Саяно-Шушенский гидроузел подает сигнал SOS

Саяно-Шушенский гидроузел подает сигнал SOS с самого начала его проектирования, но этот сигнал бедствия не был услышан даже после катастрофы 17 августа 2009 года. Большинство проблем Саяно-Шушенской ГЭС рождено еще в ходе проектирования. Их решали расчетным путем на бумаге, не придавая значения тому, что эти расчеты в принципе нельзя реализовать на практике.

Со временем эти проблемы только усугублялись, поскольку расчеты плотины и водосброса СШГЭС оказались ошибочными. Желание исправить положение путем создания дополнительного водосброса привело к очередной ошибке: водосброс не может работать практически весь период заполнения Саяно-Шушенского водохранилища, то есть тогда, когда это более всего необходимо для пропуска притока воды в половодье.

Одна проблема рождала другую или несколько других сразу. В итоге одновременно были снижены все основные расчетные параметры гидрологической безопасности и полностью израсходован основной резерв, предназначенный для пропуска катастрофического притока воды (притока выше принятого в расчете), а также для временной компенсации расчетного параметра, сниженного в результате аварии на плотине, водосбросе, ГЭС, в нижнем бьефе или энергосистеме.

В первоначальных расчетах гидрологической безопасности Саяно-Шушенского гидроузла «Ленгидропроект» за основу брал версию гидрографа, учитывающую вероятность наложения максимально большого числа факторов, включая наложение расчетного дождевого паводка на половодье, землетрясения и др. Соответственно увеличивалась до 45 суток расчетная длительность половодья и объем притока воды.

Считалось, что вероятность второго расчетного (вероятность 0,01+?) дождевого паводка сразу после такого половодья мала, поэтому в расчете пропуска половодья использовали резервный объем водохранилища между НПУ 540,0 м и ФПУ 544,5 м, равный 3 км³, и из-за дефицита порожнего объема дополнительно использовали начало холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища.

В своей работе я использую расчетную схему треугольника Д.И.Кочерина и доказываю, что начало холостого сброса воды является основным резервом гидрологической безопасности гидроузла и его заведомое использование в расчете (именно в расчете) недопустимо, поскольку этот резерв предназначен, прежде всего, для пропуска катастрофического притока воды (притока выше принятого в расчете).

Основной резерв — то единственно возможное средство, которое позволяет подстраховаться от ошибок в гидрологических расчетах и избежать катастрофы в случае аварии на плотине, водосбросе, ГЭС, в нижнем бьефе или энергосистеме.

Принципиальное различие в использовании основного резерва гидрологической безопасности состоит в том, что после его использования для пропуска катастрофического притока воды он автоматически восстанавливается, а после каждого случая использования резерва после аварии обязаны были его оперативно восстанавливать единственным путем создания порожних емкостей в верховье в Туве (другого способа не существует), поскольку расчетные параметры уже снижены.

На Саяно-Шушенском гидроузле произошли две крупные аварии и одна катастрофа. И все основные расчетные параметры гидрологической безопасности гидроузла снижены и основной резерв полностью израсходован, то есть допущено двойное снижение гидрологической безопасности уникального гидроузла. Это беспрецедентный случай в гидроэнергетике мира.

По последним перерасчетам проектной организации за 30 суток половодья в Саяно-Шушенское водохранилище может прийти 34,1 км³ воды (17,6 – за 10 суток и 27,0 – за 20 суток), а за пять месяцев – 68,2 км³ (за 101 год наблюдений эти сведения изменились в большую сторону, соответственно: 34,2 – за 30 суток, 69,0 за пять месяцев).

Но нельзя исключать, что при раннем дружном половодье на практике за 10 первых суток объем притока воды может составить 27 км³, то есть фактическая скорость заполнения порожнего объема водохранилища может оказаться значительно выше, чем по графику года средней водности (рисунок 1), по которому ведется регулирование на практике.

По самым последним перерасчетам гидрологической безопасности, то есть в нынешних условиях за 30 суток половодья при постоянной работе 4-х турбин с расходом 1360 м³/с будет использовано 3,5 км³ притока воды, при заполнении до уровня 530,0 м в водохранилище аккумулировано 9,8 км³, а через водосброс обязаны сбросить 20,9 км³ со средним расходом 8050 м³/с. Если учесть, что водосброс способен пропустить при уровне мертвого объема (УМО) 500,0 м только 7500 м³/с, то начинать холостой сброс воды необходимо задолго до начала заполнения водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС.

