье ежегодной вероятностью превышения 0,01% + ? и 0,1%.

Для Саяно-Шушенского гидроузла резервный объем водохранилища обязан быть равным (34,1 – 25,9) : 2 = 68,2 – 60,0) : 2 = 4,1 км3 (таблица 1).

Максимальный расчетный сбросной расход воды в нижний бьеф обязан быть не выше разницы расходов ежегодной вероятностью превышения 0,01% + ? и 0,1%.

Для Саяно-Шушенского гидроузла расчетный сбросной расход воды в нижний бьеф при наличии полезного объема водохранилища 20,46 км3 и резервного объема 4,1 км3 не мог быть выше 23900 – 17600 = 6300 м3/с (таблица 1).

Трансформация половодий и дождевых паводков производится водохранилищем с целью задержки пиковой части паводка и уменьшения наводнения на реке ниже водохранилища.

В новых Правилах нет различия между предполоводной сработкой полезного объема водохранилища, которая учитывается в расчетах пропуска высоких вод и на практике выполняется без холостого сброса воды, и холостым сбросом воды с пониженного уровня водохранилища, который ошибочно используется при выполнении расчетов пропуска высоких вод параллельно с заполнением полезного объема водохранилища.

Прежние СНиП 2.06.01-86 “Гидротехнические сооружения. Основные положения” п.п. 2.11, 2.12 обязывали пропуск расчетных расходов воды обеспечивать при одновременной работе всех турбин ГЭС.

В СНиП 33-01-2003, п.5.4.3 введенных взамен СНиП 2.06.01-86, изменены требования к учету пропускной способности гидроагрегатов в расчетах пропуска высоких вод. Теперь величина расхода воды через турбины должна быть обоснована при проектировании каждого конкретного гидроузла в зависимости от количества агрегатов гидроэлектростанции, условий ее работы в энергосистеме, вероятности аварийных ситуаций на ГЭС, а также фактического напора на ГЭС.

Это Правило изменено, потому что работа турбин ошибочно представляется необходимой для срезки пика половодья, а на самом деле кратковременная работа всех турбин должна решать проблему срезки трансформированного (сниженного) в порожнем полезном объеме водохранилища пика расхода притока воды.

Расчетные максимальные сбросные расходы воды в нижний бьеф и уровни водохранилища при пропуске весеннего половодья и дождевых паводков через сооружения Саяно-Шушенского гидроузла по расчетам Ленгидропроекта (таблица 2, заимствованная в [4], стр. 457), выполненным с учетом заполнения водохранилища до уровня 539,5 м и холостого сброса воды, начиная с уровня 510,0 м, оказываются почти в два раза выше пропускной способности нижнего бьефа, представляющего Майнское водохранилище суточного регулирования.

Таблица 2

Вероятность превышения расходов, %

Отметка УВБ открытия водосброса, м

Максимальные расходы воды, м3

Уровень

воды, м

притока

ГЭС

водосброс

сумма

Весеннее половодье (май - июнь)

0,01% + ?

0,1

1,0

510,0

510,0

520,0

23900

17600

13500

2100

2100

2100

11200

4900

4900

13300

7000

7000

539,5

539,0

539,0

Дождевые паводки (июль)

0,01% + ?

0,1

1,0

535,0

535,0

535,0

15200

11500

9025

2100

2100

2100

11200

4900

4900

13300

7000

7000

539,5

539,1

538,7

Дождевые паводки (август)

0,01% + ?

0,1

1,0

538,0

538,0

538,0

9600

8200

6270

2100

2100

2100

6100

4900

2100

8200®

7000

4200

539,0

538,2

537,5

                 

® Допускается снижение расхода через водосбросы до 4900 м3/с, что приведет к повышению УВБ до отметки 539,5 м.

Раннее включение водосбросов в работу (® к таблице 2) означает необходимость начала холостого сброса воды не позже 20 мая с уровня 520,0 м при прогнозе притока воды в половодье ?30 км3 или с уровня 510,0 м при прогнозе притока ?30 км3 (таблица 3, [4], стр.456) с расходом воды по напору и со средним расходом воды через водосбросы не ниже 11050 м3/с в течение всего периода пропуска высоких вод (таблица 4).

