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

СШГЭС и паводок: по неизведанному пути

Нельзя исключать  увеличение расхода воды через Саяно-Шушенский водосброс выше 5500 м3/с. Это  неизвестный, не испытанный, не изученный до мельчайших подробностей путь. Известно лишь, что проводились опыты на модели, которые показывали на возможность увеличения расхода до 7500 м3/с.  Но это всего лишь опыты, но не полномасштабные испытания.

После разрушений дна водобойного колодца Саяно-Шушенской ГЭС в 1985 и 1988 году был сделан вывод: рассчитывать на целостность крепления дна колодца при продолжительном пропуске потока с открытием затворов на 100% нельзя.

Данные показаний приборов позволили еще до реконструкции колодца СШГЭС представить четкую картину происходящего процесса разрушения дна колодца в предыдущие годы. На участке примыкания сбросного потока к поверхности дна колодца в межстолбчатые швы проникает осредненная и пульсационная составляющие гидродинамического давления. Дальше на верховой грани блоков происходит отрыв потока, сопровождающийся понижением давления и возникновением вакуума на поверхности блоков.

Под действием динамических нагрузок, обусловленных этими явлениями, резко возрастала интенсивность вибрации блоков, которая приводила к окончательному разрыву контактного шва “скала – бетон” или горизонтального строительного шва или к образованию горизонтальных трещин. В эти швы или трещины проникали гидродинамические силы, которые по вырывающему воздействию во много раз превышают вес блоков в воде, то есть и расчетные и натурные исследования показали, что в принятой конструкции крепления дна колодца при воздействии больших энергий происходит его разгерметизация. Это приводит к разрушению, если сброс потока производится через полностью открытые водосбросы. Большой удельный расход оказался недопустимым для принятой конструкции.

Оценка эффективности мероприятий, реализованных при реконструкции дна колодца в 1989–1991 годах, была дана натурными испытаниями в 1991 году при уровне водохранилища 540,25 – 540,10 м при открытии каждого затвора на 25% и расходе 1950 – 2100 м3/с. Анализ результатов натурных исследований показал, что при открытии отверстий на 37% от полного сечения интенсивность пульсационного воздействия возрастает в 3 – 5 раз с соответствующим ростом вибрации блоков крепления, но существенно меньшим, чем при открытии на 72% и 100%. Тогда-то и было принято решение производить холостые сбросы с частичным открытием затворов ступенями 25, 37, 72 и 100%, соответствующим при НПУ 540 м расходам 200, 335, 715, 1190 м3/с  через одно отверстие.

В итоге после реконструкции колодца в 1991 году был сделан следующий вывод: для существующей конструкции колодца достаточно гарантированным можно считать только пропуск половодий и паводков повторяемостью 1 раз за 100–200 лет и чаще и только лишь с большей, чем по проекту заблаговременностью открытия водосбросов на 25% и 37%. После пропуска половодий более редкой повторяемости неизбежны крупные ремонты дна колодца.

Комиссия в 2000 году рекомендовала ограничить нагрузку 5000 м3/с, то есть только часть отверстий водосброса разрешила открывать на 72% (при максимальном уровне 540 м и при открытии всех 11 отверстий водосброс способен пропустить 7865 м3/с). Официального разрешения на пропуск расхода 7500 м3/с нет до сих пор. И испытаний на пропуск хотя бы такого расхода не проводилось.

Поэтому нужно заранее тщательнейшим образом подготовиться для проведения натурных испытаний и исследований с установкой различного рода датчиков на всех важнейших узлах и точках Саяно-Шушенского гидроузла, особенно у колодца, на плотине, в машинном зале и в районе потенциально неустойчивых скальных массивов левого берега. Привлечь для исследований все имеющиеся достижения науки.

Следует зафиксировать нынешнее состояние на площади водосбора в Туве и организовать оборудованные по последнему слову науки и техники посты наблюдения, работающие в круглогодичном режиме.

Но даже после замены всех гидроагрегатов и ввода в эксплуатацию дополнительного берегового водосброса все равно  без задержания до октября объемов воды в верховье в горах в Туве нельзя гарантировать гидрологическую безопасность Саяно-Шушенского гидроузла и ниже по  Енисею. Это связано с беспрецедентным отставанием в освоении верховий Енисея.

Изначально гидрологическая безопасность Саяно-Шушенского гидроузла при пропуске половодья обеспечивалась при условии заблаговременного начала холостого сброса воды с уровня 535 м, одновременной работы всех турбин с максимальной нагрузкой, полностью открытых водосливных отверстий водосброса и при заполнении резервного объема водохранилища до максимально возможного уровня 544,5 м. Все эти условия являются грубейшими нарушениями правил.

