СШГЭС весной: о безопасном пропуске высоких вод

В реальной обстановке при заниженном прогнозе притока воды и аварии сбросной расход воды в нижний бьеф Саяно-Шушенского гидроузла вполне может достигнуть 19000 м³/с и выше, поскольку заполнение водохранилища выше уровня 540 м недопустимо для плотины СШГЭС. В результате аварий на плотине, водосбросе, недостаточного развития схемы выдачи мощности Саяно-Шушенской ГЭС и создания Майнского водохранилища оказались сниженными основные расчетные параметры пропуска высоких вод. И основной резерв гидрологической безопасности был использован на компенсацию сниженных расчетных параметров, то есть произошло двойное снижение гидрологической безопасности:

В своей прошлогодней статье “О штатном расходе Саяно-Шушенского гидроузла” я подробно писал об опыте пропуска половодья и дождевого паводка в 2006 году — году средней водности. Но этот урок не пошел нам на пользу. Никаких мер не приняли.

В статье “О сути строительных норм и правил в гидротехнике” от 14 августа 2012 года я подробно, как мне тогда казалось, написал о тех нарушениях требований СНиП, которые обязаны были устранять в первую очередь наши властные государственные структуры. 17 августа 2012 года я еще раз обратил на это внимание в своей статье "Уроки из произошедшей на Саяно-Шушенской ГЭС трагедии не усвоены".

Настоящая статья является очередной попыткой достучаться до сознания властных структур регионов Восточной Сибири. Очень надеюсь, что в этом деле мне поможет население регионов и, прежде всего, специалисты и ученые.

I. О роли полезного объема в пропуске высоких вод

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.

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.

В СНиП 2.06.01-86, введенных взамен СНиП II-50-74, как и прежде, основная роль в пропуске высоких вод отводилась порожним объемам водохранилищ.

2.10. Расчетный расход воды, подлежащий пропуску в процессе эксплуатации через постоянные водопропускные сооружения гидроузла, следует определять исходя из расчетного максимального расхода, полученного в соответствии с п. 2.9, с учетом трансформации его проектируемыми для данного гидротехнического сооружения или действующими водохранилищами и изменения условий формирования стока, вызванного хозяйственной деятельностью в бассейне реки.

2.11. Пропуск расчетного расхода воды для основного расчетного случая должен обеспечиваться, как правило, при нормальном подпорном уровне (НПУ) верхнего бьефа через: эксплуатационные водосбросные устройства при полном их открытии; все гидротурбины ГЭС; другие водопропускные сооружения при нормальном режиме их эксплуатации.

Нагрузки и воздействия, соответствующие основному расчетному случаю, необходимо учитывать в составе основного сочетания нагрузок согласно п. 2.8.

Пропуск расходов воды основного расчетного случая, в том числе через нерегулируемые водосбросы (без затворов), допускается осуществлять и при уровнях верхнего бьефа, отличающихся от НПУ. Нагрузки и воздействия, соответствующие уровням выше НПУ, следует учитывать в составе основного сочетания нагрузок и воздействий, а для сооружений, предназначенных для борьбы с наводнениями, — при соответствующем обосновании в составе особого сочетания нагрузок и воздействий.

Очевидно, что это допущение касалось только случаев превышения НПУ, поскольку речь шла о порядке учета дополнительных нагрузок.

В СНиП 33-01-2003 (введены взамен СНиП 2.06.01-86) впервые приведены существенные дополнения:

5.4.3. При количестве затворов на водосбросной плотине более шести следует учитывать вероятную невозможность открытия одного затвора и исключать один пролет из расчета пропуска паводка. Учет пропускной способности гидроагрегатов в пропуске паводочных расходов должен быть обоснован 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.

Основной смысл требований СНиП к выполнению расчетов состоит в том, что полезный объем водохранилища с учетом трансформации всеми водохранилищами, расположенными выше створа, обязан обеспечить трансформацию (снижение) расхода притока воды до допустимого по условиям нижнего бьефа сбросного расхода без выполнения холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища.

