Саяно-Шушенская ГЭС и ошибки "Ленгидропроекта"

С 1997 года из-за состояния плотины Саяно-Шушенской ГЭС запрещено заполнять водохранилище выше уровня 540,0 м (до этого разрешалось заполнять до уровня 544,5 м). Это беспрецедентный случай в гидроэнергетике. Если не будут созданы водохранилища в Туве, то нельзя исключать заполнения Саяно-Шушенского водохранилища до уровня 544,5 м и даже перелива воды через гребень плотины СШГЭС с непредсказуемыми последствиями:

Я убежден, что Саяно-Шушенский гидроузел не обладает достаточным запасом пропускной способности, а принятая схема заполнения водохранилища ошибочна, что может привести к непредсказуемым последствиям в случае прохождения мощных половодий и паводков. Для увеличения безопасности я давно предлагаю построить водохранилища в верховьях Енисея. Это единственный способ исправить положение на Енисее, одновременно повышающий эффективность использования стока воды на выработку электроэнергии и мощности ГЭС.

Продолжающиеся землетрясения в Саянах лишний раз подтверждают необходимость строительства плотин для задержания объема воды в верховье Енисея до сентября, с пропуском которого без аварии не может справиться гидроузел. Современные технологии позволяют строить плотины в сейсмически активных районах.

Мое образование и мой опыт, полученный при создании и эксплуатации всех гидроузлов на Енисее, вполне позволяют выявлять нарушения строительных норм и правил (СНиП), допущенные «Ленгидропроектом» при первоначальном расчете пропуска половодий и дождевых паводков через Саяно-Шушенский гидроузел, а также при последующих перерасчетах после нескольких аварий и катастрофы на Саяно-Шушенской ГЭС 17 августа 2009 года.

Возможно, кто-то думает, что мне доставляет удовольствие писать об ошибках «Ленгидропроекта». Мои расчеты кричат об этом, а заявления главного инженера ОАО «Ленгидропроект» Бориса Юркевича не просто голословны, но и противоречат выводам, изложенным в Акте приемки Саяно-Шушенского гидроэнергетического комплекса в эксплуатацию в 2000 году, и даже выводам его коллег по работе.

Отвечу на все вопросы, на которые в своем интервью ответил Борис Юркевич, и в той последовательности, в которой они были заданы, хотя по важности я бы поставил на первое место третий вопрос.

1. Сколько воды может пропустить через себя Саяно-Шушенская ГЭС?

В Акте Центральной комиссии по приемке в эксплуатацию Саяно-Шушенского гидроэнергетического комплекса [1] особо отмечено:

«Водобойный колодец, восстановленный после разрушений крепления его дна в 1985 и 1988 годах, не обладает необходимой надежностью при пропуске расходов более 5000 м³/с».

Проектная организация вынуждена признать, что «ввод в эксплуатацию дополнительного водосброса, рассчитанного на пропуск расхода 4000 м³/с, не снижает актуальности мероприятий по обеспечению безопасности использования основных водосбросов при прохождении паводков обеспеченностью менее 5%. Следует отметить, что отсутствие пирсов-растекателей, разработанных в соответствии с решением Минэнерго СССР, до сих пор не позволяет обеспечить необходимое повышение надежности крепления колодца в его активной зоне», — констатируют в итоге проектировщики ([2], стр.485, 487).

«После сброса паводковых расходов 2006 г. отмечалось продолжающееся разрушение полимерного покрытия, размыв кромок строительного шва в створе 40-й секции (ширина 10-60 см на глубину 8 см), в створе 46-й секции на расстоянии около10 м от пандуса локальное разрушение бетона объемом 28 м³ на глубину до 1 м» ([2], стр.470).

Главный инженер «Ленгидропроекта» Борис Юркевич не имел никакого права суммировать пропускную способность Саяно-Шушенского гидроузла до величины 19400 м³/с.

Во-первых, нет никакого основания признавать безопасным для состояния водобойного колодца расход 7500 м³/с, поскольку в 2006 году расход кратковременно достигал только 5260 м³/с ([2], стр.461) и делать выводы о надежности колодца без испытаний на основании расчета и лабораторных исследований недопустимо.