Резервный объем водохранилища СШГЭС предназначается для пропуска дождевого паводка, одновременная длительна (в течение пропуска половодья) работа всех турбин с максимальной нагрузкой невозможна, в том числе из-за недостаточного развития электрической сети от ГЭС до энергосистемы. Резервом безопасности гидроузла в случае прогноза катастрофического притока воды выше расчетного является заблаговременное начало холостого сброса воды еще до заполнения объема водохранилища. Этот резерв нельзя заведомо использовать в расчетах гидрологической безопасности.

В 1989 году из-за недостаточной надежности водобойного колодца снизили пропускную способность водосброса с 13640 до 9900 м3/с и назначили еще большую заблаговременность начала холостого сброса воды с уровня 523 м. В 1997 году по состоянию плотины запретили заполнять  водохранилище выше уровня 540 м и назначили новый еще более пониженный уровень начала холостого сброса воды с уровня 520 м.

Авария на СШГЭС 17 августа 2009 года наглядно доказывает ошибочность использования заблаговременного начала холостого сброса воды, являющегося резервом безопасности, при перерасчетах гидрологической безопасности Саяно-Шушенского гидроузла.

Заблаговременное начало холостого сброса воды при обеспеченности 5% (повторяемость 1 раз в 20 лет) – яркое свидетельство ошибочности ныне применяемой параллельной схемы регулирования на Енисее. Нельзя далее эксплуатировать уникальное сооружение без какого-либо резерва гидрологической безопасности, тем более, когда оно крайне нуждается в щадящем режиме нагрузок.

Я обращаюсь к руководству страны, ученым и проектировщикам с призывом отказаться от прежних представлений о гидрологической безопасности на Енисее, признать ошибки в расчетах, поддержать мои предложения по созданию водохранилищ в Туве.

Владимир Иннокентьевич Бабкин,
ветеран труда и энергетики, участник создания и эксплуатации всех гидроузлов на Енисее с 1962 по 2001 год,
специально для "Плотина.Нет!"

Новости по теме:

  • СШГЭС: безопасность декларируется, но не гарантируется
  • Эксплуатация СШГЭС в нынешних проектных режимах недопустима
  • Безопасность плотинных ГЭС и пропуск паводковых вод
  • МЧС: паводок не опасен для СШГЭС
  • Водосброс на Саяно-Шушенской ГЭС практически достиг максимума
  • Мнений: 7

    1 Stringer { 05.06.2010 в 17:28 }

    Из книги Льва Гордона “Разорванная паутина” (1991):

    Было два проекта сброса лишней воды. Первый - устройство водослива с гашением энергии падающей воды в водобойном колодце. В этом варианте низовой грани плотины придается такая форма, чтобы сбрасываемая струя, не отрываясь, неслась вниз по плотине как по очень крутому каналу. Несущаяся со скоростью курьерского поезда вода обладает страшной разрушительной силой. На Саянах при полностью открытых водосливных отверстиях энергия сбрасываемой воды в несколько раз превосходит мощность ГЭС. Чтобы погасить эту энергию, не допустить, чтобы несущийся поток разрушил все внизу, устраивается ловушка - водобойный колодец, напоминающая обетонированную яму. Попав в яму, поток завихряется в валец, где за счет соударения струй, их взаимного трения и трения о дно колодца вода теряет часть своей кинетической энергии. Потеряв разрушительную мощь в колодце, успокоенный поток движется дальше вниз по реке, не приводя к разрушениям. Второй вариант - сделать на плотине трамплин и отбросить струю как можно дальше от плотины. Падающая струя сама выбьет себе в дне реки глубокую яму - естественный водо-бойный колодец, и в этой яме погасит энергию.
    Приняли первый вариант, опасаясь, что естественный водобойный колодец подберется к самой плотине и станет угрожать ее устойчивости. К тому же, во втором варианте выбитая из ямы скала могла образовать бар - отмель, которая мешала бы работе ГЭС и уменьшала выработку электроэнергии.

    Первый же паводок показал, что дно колодца - железобетонные плиты толщиной два с половиной метра и размером в плане двенадцать на пятнадцать метров, пришитые к скале металлическими анкерами, не выдерживают пульсирующего давления потока воды: плиты отрывало, и в обнажившейся скале выбивало ямы глубиной до десяти метров. Колодец отремонтировали, но когда следующий паводок вновь разрушил дно колодца, начался скандал: комиссии, заседания, оргвыводы.

    2 gesha { 05.06.2010 в 20:01 }

    Авария на СШГЭС 17 августа 2009 года наглядно доказывает ошибочность использования заблаговременного начала холостого сброса воды, являющегося резервом безопасности, при перерасчетах гидрологической безопасности Саяно-Шушенского гидроузла.

    Я что-то не могу сообразить, каким образом авария гидроагрегата связана с защитой от перелива через плотину?

