О штатном расходе Саяно-Шушенского гидроузла

Ныне применяемая на Саяно-Шушенской ГЭС схема регулирования, вопреки требованиям строительных норм и правил (СНиП), заведомо использует резерв безопасности гидроузла и гарантирует безопасность только при завышенном прогнозе притока воды в водохранилище СШГЭС и только при условии, что к тем авариям, которые ранее уже были учтены в расчетах, не добавятся новые:

Ранее в статье “О регулировании стока на Енисее и его притоках” от 7 июля 2012 года я уже приводил отдельные цитаты из газеты “Саянские ведомости” №№ 53, 55, 56, 58 за 2006 год. Тогда, напомню, в Красноярске были затоплены набережные, подтоплены многие поселки и деревни ниже по течению. Вот как обстояли дела в то время на Саяно-Шушенской ГЭС:

“В 2006 году дали прогноз притока воды на июнь и июль на 20% выше среднего, то есть 3300 м³/с. Фактически он достиг 8000 м³/с, то есть оказался в 2,5 раза выше
(“Саянские ведомости”, №53 (439), 19 июля 2006 г.)

“Допустимая норма пропуска воды в нижний бьеф составляет 13300 м³/с, а станция сбрасывает всего 7000 м³/с”.
(“Саянские ведомости”, № 55 (441), 26 июля 2006 г.)

“Верхняя отметка водохранилища приближалась к максимально допустимой и четвертого июля достигла 535,5 м. Зато отметка 537,5 м, которая должна быть достигнута только в конце месяца, была набрана уже 12 июля. Во избежание подтопления поселка Черемушки до минимума был снижен уровень Майнского водохранилища. Отметка его верхнего бьефа составляет 322 м, что на два метра ниже нормы. Прогноз средней приточности на июль, выданный Среднесибирским управлением гидрометеорологии, обещал 3300 м³/с, а ее фактическая величина за первую половину месяца составила 5728 м³/с. Если бы прогноз оказался правильным, водосброс начался бы на месяц раньше и в гораздо меньших объемах”.
(“Саянские ведомости”, № 56 (442), 28 июля 2006 года)

Там же приводится следующее предупреждение:

“Вне зависимости от метеорологической и гидрологической обстановки, на СШГЭС ежегодно существует вероятность максимального сброса воды – 13300 м³/с. Пропуск через сооружения гидроэлектростанции максимального или близких к нему расходов приведет к повышению уровня Енисея еще на 2 -2,5 м от максимально достигнутого в июле”.
(“Саянские ведомости”, № 56 (442), 28 июля 2006 года)

“Средний приток воды в июле 2006 года составил 6190 м³/с при 8200 м³/с в отдельные дни. Последний расход, который можно причислить к необычным, наблюдался в 1903 году. С этого времени ведутся водомерные наблюдения на Енисее в нашем регионе. Согласно им, такая большая вода приходит примерно три раза за столетие. Нехарактерный для Енисея июльский паводок оказался неожиданным для всех, так как предыдущий месяц отличался сухой, жаркой погодой. Июльский циклон сформировался далеко за пределами республики – в районах Тувы и Монголии, где аномально дождливая погода сопровождалась ростом столбика термометра. Это вызвало ускоренное таяние снегов и мгновенное развитие паводковой ситуации.

В нынешнем году метеорологи обещали приток воды в водохранилище 3000-4000 м³/с. Фактически он составил 5580 м³/с. В июне по прогнозу Росгидромета, ожидался приток 4700-5900 м³/с, а на самом деле он составил 7000 м³/с. В июле эти цифры еще более разнятся: 2800 – 3800 и 6190, а в отдельные дни – до 8200 при максимально возможном водосбросе 13300 м³/с.

Почему многие здания и сооружения построены на таких отметках, что оказались подтопленными в паводок далеко не максимальной интенсивности? Окажись приточность воды в Енисее больше на тысячу куб/сек, наводнение приняло бы более угрожающий характер. Документы запрещали строительство в зонах подтопления любых постоянных сооружений, возложив ответственность за соблюдение статей и пунктов на местные органы управления. Между тем, как исполнялись постановления или насколько технически грамотно велось строительство зданий и сооружений в береговой зоне – видно невооруженным глазом. Можно с полным правом говорить о халатности со стороны представителей власти, давших разрешение на строительство на затопляемых территориях, или самоуправстве людей.