Расчеты гендиректора СШГЭС В.И.Брызгалова и мои расчеты показывают, что за 45 суток половодья объем притока воды может достигнуть 45,0 – 46,0 км³. Такое половодье учитывает вероятность наложения многоводного дождевого паводка, повышенный выход подземных вод, например, в результате землетрясения в Саянах, то есть наложение максимально большого числа дополнительных факторов.

Вот почему сохраняется большая вероятность того, что сразу за расчетным половодьем длительностью 30 суток может прийти (или даже наложиться на половодье) расчетный дождевой паводок, а для его трансформации (снижения) нет порожнего объема водохранилища.

Проектная организация видит выход из положения в том, что удастся своевременно пропустить неопределимые на практике излишки объема притока воды через водосбросы. В этих целях предлагаются два варианта: при прогнозе притока воды менее 30,0 км³ холостой сброс воды начинается при достижении уровня воды в водохранилище 520,0 м, а в случае прогноза притока более 30,0 км³ – при уровне 510,0 м, если средний расход воды через турбины не менее 2100 м³/с (на сегодня он не выше 1360 м³/с).

По этому поводу В.И.Брызгалов писал:

”Долгосрочный прогноз приточности исходит лишь из снегозапасов в бассейне реки и в полной мере не учитывает метеорологические условия, поэтому оценка приточности может оказаться заниженной, и тогда требование заблаговременности холостых сбросов может быть не выполненным. Например, за 12 лет (1984-1996 гг.) из-за ошибок прогноза на Саяно-Шушенской ГЭС производились холостые сбросы воды в течение 9 лет, хотя фактический годовой приток ни в дном году этого периода не превышал 30% обеспеченности”
(В.И.Брызгалов “Из опыта создания и освоения Красноярской и Саяно-Шушенской гидроэлектростанций”, стр.148-149).

Благополучие Саяно-Шушенского гидроузла оказалось в полной зависимости от прогнозов притока воды. Если прогноз притока воды окажется заниженным (достоверность прогнозов не превышает 70%), то по последней инструкции водохранилище будет заполнено без холостого сброса воды до уровня 520,0 м и это неминуемо приведет к перегрузке плотины, водосброса и нижнего бьефа. Такое регулирование недопустимо.

Защитить уникальную плотину СШГЭС от перегрузки, то есть от заполнения порожнего объема 4,5 км³ водохранилища, расположенного в его верхней части между уровнями 537,5 м и 544,5 м, и даже вполне возможного перелива воды через гребень плотины, проектировщики фактически предлагают путем холостого сброса неизвестной части объема притока воды в течение заполнения водохранилища при неизвестном заранее фактическом гидрографе, то есть при полном отсутствии какого-либо ориентира.

Водосброс с глубинным водозабором (а только он работает при пропуске половодья) не может пропускать более 5000 м³/с из-за недостаточной надежности водобойного колодца (Акт приемки в эксплуатацию 2000 года не отменен). Проектная организация также не гарантирует его работу при повышенных расходах до сооружения пирсов-растекателей. А по расчету гидрологической безопасности «Ленгидропроекта» он обязан пропускать не менее 11200 м³/с плюс разницу 2100 – 1360 = 740 м³/с.

При ныне допустимом максимальном уровне наполнения Саяно-Шушенского водохранилища 537,5 м береговой водосброс более 3000 м³/с не пропустит.

По условиям предотвращения подтопления части домов поселка Черемушки, сбросной расход в нижний бьеф вероятностью превышения 0,1% и более ограничивается 7000 м³/с.

Следовательно, в расчет гидрологической безопасности необходимо внести изменения и начинать холостой сброс воды до начала заполнения водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС. На практике такое регулирование трудно себе представить, тем более осуществить, поэтому и нужно аккумулировать известную величину объема притока воды в водохранилищах верховья в Туве. Другого способа избежать катастрофы на Енисее не существует.

Напрашивается вопрос: почему прекращено гидротехническое строительство в верховье Енисея и многие годы не ведется, если такая необходимость очевидна?

Простого ответа на такой вопрос нет. Во-первых, пока на Енисее не наблюдали притоки выше средних. В 1966 году Красноярск не затопило только благодаря наличию недостроенной около города плотины Красноярской ГЭС. В 2006 году успели сбросить мимо турбин: СШГЭС- 15 км³, Красноярская ГЭС – более 17 км³.