    3 Владимир Иннокентьевич { 07.06.2010 в 14:20 }

    Слова “являющегося резервом безопасности” нужно было мне взять в скобки.
    Гидрологическая безопасность гидроузла – это всегда нахождение баланса притока, аккумуляции и сброса воды в половодье (то же самое в дождевой паводок) как по максимальным объемам, так и максимальным расходам воды.
    Например, для Саяно-Шушенского гидроузла эти балансы при пропуске максимального расчетного объема в км3 и расхода притока воды в м3/с в половодье обязаны были изначально иметь параметры по третьему варианту:
    W = Wи + Vтр + Vx
    46,3 = 8,13 + 15,3 + 22,87
    46,3 = 7,42 + 15,3 + 23,58
    46,3 = 7,42 + 22,87 + 16,03 Qмакс = Qи + Qтр + Qх
    25000 = 2300 + 9100 + 13600
    25000 = 2100 + 9100 + 13800
    25000 = 2100 + 13600 + 9300
    Где: W - объем половодья, Wи – объем воды через турбины, Vтр – объем воды, аккумулируемый в водохранилище, Vx – расчетный объем холостых сбросов воды, Qмакс - максимальный расход притока воды, Qи – расход воды через турбины, Qтр – максимальная величина расхода, на которую трансформируется (снижается) Qмакс; Qx - расход холостого сброса воды.
    В.И.Брызгалов пишет об этом расчете так: “Пропускная способность одного водосброса при ФПУ-544,5 м составляет 1240 м3/с или 13640 м3/с по всему водосбросному фронту водосливной плотины (расход притока обеспеченностью 0,01% составляет 24700 м3/с). Поверочный расчет пропуска половодья такой обеспеченности исходит из обязательных условий: аккумуляции объема притока в водохранилище за счет большей заблаговременности начала холостых сбросов, подъема уровня ВБ (верхнего бьефа) до ФПУ, одновременной работы всех 11 водосбросов с полным открытием и всех гидроагрегатов с полной нагрузкой” стр.148.
    Инструкция по эксплуатации водосбросных устройств Саяно-Шушенского гидроузла № 1047- 10- 119 т, Ленгидропроект, 1989 год предусматривала: УМО – 500 м и НПУ – 540 м для основного расчетного случая пропуска половодья и ФПУ – 544 м для поверочного расчетного случая; начало холостых сбросов: при работе ГЭС с установленной мощностью 6400 МВт и расходом Qгэс = 3400 м3/с при уровне ВБ 535 м; при работе ГЭС 3950 МВт и Qгэс = 2100 м3/с при уровне ВБ 523 м. Водосбросные отверстия открывались с указанных отметок 535 м и 523 м только при достижении их 15 июня и дальнейшем нарастании интенсивности подъема УВБ более 2 м в сутки (В.И.Брызгалов, стр.151, 152).
    Иначе говоря, полезного объема водохранилища 15,3 км3 (объем от УМО 500 до НПУ 540 м) и резервного объема 3 км3 (объем от НПУ 540 до ФПУ 544,5м) было недостаточно для трансформации (снижения) максимального расхода притока до допустимого для нижнего бьефа сбросного расхода воды. Начинали холостой сброс воды заблаговременно с уровня заполнения водохранилища 535 м и тем самым создавали дополнительный объем 2,93 км3 (объем между уровнями 535 и 540 м) + объем 3 км3 (объем от НПУ 540 до ФПУ 544,5м) =5,93 км3, хотя этот объем уже был учтен в расчете раньше.
    На этом не ограничились и по последнему перерасчету гидрологической безопасности с учетом наличия Берегового водосброса предусмотрели начало холостого сброса воды с уровня заполнения 520м, то есть стали дважды включать в расчет объем 9,61(объем между уровнями 520 и 540 м) + объем 3 км3 (объем от НПУ 540 до ФПУ 544,5м) =12,61 км3. После аварии 17.08.2009 потребовалось начинать холостой сброс воды с уровня 500 м и дважды включать в расчет гидрологической безопасности объем 15,3 км3, чтобы сохранить запас емкости водохранилища после пропуска половодья на уровне 533 м для гарантии пропуска дождевого паводка без заполнения объема водохранилища выше уровня 537,5 м.
    По сути, сейчас дефицит емкости для трансформации половодья равен полезному объему водохранилища. Это и является главной причиной холостых сбросов воды при обеспеченности притока 5% (вероятность события 1 раз за 20 лет). Именно поэтому я настаиваю на строительстве водохранилищ в верховье.
    В самом начале включали в расчет гидрологической безопасности одновременную работу всех турбин с максимальной нагрузкой 640 МВт и расходом воды 3400 м3/с, затем 2100 м3/с, в последнем перерасчете - 1800 м3/с, а после аварии 700 м3/с, а разницу добавляли водосбросу.