Во-вторых, при пропуске половодья из-за нарушения СНиП при расчетах применяется ошибочная схема регулирования, использующая холостой сброс воды с пониженного уровня водохранилища, поэтому сначала обязан перегружаться расходом выше 7500 м³/с водосброс с глубинным водозабором и его водобойный колодец. Пороги берегового водосброса запроектированы высоко на уровне 524 м, то есть компоновка берегового водосброса не согласована с ныне применяемой ошибочной схемой регулирования, а пригодна для пропуска половодья в соответствии СНиП. Береговой водосброс оказался статистом при пропуске половодья.

В-третьих, для того, чтобы получить пропускную способность Саяно-Шушенского гидроузла, равную 2100 + 4000 + 13300 = 19400 м³/с, необходимо перегружать плотину СШГЭС, то есть заполнять водохранилище до уровня 544,5 м (выше ФПУ на 4,5 м).

В-четвертых, нижний бьеф Саяно-Шушенской ГЭС начинает затапливаться при сбросном расходе воды 7000 м³/с, о чем говорит сам Борис Юркевич при ответе на последний вопрос.

Я расчетами доказываю необходимость снижения максимального сбросного расхода воды в нижний бьеф до величины 11400 м³/с (5300 – эксплуатируемый водосброс, 4000 – береговой водосброс, 2100 –турбины ГЭС) за счет задержания части объема притока воды в верховье Енисея в Туве в специально созданных регулирующих емкостях (водохранилищах) пока без ГЭС и схем выдачи мощности. Такие предложения обусловлены сокращением времени на строительство, которого даже в этом случае потребуется не менее 4-5 лет. А затягивать строительство дальше нельзя.

Мои предложения позволят коренным образом изменить всю ситуацию на Енисее: схема регулирования будет соответствовать СНиП, холостой сброс воды будет выполняться крайне редко и только в многоводные годы, будут созданы условия для регулирования скорости заполнения водохранилища, в котором нуждается плотина, как правило без проведения холостого сброса воды, береговой водосброс станет активным участником при пропуске половодий, увеличится выработка электроэнергии и мощности ГЭС, в том числе в зимнее время года.

С 1997 года по состоянию плотины Саяно-Шушенской ГЭС запрещено заполнять водохранилище выше уровня 540,0 м (до этого разрешалось заполнять до уровня 544,5 м). Это беспрецедентный случай в гидроэнергетике. Если не будут созданы водохранилища в Туве, то нельзя исключать заполнения Саяно-Шушенского водохранилища до уровня 544,5 м и даже перелива воды через гребень плотины СШГЭС с непредсказуемыми последствиями.

Сейчас при сбросном расходе воды в нижний бьеф более 7000 м³/с начинается затопление объектов в нижнем бьефе, Майнский гидроузел не способен пропускать более 15900 м³/с, прибрежная застройка поселка Черемушки при этом вся оказывается под водой, нижний бьеф Майнского гидроузла тоже. Разве в этих условиях можно стоять и ждать, когда сбросной расход воды в нижний бьеф СШГЭС превысит 19000 м³/с?

«Максимальный приток, вероятность которого оценивается реже, чем 1 раз в 10000 лет, составляет около 25000 м3/с, из которых около 13000 м3/с планируется сбрасывать, а остальное — аккумулировать в водохранилище», – утверждает кандидат технических наук Борис Юркевич. Аккумулировать можно объем воды, но не расход. Это замечание простого инженера.

На самом деле речь могла идти о трансформации (снижении) максимального расхода притока воды 25000 – 25300 м³/с в полезном объеме водохранилища, равном 15,3 км³.

Об этом пишут сами проектировщики:

«В материалах к техническому проекту основных сооружений, выполненных в 1968-1970 гг. Ленгидропроектом с участием ВННИГ, прорабатывались разные варианты конструкций эксплуатационных водосбросов. В варианте с поверхностными водосбросами зарегулированный расход в нижний бьеф, включая и турбинные расходы ГЭС, составлял 21600 м³/с при естественном притоке в водохранилище 25300 м³/с.

Увеличение сбросных расходов в нижний бьеф более чем на 5000 м³/с могло привести к существенному повышению уровней в нижнем бьефе и повлечь за собой увеличение объема работ по переустройству и защите городов Абакана и Минусинска, жилых поселков и промышленных предприятий.

Решение об эксплуатационных глубинных водосбросах в теле плотины СШГЭС принималось с учетом следующих основных положений:

— глубинные водосбросы в условиях достаточно емкого водохранилища с годичным регулированием стока реки позволяют производить планируемые сбросы расходов половодья при пониженных уровнях нижнего бьефа. К моменту прохождения пика половодья водохранилище располагает достаточной резервной емкостью, позволяющей уменьшить сбрасываемый через гидроузел расход (таблица 1);

— при чрезвычайных обстоятельствах глубинные водосбросы обеспечивают сработку водохранилища почти на 60 м». ([2], стр. 17,18).