Холостой сброс воды должен начинаться при достижении НПУ и продолжаться в течение заполнения резервного объема до ФПУ и последующего снижения уровня до НПУ. Сбросной расход воды при этом не должен быть выше полученного при основном расчетном случае.

Для исключения холостого сброса воды в период заполнения полезного объема водохранилища он должен равняться объему притока воды в половодье ежегодной вероятностью превышения 0,1% за минусом объема воды через турбины, работающие со средним надежно гарантированным расходом.

II. О роли резервного объема в пропуске высоких вод

СНиП 2.06.06-85, п.п.5.28-5.31 (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.

Иначе говоря, заполнение водохранилища до ФПУ позволяло не увеличивать, а только сохранять максимальный расчетный сбросной расход воды в нижний бьеф для основного расчетного случая при пропуске притока воды ? 0,1%.

В СНиП 2.06.01-86, п. 2.12, введенных взамен СНиП 2.06.06-85, к использованию резервного объема водохранилища стали предъявлять совершенно иные требования в пропуске высоких вод.

2.12. Пропуск расчетного расхода воды для поверочного расчетного случая надлежит обеспечивать при наивысшем технически и экономически обоснованном форсированном подпорном уровне (ФПУ) всеми водопропускными сооружениями гидроузла, включая эксплуатационные водосбросы, гидротурбины ГЭС, водозаборные сооружения оросительных систем и систем водоснабжения, судоходные шлюзы, рыбопропускные сооружения и резервные водосбросы.

При этом, учитывая кратковременность прохождения пика паводка, допускается размыв русла и береговых склонов в нижнем бьефе гидроузла, не угрожающий разрушением основных сооружений, селитебных территорий и территорий предприятий, последствия которого могут быть устранены после пропуска паводка.

В СНиП 33-01-2003, введенных взамен СНиП 2.06.01-86, эти требования оставлены без изменений, за исключением учета пропускной способности гидроагрегатов в пропуске паводочных расходов, который должен быть обоснован 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 (п.5.4.3).

В новых СНиП к использованию резервного объема водохранилища стали предъявлять требования участия в увеличении пропускной способности гидроузла. По сути, он стал дополнением к полезному объему, и начались вольности с его размером: стали снижать ФПУ за счет холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища.

Резервный объем водохранилища должен быть равен половине разницы объемов притока воды в половодье ежегодной вероятностью превышения 0,01% + ? и 0,1%. Сохранение величины расчетного сбросного расхода воды в нижний бьеф происходит за счет приема двух объемов притока воды в порожний резервный объем: при его заполнении и опорожнении.

III. О роли холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища в пропуске высоких вод

Необходимо различать предполоводную (предпаводковую) сработку водохранилища, которая учитывается в расчетах пропуска высоких вод в период проектирования водохранилища, гидроузла и нижнего бьефа, и холостой сброс воды с пониженного уровня водохранилища, который вынуждены использовать в период постоянной эксплуатации гидротехнических сооружений при возникновении непредвиденных обстоятельств: отказов в работе оборудования, аварий или притока воды выше принятого в расчетах.

Холостой сброс воды с пониженного уровня водохранилища является основным резервом гидрологической безопасности и предназначается на период постоянной эксплуатации гидротехнических сооружений.

IV. О роли расхода воды через турбины ГЭС в пропуске высоких вод

Величина пропускной способности гидроагрегатов в пропуске высоких вод 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.

Расход воды через турбины ГЭС является дополнительным резервом гидрологической безопасности, поэтому должны быть созданы условия для выдачи всей установленной мощности ГЭС в энергосистему.

V. О роли нижнего бьефа в пропуске высоких вод

Пропускная способность нижнего бьефа обязана обеспечивать защиту жизни, здоровья и законных интересов людей, окружающей среды и хозяйственных объектов.

Если нижним бьефом является водохранилище малого объема (суточного регулирования), то при определении пропускной способности нижнего бьефа следует руководствоваться требованиями СНиП 2.06.15.

