Три шага к потопу на Енисее

Необходимо признать, что такие инженерные меры, как защита территорий дамбами, углубление хвостовой части Красноярского водохранилища и углубление дна реки Енисей в нынешних условиях неэффективны. Проблемы решаются только путём снижения сбросного расхода в нижний бьеф Саяно-Шушенского гидроузла, уверен бывший заместитель генерального директора Саяно-Шушенской ГЭС В.И. Бабкин:

Первый шаг

В 1960-е годы была поставлена задача: создать на Енисее самые высокие плотины и самые мощные ГЭС с гидроагрегатами повышенной мощности. Годовая выработка электроэнергии таких ГЭС должна достигать максимально-возможной величины в любых по водности условиях. Установленная мощность ГЭС в период прохождения максимума нагрузки энергосистемы должна использоваться без ограничений.

Такие требования могли быть выполнены только при максимальной удалённости створа от верховий и при отсутствии на площади водосбора других водохранилищ с ГЭС. Только так можно было получить максимальную величину среднегодового расхода притока воды обеспеченностью 99% и менее и обеспечить надёжную работу ГЭС.

Для турбин задавали три значения напора: расчётный, при котором турбина развивает заданную (номинальную) мощность; максимальный, при котором турбину рассчитывают на прочность; минимальный, при котором гарантируется минимальная мощность.

Расход воды через турбину определялся при минимальной, номинальной и максимальной (перегрузочной) мощности, которая могла быть получена либо при расчётном напоре и увеличенном расходе воды, либо при расчётном расходе воды и повышенном напоре.

Иначе говоря, эксплуатационная характеристика турбины определяла уровень мёртвого объёма (УМО), нормальный подпорный уровень (НПУ) и форсированный подпорный уровень ФПУ) водохранилища, то есть полезную и резервную ёмкости водохранилища, которые оказывались заниженными.

Объём стока с площади водосбора более чем в четыре раза стал превышать ёмкость водохранилища, поэтому трансформация (снижение) максимального расхода притока воды ежегодной вероятностью превышения 0,01% (поверочный расчётный случай) до сбросного расхода 19000 м³/с, допустимого для обеспечения собственной безопасности гидроузла, стала невозможной.

После создания Майнского гидроузла допустимый для нижнего бьефа сбросной расход воды при пропуске притока ежегодной вероятностью превышения 0,1% (основной расчётный случай) снизился до 7000 м³/с. Иначе говоря, о безопасности нижнего бьефа не могло быть речи.

Второй шаг

Тогда для снижения сбросного расхода расчёты стали выполнять с применением холостого сброса воды в период заполнения полезной ёмкости водохранилища.

По мере снижения пропускной способности гидроузла из-за различных причин (плотина потребовала снизить уровень заполнения, водобойный колодец оказался недостаточно надёжным) расчёты стали предусматривать всё более раннее начало обязательного холостого сброса воды и, наконец, дошли до уровня 510 м.

Но, во-первых, холостой сброс воды в период заполнения полезной ёмкости водохранилища является запасом (резервом) гидрологической безопасности на непредвиденные обстоятельства (авария, отказ в работе оборудования) в период длительной эксплуатации гидроузла и его использование при выполнении расчётов недопустимо.

Во-вторых, расчёты предусматривают начало холостого сброса и объём холостого сброса воды в зависимости от прогнозов притока, достоверность которых крайне низка.

Наконец, расчёты выполняются по версии расчётного гидрографа и исходят из условия достоверности прогнозов притока воды, а регулирование на практике выполняется при отсутствии гидрографа и по прогнозу, достоверность которого крайне низка.

Третий шаг

Убедившись на практике (2006 год) в невозможности следовать расчётам, стали увеличивать пропускную способность Саяно-Шушенского гидроузла до 19190 м³/с. Так плотины и их нижние бьефы оказались не защищёнными.