Основные расчетные расходы и уровни водохранилища, принимавшиеся при проектировании, строительстве и эксплуатации гидроэлектростанции представлены в таблице 1 ([2], стр. 18):

Расходы холостых сбросов через плотину установлены с учетом раннего включения в работу эксплуатационных водосбросов.

Согласно СП 33.01-2003, п. 5.31 гарантийная поправка (?) к обеспеченности расхода притока воды 0,01% может изменяться от нуля до максимума 20%, поэтому так разнятся значения P = 0,01% + ? в разных источниках.

Вовсе не случайно Борис Юркевич приводит суммарную пропускную способность Саяно-Шушенского гидроузла, равную 19400 м³/с. Такая величина сбросного расхода воды вполне реальна при нынешней схеме регулирования. Планирование сбросов расходов особого труда не представляет, а вот их реализация на практике невозможна по многим причинам, в том числе по причинам, изложенным ниже.

2. Каким документом регламентируется график заполнения водохранилища СШГЭС? Кто его разрабатывает и утверждает?

Режим заполнения водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС регламентируется контрольными уровнями наполнения водохранилища в зависимости от прогноза объема притока половодья и паводков, разработанными Ленгидропроектом (таблица 2, [2], стр. 456):

С точки зрения теории недопустима привязка притока воды к календарю (половодья бывают ранние и поздние, а дождевые паводки вообще не предсказуемы). Такая методика регулирования невыполнима на практике по многим причинам.

Например, получен заниженный прогноз притока воды (такое на практике встречалось часто и об этом пишет В.И.Брызгалов [3], стр.149), поэтому на 01.06 уровень достиг 520,0 м, а на самом деле приток воды экстремально высокий, для которого должны были иметь уровень ниже 510,0 м. Поправить положение уже нельзя, поскольку расчет уровней («точек невозврата») предполагает максимальную пропускную способность водосброса при данном уровне водохранилища (напоре).

Прежние расчеты пропуска половодья исходили из условия участия максимального числа факторов в формировании притока воды, включая наложение многоводного дождевого паводка. Длительность такого половодья увеличивалась до 45 суток, а объем притока воды доходил до 45-46 км³. Появление второго многоводного дождевого паводка сразу за таким половодьем считалось маловероятным, поэтому для его трансформации (снижения) резервный порожний объем водохранилища не предусматривался.

Снижение «Ленгидропроектом» длительности половодья до 30 суток и объема притока до 34,1 км³ ([2], стр.16) обязывает сохранять запас порожней емкости для трансформации многоводного дождевого паводка. Создание запаса порожней емкости в нынешних условиях представляется невыполнимой на практике задачей.

3. При пропуске половодий редкой повторяемости планируется начинать сброс воды до заполнения водохранилища. Бабкиным высказывается предположение, что такая схема не соответствует действующим нормативным документам. Так ли это?

Я не предполагаю, а точно знаю, что такая схема не соответствует действующим нормативным документам.

Нормативные документы (СНиП и др.) определяют требования к расчетам, на основе которых составляются инструкции по эксплуатации. Эти требования никогда не допускали выполнение холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища при пропуске максимального расхода притока воды вероятностью 0,01% + ? (поверочный случай).

Прежние СНиП 2.06.01-86 допускали пропуск максимальных расходов вероятностью 0,1% (основной случай) при уровнях верхнего бьефа, отличающихся от НПУ, но в новых СНиП 33-01-2003 это допущение отсутствует.

На практике руководствуются инструкциями, которые действительно обязывают начинать холостой сброс воды с пониженного уровня водохранилища. Но это свидетельствует только о том, что нарушены требования нормативных документов при расчетах.

Кстати, эти нарушения не такие уж безобидные. Каждое очередное снижение уровня начала холостого сброса воды, по сути, означает смещение так называемой «точки невозврата», уловить которую на практике при нынешнем уровне достоверности прогноза притока воды невозможно. Вероятность точного прогноза притока воды чрезвычайно мала, особенно прогноза дождевого паводка. Согласно основам теории вероятностей и теории ошибок определить «точку невозврата» в условиях малой вероятности расчетной гидрологической величины и малой вероятности точного прогноза притока воды практически невозможно.