Таблица 3

T V

20.05

01.06

11.06

21.06

01.07

11.07

21.07

01.08

01.09

11.09

?30км3

520,0

520,0

522,2

532,3

535,0

536,1

536,9

537,5

538,0

539,0

?30км3

510,0

511,0

527,5

532,7

535,0

536,1

536,9

537,5

538,0

539,0

Расчет среднего расхода воды через эксплуатационный и дополнительный береговой водосбросы, м3/с при изменении напора (таблица 4).

Таблица 4

Уровень

510,0

515,0

520,0

522,5

525,0

527,0

530,0

532,0

Qср

Расход

9000

9800

10600

10800

11200

11400®

12800®

12800®

11050

® Расход воды через оба водосброса

Чрезвычайно важный вывод был сделан на научно-технической конференции в 1986 году, которая обсуждала проблемы Саяно-Шушенского гидроэнергетического комплекса: “В процессе строительства схема пропуска расходов уточнялась, и продолжительность работы водобойного колодца увеличивалась. Это привело к отрицательным последствиям, оценить заблаговременно которые не представлялось возможным”,[5],стр.10.

Пропуск рядового притока воды в 2006 году сопровождался работой водосброса Саяно-Шушенской ГЭС в течение 72 суток, пропуск высоких вод в нынешних условиях будет продолжаться значительно дольше со сбросным расходом 13300 м3/с и выше.

Отрицательные последствия уточнения схемы пропуска расходов, к сожалению, недооценены до сих пор. Ярким примером может служить создание Майнского водохранилища, создающего подпор, и строительство дополнительного берегового водосброса вместо дополнительного водохранилища в верховье.

Если заполнение водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС будет разрешено только до уровня 537,5 м, то начинать холостой сброс воды следовало еще раньше. На 28 мая 2013 года уровень воды в водохранилище 515,45 м, то есть “точка невозврата”, о которой говорил Б.Н.Юркевич, уже пройдена.

Литература:

[1] “Гидроэлектростанции Советского Союза”, Часть 1, Справочник, типография института Гидропроект, М., 1967г.

[2] Методические указания по составлению правил использования водных ресурсов водохранилищ гидроузлов электростанций, введенные с 01.01.2000

[3] В. Е. Мусохранов, Т. Н. Жачкина, Регулирование стока половодий и паводков.Барнаул : Изд-во АГАУ, 2007.

[4] А.И.Ефименко, Г.Л.Рубинштейн “Водосбросные сооружения Саяно-Шушенской ГЭС”. СПб: Изд-во ОАО «ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева», 2008.

[5] Решение проблем Саяно-Шушенского гидроэнергокомплекса. Материалы научно-технической конференции 1986 года, Ленинград, Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1987.

Владимир Иннокентьевич Бабкин,
заместитель генерального директора Саяно-Шушенской ГЭС (1978 – 2001 гг.), участник создания и эксплуатации всех гидроузлов на Енисее с 01.06.1962 года,
специально для "Плотина.Нет!"

Новости по теме:

  • СШГЭС: безопасность декларируется, но не гарантируется
  • Эксплуатация СШГЭС в нынешних проектных режимах недопустима
  • Саяно-Шушенская ГЭС после восстановления: и снова на красный?
  • СШГЭС: за неделю уровень водохранилища поднялся на 4,5 метра
  • СШГЭС: за неделю уровень водохранилища поднялся на 2,5 метра
  • 1 мнение

    1 Владимир { 30.05.2013 в 09:58 }

    В оригинале статьи красным цветом было дополнено мною предложение: Если расход притока воды превышает расчетный сбросной расход воды в нижний бьеф, то разрешается кратковременное заполнение резервного объема водохранилища.

    В связи со спам-атакой все комментарии со ссылками автоматически отправляются на модерацию. Разрешенный HTML-код: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <code> <em> <i> <strike> <strong>