Теперь в планах увеличение пропускной способности Майнского гидроузла и его нижнего бьефа до 19200 м³/с. Особенно большой объём работ предстоит выполнить в хвостовой части Красноярского водохранилища по уборке наносов реки Абакан. Выполнение прорези ничего не изменит. Она быстро заилится. Уборку наносов нужно выполнять на большой пощади. Иначе будет создаваться подпор и увеличение пропускной способности Енисея до 19200 м³/с окажется недостаточным.

Но самое главное, увеличение пропускной способности нижнего бьефа Саяно-Шушенского гидроузла до 19200 м³/с создаёт опасность для Красноярского гидроузла и его нижнего бьефа, поскольку его максимальный сбросной расход воды в нижний бьеф, равный 20600 м³/с, был рассчитан, исходя из максимального расчётного сбросного расхода воды в нижний бьеф Саяно-Шушенского гидроузла 13300 м³/с (таблица 1).

Доказательство необходимости исправлять положение

Результаты пропуска половодий и дождевых паводков через Саяно-Шушенский гидроузел ([1], стр. 457) по расчётам Ленгидропроекта представлены в таблице 1.

Если холостой сброс воды будет начат позже, чем это предусмотрено расчётом (таблица 1), то результат окажется выше. Если заполнение полезной ёмкости будет происходить при расходе воды через турбины меньшем, чем предусмотрено расчётом, то результат окажется выше. Если расход воды через водосброс окажется ниже, чем предусмотрено расчётом, то результат окажется выше.

Если прогноз притока воды окажется заниженным, то все вышеуказанные требования расчёта будут нарушены. Так и было в 2006 году.

Расчёты (таблица 1) выполнялись по версии расчётного гидрографа в предположении, что прогноз притока воды достоверный. Регулирование на практике выполняется при отсутствии реального гидрографа и прогнозе притока воды, достоверность которого крайне низка.

В таблице 2 представлен сравнительный расчёт объёмов холостых сбросов воды по расчётным гидрологическим характеристикам ([1], стр. 16) при заполнении полезной ёмкости 14,71 км³ без выполнения холостого сброса воды (2 и 3) при сохранении ныне установленных НПУ и ФПУ и при наличии дополнительной ёмкости в Туве V_р =9,85 км³ (4 и 5) и при снижении НПУ и создании резервной ёмкости.

Согласно таблицы 1 пропуск притока основного расчётного случая 0,1% осуществляется за счёт использования холостого сброса воды с уровня 510,0 м в объёме 5,75 км³ (таблица 2, п.1), то есть при наличии полезной ёмкости водохранилища 14,71 + 5,75 = 20,46 км³ она будет заполняться без выполнения холостого сброса воды. При этом расход притока воды снизится до 7000 м³/с.

Если резервная ёмкость водохранилища будет создана в объёме (34,1-25,9): 2 = (68,2-60):2 = 4,1 км³ и она будет заполняться за счет положительной разницы расхода притока воды, превышающего 7000 м3/с, а опоражниваться за счёт отрицательной разницы, то сбросной расход основного расчётного случая 0,1%, равный 70003/с, не будет превышен.

Гарантией от переполнения резервной ёмкости будет служить увеличение резервной ёмкости на величину гарантийной поправки.

Если резервная ёмкость водохранилища будет создана в объёме 4,1 км³ за счет снижения НПУ до уровня 532,8 м, а полезная ёмкость водохранилища будет создана в объёме 20,46 км³ за счёт создания водохранилища-регулятора стока без ГЭС в верховье в Туве ёмкостью 9,85 км³, то объём холостого сброса воды при пропуске притока ежегодной вероятностью превышения 0,1% даже при расходе воды через турбины 2100 м³/с снизится на 17,53 – 11,17 = 6,36 км³.

Если же в работу будут включены 9 из 10 гидроагрегатов, то объём холостого сброса воды при пропуске притока ежегодной вероятностью превышения 0,1% снизится до 11,17 2100 : 3100 = 7,57 км³, а при пропуске притока ежегодной вероятностью превышения 0,01% до 17,27 · 2100 : 3100 =11,7 км³.