Это с одной стороны. А с другой — каждое очередное снижение уровня начала холостого сброса воды, по сути, означает очередное увеличение объема холостого сброса воды по сравнению с расчетом по СНиП.

С третьей стороны — каждое очередное снижение уровня начала холостого сброса воды, по сути, означает одновременное снижение основных расчетных параметров гидрологической безопасности гидроузла и использование резерва безопасности гидроузла, предназначенного на непредвиденные случаи.

Повторяю: поправить положение уже нельзя, поскольку расчет уровней («точек невозврата») предполагает максимальную пропускную способность водосброса при данном уровне водохранилища (напоре).

А все вместе это означает грубейшее нарушение СНиП при расчетах, создающее видимость благополучия. Пропуск половодья и дождевого паводка на Енисее в 2006 году – яркое проявление этих нарушений СНиП Ленгидропроектом.

4. Необходимость строительства гидроузлов на Верхнем Енисее обосновывается, в том числе, и тем, что ниже по течению от СШГЭС имеется много объектов, затапливаемых при больших расходах воды.

При паводке, случающемся раз в 10000 лет, возможны более существенные затопления, носящие катастрофический характер для самого гидроузла (разрушение водобойного колодца, сползание потенциально неустойчивого скального массива левого берега, заполнение объема в верхней части водохранилища и даже перелив воды через гребень плотины с непредсказуемыми последствиями для плотины и ГЭС) и всего нижнего бьефа, включая Красноярский гидроузел и город Красноярск. Необходимо снижать сбросной расход воды в нижний бьеф.

При больших расходах воды (выше 5000 м³/с) в водобойном колодце водосброса сосредотачивается колоссальная энергия, в том числе в форме знакопеременных динамических усилий, способных мгновенно разрушить не только водобойный колодец, но способных послужить спусковым крючком к возникновению резонансных проявлений в любой отдельной конструкции, в том числе в плотине и водопроводящем тракте гидроагрегата.

5. Используется ли схема с заблаговременным началом холостых сбросов на других водохранилищах в России и в мире?

Вопрос задан по практике регулирования, а я веду речь об ошибках в расчетах. Нельзя смешивать расчеты и практику начала холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища как это делает Борис Юркевич. Такая практика вполне естественна, поскольку могут быть обнаружены ошибки в расчетах, может приток воды оказаться выше принятого в расчетах, может произойти авария на плотине, водосбросе, на ГЭС, в нижнем бьефе, в энергосистеме. И тогда нет другого способа избежать катастрофы, кроме начала холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища, которое является резервом безопасности гидроузла.

Но этот резерв создается только в том случае, когда расчеты выполнены строго по СНиП, то есть когда холостой сброс воды начинается после заполнения полезного объема водохранилища. Чтобы привести Саяно-Шушенский гидроузел в соответствие требованиям СНиП, необходимо увеличить емкость водохранилища. А это можно сделать только путем создания водохранилищ в верховье в Туве.

«Ленгидропроект» не признает существования простого правила природы, обязывающего начинать строительство гидроузлов от верховий к устью, хотя оно прописано в СНиП. Его приводит Борис Юркевич, но не понимает его сути. Повторю этот ответ специалиста с ученым званием:

Нам известна позиция Бабкина, состоящая в том, что водохранилище должно обеспечить прием всего объема любого паводка, даже при отсутствии каких-либо мероприятий по сбросу воды через водосброс. Это противоречит пункту 5.4.2 СНиП 33-01-2003, где сказано «Расчетный расход воды, подлежащий пропуску в процессе эксплуатации через постоянные водопропускные сооружения гидроузла, следует определять исходя из расчетного максимального расхода, полученного в соответствии с пунктом 5.4.1, с учетом трансформации его создаваемыми для данного гидротехнического сооружения или действующими водохранилищами». Трансформация паводка осуществляется путем выполнения действий, предписываемых «Правилами использования водохранилища». Такова существующая на сегодня практика. Так спроектированы все ГЭС России, такая же практика существует на зарубежных ГЭС.

У меня в книге и статьях написано:

«Если расчеты пропуска половодья обеспеченностью 0,01% + ? (вероятность события 1 раз за 10000 лет) выполнены в полном соответствии СНиП, то холостой сброс воды обязан начинаться после заполнения полезного объема водохранилища до нормального подпорного уровня (НПУ) и продолжаться весь период заполнения до форсированного подпорного уровня (ФПУ) и последующего быстрого опорожнения до НПУ, то есть весь период заполнения и опорожнения резервного объема водохранилища».