Во-вторых, бытует мнение, что вероятность большого объема притока воды мала и при нашей жизни его может не быть.

В-третьих, никто и ничто (имеется в виду природа) не проверяет выполнимость на практике расчетов «Ленгидропроекта» (московский «Гидропроект» строго соблюдает действующие нормативы), поэтому ошибки остаются не замеченными и продолжают тиражироваться на других объектах.

В итоге сейчас имеем то, с чего начинается эта статья. Для того, чтобы пришло понимание проблем, нам недостаточно расчетов, нам нужна реальная катастрофа.

Двойное снижение гидрологической безопасности Саяно-Шушенской ГЭС нельзя компенсировать иначе как путем продолжения гидротехнического строительства в верховье в Туве. Ведь по схеме использования водных ресурсов Енисея и его притоков Саяно-Шушенский гидроузел должен был возводиться десятым, а его построили вторым, Красноярский гидроузел был построен первым, а должен строиться двадцать вторым в каскаде.

На создание полноценных водохранилищ с ГЭС необходимо не менее 7-10 лет. Именно поэтому последние десять лет я предлагаю пока построить регулирующие емкости, то есть водохранилища с их полным ежегодным наполнением и опорожнением без ГЭС и схем выдачи мощности ГЭС, но с плотинами, оборудованными донными и поверхностными водосбросами. Турбинные водоводы будущих ГЭС могут быть выполнены и временно использованы для сброса воды.

С учетом фактического соотношения объемов притока воды при слиянии у Кызыла 2/3 от необходимого объема предлагается построить на Большом Енисее в створе будущего Сейбинского гидроузла, 1/3 – в створе Буренского гидроузла на Малом Енисее.

По Сейбинскому створу были выполнены предварительные расчеты и в 1975 году планировали начать строительство. Предлагалось выполнить каменно-набросную плотину длиной по гребню 400 м, высотой до 55 м, объемом насыпи грунтов около 5,7 млн. м³, объемом бетона и железобетона 215 тыс. м³ (вариант с ГЭС), которая позволяла создать водохранилище полным объемом 12,6 км³ при заполнении до НПУ 850 м. Для сравнения эти объемы меньше, чем при строительстве берегового водосброса.

Для того, чтобы эта емкость стала водохранилищем – регулятором, необходимо было предусмотреть донный водосброс с сегментными затворами, с сороудерживающими решетками и механизмом для подъема сора. Сегментные затворы должны позволять работу с частичным открытием. Часть отверстий донного водосброса должна быть постоянно открыта и рассчитана на пропуск гарантированного минимального расхода. Оставшиеся отверстия донного водосброса должны служить для регулирования сброса воды по графику заполнения емкости, согласованному с графиком наполнения Саяно-Шушенского водохранилища.

Донный водосброс должен быть оборудован ремонтными затворами со стороны верхнего и нижнего бьефов. Нерегулируемый поверхностный водосброс должен быть рассчитан на пропуск притока воды после заполнения емкости, то есть на пропуск трансформированного в объеме регулирующей емкости расхода притока воды обеспеченностью 0,01% + ?. В маловодные половодья регулирующие емкости не должны заполняться.

Аналогично должна быть обустроена регулирующая емкость в Буренском створе на Малом Енисее. Обеспечение электроэнергией в строительный период и в период постоянной эксплуатации емкостей возможно путем строительства ГЭС малой мощности на притоках.

Только так можно перейти к схеме регулирования, которая за счет использования резерва безопасности гарантирует гидрологическую безопасность на Енисее даже при катастрофическом притоке воды в Саяно-Шушенское водохранилище. Такая схема не нуждается в знании будущего гидрографа притока воды и в этом ее главное достоинство и преимущество перед ныне используемой схемой регулирования.

И, наконец, последнее. В связи с землетрясениями в Саянах могут возникнуть дополнительные возражения относительно целесообразности создания водохранилищ в Туве. Свое мнение я уже высказывал ранее (мне добавить нечего).

По сути, мы оказались заложниками необходимости строительства новых плотин в Туве, но таких плотин, которые обязаны противостоять землетрясениям.

P.S. На сайте «Плотина.Нет!» мною написано много статей по теме повышения гидрологической безопасности на Енисее, напечатана и выслана по почте всем, на мой взгляд, заинтересованным лицам государства, моя монография, но решительно никаких мер не предпринято. Ждем очередной катастрофы. Таковы сегодня времена.

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