    4 gesha { 08.06.2010 в 20:59 }

    Владимир Иннокентьевич, спасибо за обстоятельный ответ.

    Теперь понятна ваша ирония (не заметная на первый взгляд) по поводу “резерва безопасности”, поскольку этот самый резерв предполагает увеличение нагрузки на водобойный колодец с перспективой тех самых непредсказуемых последствий. Тем паче, что изначальные расчёты гидрологической безопасности предполагали работу всех ГА (очевидно, что нынешняя ситуация, когда остановлены 8 из 10 ГА, выходит за рамки штатной).

    5 Владимир Иннокентьевич { 09.06.2010 в 14:34 }

    Ситуация и до аварии не была штатной, потому что отсутствовал резерв гидрологической безопасности, который обязаны были восстанавливать каждый раз: после аварии водобойного колодца водосброса, после аварии на плотине, после аварии ГЭС. Владимир Пименов ( http://www.plotina.net/ssmges-rtn-pimenov/) совершенно верно сказал: “Саяно-Шушенскую ГЭС «замучили» усиленной эксплуатацией, причем, в режимах, которые ей были противопоказаны”.
    В http://www.plotina.net/sshges-pavodok-babkin/#more-2094 я писал об ограничениях, которые, к сожалению, имеет Саяно-Шушенский гидроузел. В 1978 – 1979 годах уже была ситуация, когда не могли обеспечить санитарный попуск 700 м3/с через гидроузел и осушили Енисей. Сейчас такая ситуация вполне вероятна, если, например, потребуется длительный период времени для ремонта водобойного колодца водосброса, а гидроагрегаты остановятся по каким-либо причинам, в том числе не зависящим от самих агрегатов. Необходимо иметь постоянную подстраховку гидроагрегатам. Но невозможно, например, сохранять долго высокий уровень воды в водохранилище, равный 527м и необходимый для обеспечения санитарного попуска воды через береговой водосброс (если удастся заполнить водохранилище до уровня 537,5 м в сентябре – объем воды между уровнями 527 и 537,5 м всего около 5,4 км3). Для работы двух, а с декабря, возможно, трех гидроагрегатов этого объема воды хватит на 4-5 месяцев, но тогда длительная работа берегового водосброса может повлиять на окончание работ по второй очереди берегового водосброса. Короче говоря, должно быть постоянное внимание водобойному колодцу и высочайшая технологическая и техническая готовность к возможному его ремонту в кратчайшие сроки.

    6 Stringer { 11.06.2010 в 17:40 }

    “Злые языки”, имеющие непосредственное отношение к СШ ГЭС, говорили, что было два варианта решения проблемы регулирования притоков - строительство плотин в Туве и строительство берегового водосброса. Последний вариант был на порядок дороже первого и именно по этой причине был выбран Чубайсом как средство распила бюджетных денег.

    7 Владимир Иннокентьевич { 11.06.2010 в 22:12 }

    В журнале “Гидротехническое строительство” № 11, 2003 на стр.50 приведены объемы строительно-монтажных работ по береговому водосбросу. Там Вы найдете ответы на многие вопросы. Эти объемы в базовых ценах 1984 года стоили 125,7млн.руб. Коэффициента пересчета в цены на начало строительства берегового водосброса я не знаю, но изначально речь шла о 3,5 млрд. рублей. На первоочередном строительстве водохранилищ в Туве настаивал только я. Когда мне это не удалось доказать, то я стал настаивать на понижении порогов берегового водосброса до уровня 500 м (работа туннелей в напорном режиме), потому что при нынешней параллельной схеме регулирования (заблаговременном начале холостого сброса воды еще до заполнения объема водохранилища) при пропуске половодья он практически не работает и вся нагрузка ложиться на действующий водосброс и его водобойный колодец. И сегодня считаю выбор отметки порогов на уровне 524 м грубейшей ошибкой. Исправить положение можно только после создания водохранилищ в Туве и перехода на последовательную схему регулирования, при которой холостой сброс воды начинается только после заполнения полезного объема водохранилища. Компоновку водосброса я предлагал совершенно иную. На берегу водохранилища оставался только ремонтный затвор, а регулирующий расход воды сегментный затвор располагался на выходе туннеля в вершине ущелья Карлов и далее по ущелью на длине 1500 м выполнялся тракт гашения энергии сбрасываемого потока воды с тремя колодцами-гасителями на поворотах ущелья. Такая компоновка значительно сокращала объемы работ, сохраняла лес на ныне разрушенных откосах. Но, самое главное, создавались условия для подстраховки действующего водосброса, например, на период ремонта водобойного колодца.

    XHTML: Разрешенный HTML-код: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <code> <em> <i> <strike> <strong>