"Три Ущелья" и СШГЭС: из опыта освоения реки Янцзы

При сравнении двух крупных гидроузлов – Саяно-Шушенской ГЭС в России и ГЭС "Три Ущелья" ("Санься") в Китае – совершенно очевидно громадное различие в обеспечении гарантии гидрологической безопасности самих гидроузлов и их нижних бьефов при освоении крупных рек – Янцзы и Енисея. По сути дела, у нас все происходит, как в Китае, но с точностью до наоборот: и собственная безопасность гидроузлов никогда не обеспечивалась и, тем более, не обеспечивалась безопасность нижних бьефов:

В статье “СШГЭС: в поиске точки невозврата” я отметил один любопытный момент:

"Разумеется, что в принципе возможно создание гидроузлов, начиная не от верховий, но для этого необходимо выполнить предварительные расчеты по всему каскаду, расположенному выше, предусмотрев соответствующий запас порожнего объема водохранилища ниже УМО, повышенный ФПУ, а также повышенный гарантированный расход воды через турбины. Иначе говоря, пойти на заведомое удорожание строящегося объекта с последующим изменением УМО, НПУ и ФПУ после освоения верховий".

Проиллюстрирую свое утверждение на примере из практики освоения реки Янцзы в Китае, прежде всего на примере гидроузла “Три Ущелья” (Санься или Three Gorges).

На карте показан весь каскад гидроузлов, начиная от Hutiaoxia — верхней ступени каскада и заканчивая гидроузлом Three Gorges («Три Ущелья»). Гидроузел Gezhoube (Гэчжоуба) показан ниже на схеме нижней части каскада (верхний гидроузел на этой схеме Wudongde).

Теперь о мерах, гарантирующих гидрологическую безопасность гидроузла «Три Ущелья» и его нижнего бьефа. Общая площадь водосбора составляет около 1000000 км², средний ежегодный объем стока — 451 км³.

Разрез по станционной плотине и зданию ГЭС: гребень плотины – 185,0 м, НПУ 175,0 м, УМО 155,0 м (не показан), ФПУ примерно 182,5 – 183,0 м.

1.На разрезе показан уровень 145,0 м предпаводковой (глубокой) сработки водохранилища, а уровень мертвого объема, равный 155,0 м не показан. Предпаводковый объем между уровнями 145,0 м и 155,0 м равен 22.2 км³. Полезный объем водохранилища между УМО 155,0 м и НПУ 175,0 м — 39,0 км³. Форсированный подпорный уровень ФПУ на разрезе показан, но цифры не четкие. По разрезу видно, что он расположен примерно на уровне 182,5 – 183,0 м, то есть резервный объем водохранилища при высоте слоя 7,5 м составляет около 1084 • 0,0075 = 8 км³, где 1084 км² – площадь зеркала водохранилища, 0,0075 км – высота слоя воды выше НПУ.

Таким образом, суммарный порожний объем водохранилища для трансформации паводков составляет 22,15 + 39,0 + 8,0 = 69,15 км³.

2. Водосброс расположен по центру плотины и рассчитан на пропуск 116 000 м³/с воды.

На разрезе показаны колебания уровня воды в нижнем бьефе при разных режимах: 62,0 м, 76,4 м и максимальный – 83,1 м, то есть диапазон колебаний достигает 21,1 м.

3. Гидроузел имеет три отдельных здания ГЭС: левобережное приплотинное здание ГЭС с 14 гидроагрегатами, правобережное приплотинное здание ГЭС с 12 гидроагрегатами и правобережное подземное здание ГЭС с 6 гидроагрегатами.

Вся установленная мощность составляет 32•700 = 22400 МВт и передается в единую энергосистему страны. Расчетный напор составляет 80,6 м, максимальный – 113 м, расход воды через турбину изменяется в широких пределах от 950 м³/с при уровне воды в водохранилище 145,0 м (уровень глубокой сработки) до 600 м³/с при максимальном напоре 113 м (НПУ 175,0 м – УНБ 62,0 м = 113 м), то есть суммарный расход воды через все турбины, работающие одновременно может изменяться от 32•950 = 30400 м³/с до 32•600 = 19200 м³/с.

4. Еще до завершения строительства гидроузла была начата ежегодная переброска воды из водохранилища по тоннелям в засушливые районы страны приблизительно в объеме 23.7 км³, а по завершению строительства тоннелей (их длина 120 км) будет перебрасываться до 70 км³.