При этом скорость заполнения полезной ёмкости водохранилища с ГЭС, в которой нуждается Саяно-Шушенская плотина, будет осуществляться водохранилищем-регулятором стока без выполнения холостого сброса воды.

Выход из положения

Создание одной Кызыльской ГЭС в Туве, только снизит показатели работы каскада ГЭС на Енисее и не сможет существенно повлиять на изменение гидрологической безопасности на Енисее Водохранилища-регуляторы стока без ГЭС позволяют отказаться от создания ГЭС в Туве, поскольку выработка электроэнергии и мощности на действующих ГЭС в среднем (имеется ввиду маловодные и многоводные периоды) окажется значительно выше, чем на Кызыльской ГЭС.

Положение могло бы улучшится после создания на площади водосбора всех ранее запланированных водохранилищ с ГЭС, но такая задача не может быть выполнена в ближайшие годы и, скорее всего, не будет выполняться вообще.

Водохранилища-регуляторы стока без ГЭС, созданные в верховье в Туве на Большом Енисее в створе Сейбинского гидроузла ёмкостью около 7 км³ и на Малом Енисее в створе Буренского гидроузла ёмкостью около 3 км³, будут страховать от недостаточной достоверности прогнозов притока воды в водохранилище с ГЭС, так как их режим эксплуатации будет полностью подчинён режиму эксплуатации водохранилища с ГЭС.

В маловодный период эти водохранилища не заполняются, в годы средней водности заполняются частично, и только в многоводные годы заполняются полностью. Сложность согласования Сейбинского водохранилища, имеющего большие колебания уровня, заключается в том, оно займёт часть территории Хутинского заказника, граница которого проходит по правому берегу реки Большой Енисей. Не менее сложная проблема с согласованием Буренского водохранилища, часть территории которого может быть занята у Балгазынского заказника. Если согласие не будет получено, то створы можно поднять выше и исключить влияние на заказники.

Водохранилища-регуляторы стока без ГЭС ёмкостью 9,85 км³ в верховье в Туве позволят:

• — понизить вероятность затоплений территорий Республики Тыва, Республики Хакасия и Красноярского края;
• — понизить НПУ Саяно-Шушенского водохранилища до уровня 532,8 м и создать резервную ёмкость 4,1 км³ между новым НПУ 532,8 м и ФПУ 540,0 м;
• — исключить холостой сброс воды при регулировании скорости заполнении полезной ёмкости водохранилища;
• — при возникновении непредвиденных обстоятельств (аварии, отказе в работе оборудования, прогнозе притока выше учтенного в расчётах) начать холостой сброс воды, то есть использовать основной резерв гидрологической безопасности;
• — без превышения сбросного расхода в нижний бьеф основного расчётного случая 0,1% сбрасывать объём притока 17,27 км³ (таблица 2), снижая этот объём путём включения в работу максимально возможного числа турбин ГЭС;
• — увеличить выработку электроэнергии и мощности на всех ГЭС каскада;
• — отказаться от создания дополнительного водосброса на Майнском гидроузле;
• — отказаться от увеличения пропускной способности нижнего бьефа Майнского гидроузла;
• — повысить УМО Красноярского водохранилища.

Необходимо признать, что такие инженерные меры, как защита территорий дамбами, углубление хвостовой части Красноярского водохранилища, создающего подпор, и углубление дна реки Енисей в нынешних условиях неэффективны. Проблемы решаются только путём снижения сбросного расхода в нижний бьеф Саяно-Шушенского гидроузла до 7000 м³/с.

Для дальнейшего развития и улучшения экологии (для замены энергетических источников, работающих на угле и мазуте) Республики Тыва необходимо увеличить пропускную способность ЛЭП.

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!"

Литература:

[1] А.И.Ефименко, Г.Л.Рубинштейн “Водосбросные сооружения Саяно-Шушенской ГЭС”. СПб: Изд-во ОАО «ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева», 2008.