CНиП 2.06.15 п. 1.4. гласит:

Отрицательное влияние затопления существующими или проектируемыми водохранилищами надлежит оценивать в зависимости от режимов сработки водохранилища и продолжительности действия затопления на прибрежную территорию.

Было известно, что Майнский гидроузел при работе всех трех турбин способен пропустить 15900 м³/с при уровне воды в верхнем бьефе 328,5 м (первоначальном ФПУ), при ныне установленном ФПУ 326,7 м – 13300 м³/с. При пропуске 13300 м³/с дома прибрежной зоны поселка Черемушки затапливаются до 2 м.

Расчеты показывают, что сбросной расход 10260 м³/с в нижний бьеф Саяно-Шушенского гидроузла пропускается через Майнский гидроузел, если его водохранилище опорожнено до уровня 322,0 м и заполнено до уровня 324,8 м. Тогда у поселка Черемушки уровень водохранилища достигнет 327,8 м и на 3,2 м превысит контрольный уровень начала подтопления поселка.

Обращаю особое внимание на то, что нормативы СНиП 2.07.01.89, п.8.6, на которые ссылается проектная организация при обосновании отказа от строительства инженерных защитных сооружений в нижнем бьефе, распространяются на свободную реку (без плотины и дополнительного бокового холостого сброса воды, создающих подпор).

Вывод:

При проектировании Саяно-Шушенского водохранилища, гидроузла, нижнего бьефа и схемы выдачи установленной мощности ГЭС все вышеуказанные нормативы были нарушены.

Была нарушена очередность возведения гидроузлов в каскаде. Саяно-Шушенский гидроузел должны были построить девятым, а построили первым (СНиП 2.06.01-86, п.2.10).

Полезный объем водохранилища оказался на 20,46- 14,71 = 5,75 км³ меньше необходимого (учитывая площадь водосбора), а резервный объем на 4,1 – 0,62 =3,48 км³ меньше необходимого для обеспечения сбросного расхода воды в нижний бьеф 7000 м³/с, допустимого для всего нижнего бьефа.

Реальная пропускная способность Саяно-Шушенского гидроузла составляет более 19000 м³/с, а расчетная снижена до 13300 м³/с за счет использования в расчете пропуска высоких вод холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища, то есть за счет резерва гидрологической безопасности.

Так путем нарушения требований СНиП создана видимость благополучия Саяно-Шушенского гидроузла. В реальной обстановке при заниженном прогнозе притока воды и аварии сбросной расход воды в нижний бьеф Саяно-Шушенского гидроузла вполне может достигнуть 19000 м³/с и выше, поскольку заполнение водохранилища выше уровня 540 м недопустимо для плотины.

В результате аварий на плотине, водосбросе, недостаточного развития схемы выдачи мощности СШГЭС и создания Майнского водохранилища оказались сниженными основные расчетные параметры пропуска высоких вод. И основной резерв гидрологической безопасности был использован на компенсацию сниженных расчетных параметров, то есть произошло двойное снижение гидрологической безопасности.

Дополнительный резерв гидрологической безопасности отсутствует из-за недостаточного развития схемы выдачи мощности Саяно-Шушенской ГЭС (выдача мощности СШГЭС ограничена 4000 МВт при установленной мощности 6400 МВт).

Пропускная способность Саяно-Шушенского гидроузла более 19000 м³/с, а всего нижнего бьефа — 7000 м³/с. Именно это является главной опасностью на сегодня. Переустраивать сейчас на расход 19000 м³/с весь нижний бьеф до Красноярского водохранилища дорого и не имеет большого смысла.

Выход из создавшегося чрезвычайного положения заключается в снижении объема притока воды в Саяно-Шушенское водохранилище, то есть в снижении сбросного расхода воды в нижний бьеф путем создания водохранилища-регулятора в верховье в Туве.

Только тогда на хорошо зарегулированном водотоке станет возможным и эффективным для нижнего бьефа и энергетики создание Очурского и Минусинского гидроузлов.

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!"