Вода из водохранилища Санься сначала потечет по скальному туннелю, пробитому через горный хребет Циньлин, затем самотеком в водохранилище Даньцзянкоу (на реках Даньцзян и Ханьшуй в провинциях Хэнань и Хубэй), далее по скальному же туннелю на север и по притоку в реку Хуанхэ, и, наконец, в Пекин. Общая длина туннелей составит около 120 км.

5. В чрезвычайных ситуациях какую-то часть расхода может взять на себя двухниточный пятиступенчатый судоходный шлюз.

Повышенная гидрологическая безопасность самого гидроузла «Три Ущелья» временно обеспечивается с большим запасом: 69,15 км³ – порожний объем водохранилища, предназначенный для трансформации (снижения) расхода притока воды, 116 000 м³/с — пропускная способность водосброса, 30400 м³/с – максимальный расход воды через турбины, до 70 км³ – переброска воды из водохранилища в ближайшей перспективе.

Три отдельных здания ГЭС и выдача всей установленной мощности ГЭС в энергосистему в значительной мере повышает гидрологическую безопасность самого гидроузла (подчеркиваю слово самого) в период освоения каскада в верховье реки Янцзы.

Очевидно, что большой запас гидрологической безопасности самого гидроузла “Три ущелья” и, соответственно, повышенные расходы всех видов ресурсов были предусмотрены осознанно, учитывали временную необходимость наличия повышенного запаса гидрологической безопасности самого гидроузла.

Повышенные расходы всех видов ресурсов оправданы по многим причинам, в том числе:

• — в 2010 году при притоке воды 70 000 м³/с (максимальный приток за 130 лет!) сбрасывалось 40 000 м³/с, то есть значительно (хотя и не до требований нормативных документов) повышена гидрологическая безопасность нижнего бьефа;
• — после завершения строительства гидроузла “Три ущелья” по расчетам специалистов опасность наводнений в нижележащих равнинах сократилась в 10 раз;
• — в самом центре страны и энергосистемы был создан источник мобильной резервной мощности, повышающий надежность энергоснабжения страны и снижающий расходы на содержание резервной мощности в энергосистеме;
• — созданы условия для освоения верховий водным транспортом;
• — созданы условия для переброски части стока воды в засушливые районы.

Также очевидно, что гидрологическая безопасность нижнего бьефа не обеспечивается при пропуске паводков, вероятность которых реже, чем 1 раз в 100 лет. На разрезе показаны колебания уровня воды в нижнем бьефе гидроузла “Три ущелья” при разных режимах: 62,0 м, 76,4 м и максимальный – 83,1 м, то есть диапазон колебаний достигает 21,1 м и не может обеспечить гидрологическую безопасность нижнего бьефа. Известно, что река Янцзы в нижнем течении гидроузла Гэчжоуба способна справляться с пропуском расхода не выше 70 000 м³/с.

По многолетним наблюдениям средний годовой расход воды в Сычуаньской котловине достигает 11000 м³/с, а в устье Янцзы — 33700 м³/с. Во время паводка 1954 года максимальный расход воды в устье реки достигал почти 93000 м³/с. Такой расход повторяется примерно один раз в 100 лет.

После завершения строительства всех гидроузлов каскада отпадет необходимость в ежегодной глубокой сработке водохранилища, сократится расход воды на выработку электроэнергии, вероятность холостого сброса воды сократится до минимума, гидрологическая безопасность нижнего бьефа будет гарантирована.

К сожалению, Саяно-Шушенский гидроузел не предусматривал никакого запаса гидрологической безопасности. Более того, были допущены грубые нарушения строительных норм и правил при первоначальном расчете и последующих перерасчетах гидрологической безопасности, и эти нарушения многие годы не признаются.

Эта статья написана как продолжение ответа на интервью Б.Н.Юркевича – главного инженера Ленгидропректа. Совершенно очевидно громадное различие в обеспечении гарантии гидрологической безопасности самих гидроузлов и их нижних бьефов при освоении рек Янцзы и Енисея. По сути дела, у нас все происходит с точностью до наоборот: и собственная безопасность гидроузлов никогда не обеспечивалась и, тем более, не обеспечивалась безопасность нижних бьефов.

Борис Юркевич, нисколько не задумываясь, складывает пропускную способность водосбросов и турбин Саяно-Шушенской ГЭС, хотя при используемой ныне схеме регулирования этого делать категорически нельзя, получает не обеспечиваемую на практике громадную величину сбросного расхода воды в нижний бьеф, которая в нынешних условиях действительно нужна, но противопоказана нижнему бьефу. Ведь нельзя забывать о том, что, к примеру, дамба, ограждающая поселок Шушенское, была рассчитана на пропуск только 12000 -12500 м³/с.

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