Эта моя формулировка полностью соответствует СНиП 33-01-2003, п. 5.4.2, смысл которой главный инженер «Ленгидропроекта», очевидно, не понимает. Далее он снова говорит о практике регулирования и правилах использования водохранилищ (снова о практике), не делая различия с выполнением расчетов гидрологической безопасности.

Водохранилище не должно обеспечить прием всего объема любого паводка, тем более при отсутствии каких-либо мероприятий по сбросу воды через водосброс. Это и так ясно любому человеку без специального образования.

По моим сведениям в расчетах схема с заблаговременным началом холостых сбросов используется только на объектах, которые проектировал «Ленгидропроект». Это его изобретение.

6. Бабкиным высказываются предположения о том, что при проектировании Саяно-Шушенской ГЭС были допущены ошибки в расчетах ее гидрологической безопасности. Так ли это?

Выражение «гидрологическая безопасность», «резерв гидрологической безопасности» и им подобные, действительно, отсутствуют в нормативной документации, но их значение подробно описано на основе общепринятых терминов.

Повторяю, моя позиция состоит в том, что полезный объем водохранилища обязан обеспечить трансформацию расхода притока воды до допустимого по условиям нижнего бьефа сбросного расхода без выполнения холостого сброса воды. Холостой сброс воды должен начинаться при НПУ, продолжаться в течение заполнения резервного объема до ФПУ и последующего снижения уровня до НПУ.

Именно так выполнены расчеты московским «Гидропроектом» на ангарских гидроузлах, включая Богучанский гидроузел. Ангару, зарегулированную Байкалом, начали осваивать по правилу от верховий (это правило напрочь отвергается «Ленгидропроектом» на Енисее и других реках).

7. Существует мнение, что опыт пропуска дождевого паводка летом 2006 года показал ошибочность принятой схемы работы водохранилища.

А это вовсе не мнение, а факт. Никаких особых обстоятельств задерживать начало холостого сброса воды не существовало, кроме запрета, записанного в инструкции. Инструкция запрещала холостой сброс воды, потому что скорость заполнения водохранилища была ниже указанной в инструкции. А инструкция составлена неверно, о чем говорят мои расчеты.

Главный инженер «Ленгидропроекта» Борис Юркевич не имел права заниматься арифметическим сложением пропускной способности водосбросов и турбин. Он должен был давно ставить вопрос снижения притока воды в Саяно-Шушенское водохранилище, поскольку емкость водохранилища изначально была малой, а с 1997 года еще уменьшилась на 3 км³. Задержание части объема притока воды в верховье в Туве (даже без ГЭС) – благо для всех енисейских гидроузлов и единственный выход в сложившемся положении.

Переход на схему регулирования согласно СНиП, при которой холостой сброс воды начинается только после заполнения водохранилища до НПУ, позволяет повысить эффективность использования берегового водосброса при пропуске половодья (сегодня он находится в роли статиста).

Задержание части объема притока воды в верховье в Туве (даже без ГЭС) одновременно повышает все показатели енисейских гидроузлов: безопасность, выработку электроэнергии и мощности ГЭС. Одновременно решается проблема безопасности нижнего и верхнего бьефа.

Я в свое время писал письмо губернатору Красноярского края Александру Хлопонину, в котором предлагал отложить завершение строительства Богучанской ГЭС до лучших времен, а вплотную заняться повышением безопасности Саяно-Шушенского гидроузла, но его помощники не придали значения моим предупреждениям. Сам губернатор, как водится, мое письмо, скорее всего, не читал…

Литература:

[1] Акт приемки в эксплуатацию законченного строительством Саяно-Шушенского гидроэнергетического комплекса на реке Енисей, п. Черемушки, 2000/РАО ”ЕЭС России”. Центральная комиссия по приемке в эксплуатацию Саяно-Шушенского гидроэнергетического комплекса.

[2] Ефименко А. И., Рубинштейн Г. Л. Водосбросные сооружения Саяно-Шушенской ГЭС. — СПб: Издательство ОАО «ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева», 2008

[3] Брызгалов В.И. Из опыта создания и освоения Красноярской и Саяно-Шушенской гидроэлектростанций. Сибирский издательский дом ”Суриков”, Красноярск, 1999.

Владимир Иннокентьевич Бабкин,
заместитель генерального директора Саяно-Шушенской ГЭС с 1978 по 2001 год,
специально для «Плотина.Нет!»