С другой стороны, паводковая ситуация в нижнем бьефе становится из года в год напряженнее, что объясняется неконтролируемым заилением русла Енисея при слиянии с ним реки Абакан. Ежегодно горная река Абакан приносит огромные наносы, которые оседают в зоне выклинивания водохранилища Красноярской ГЭС, уменьшая пропускную способность Енисея в районе Абакана. С этим связаны негативные моменты затопления и подтопления береговых зон при паводке средней интенсивности. Хотя имеющиеся вокруг Абакана и Минусинска защитные сооружения рассчитаны на штатный расход Саяно-Шушенской ГЭС, данная ситуация требует изучения специалистами научно-исследовательского либо проектного институтов и незамедлительного принятия необходимых решений и мер”.
(“Саянские ведомости”, № 58 (444) 4 августа 2006 года)

А теперь подробнее остановимся на штатном расходе Саяно-Шушенского гидроузла или о допустимой норме сбросного расхода воды в нижний бьеф СШГЭС.

Строительные нормы и правила (СНиП) обязывают выполнять расчеты пропускной способности гидроузла с некоторым запасом по сравнению с пропускной способностью нижнего бьефа при условии аккумуляции в водохранилище объема притока воды, равного порожнему объему между уровнем мертвого объема (УМО) и форсированным подпорным уровнем (ФПУ).

При этом СНиП учитывают, что в случае катастрофического притока воды (притока выше принятого в расчетах) или аварии на водосбросе, плотине, ГЭС, в нижнем бьефе, в схеме выдачи мощности ГЭС и энергосистеме всегда существует возможность начать холостой сброс воды заблаговременно с пониженного уровня водохранилища, то есть еще до заполнения всего порожнего объема. Это и является основным резервом безопасности гидроузла.

Дополнительным резервом безопасности гидроузла является одновременная кратковременная работа всех турбин ГЭС. Для этого в расчетах используется работа части турбин, но схема выдачи мощности ГЭС обязана предусматривать выдачу всей установленной мощности в энергосистему. Иначе говоря, резерв безопасности на непредвиденные случае создается только при наличии соответствующего порожнего объема водохранилища, позволяющего снизить сбросной расход воды в нижний до допустимой для нижнего бьефа величины.

Порожний объем Саяно-Шушенского водохранилища слишком мал, поэтому “в варианте с поверхностным водосбросом (при расчете в строгом соответствии требованиям СНиП – прим. мое) зарегулированный расход воды в нижний бьеф Саяно-Шушенского гидроузла составлял 21600 м³/с при естественном притоке в водохранилище 25300 м³/с, что могло привести к существенному повышению уровней в нижнем бьефе и повлечь за собой увеличение объемов работ по переустройству и защите городов Абакана и Минусинска, жилых поселков и промышленных предприятий”, [1], стр. 17.

По последним данным Ленгидропроекта максимальный расход притока воды в половодье с учетом гарантийной поправки принят равным 23900 м³/с [1], стр. 457. Вот и нужно было строить гидроузел и нижний бьеф Саяно-Шушенской ГЭС как этого требуют строительные нормы и правила, то есть на сбросной расход 20200 м³/с или 19190 м³/с, к которому пришли в итоге.

Выход из положения увидели в создании на Саяно-Шушенской ГЭС водосброса с глубинным водозабором, который позволял производить холостой сброс воды с пониженного уровня водохранилища СШГЭС, начиная от уровня 497,0 м (на 3 м ниже УМО) и заканчивая нормальным подпорным уровнем (НПУ), то есть позволял в один и тот же порожний объем принимать два объема притока воды, если один из объемов удается сбросить в нижний бьеф еще до полного заполнения порожнего объема.

Иначе говоря, решили заведомо в расчетах использовать резерв безопасности Саяно-Шушенского гидроузла, а точнее пойти на откровенное нарушение требований СНиП. Ведь и при наличии водосброса с глубинным водозабором расчет пропускной способности гидроузла и нижнего бьефа СШГЭС ничем не отличается от расчета с поверхностным водосбросом. Резерв безопасности должен оставаться в неприкосновенности, поскольку предназначается для использования при непредвиденных обстоятельствах.

Единственно возможной мерой при малой емкости Саяно-Шушенского водохранилища остается создание недостающего порожнего объема в верховье Енисея на площади водосбора в Саянских горах в Туве, который обязаны были построить изначально.

В Ленгидропроекте по версиям гидрографов был выполнен расчет контрольных уровней наполнения водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС в половодья и дождевые паводки на конкретную дату по двум вариантам объема притока воды, рассчитанным по прогнозу: при ?30км³ и ?30км³ (таблица 1, [1], стр. 456).

Особенность этого расчета заключается в том, что предполагается надежная работа водосброса СШГЭС с максимальной пропускной способностью при каждом контрольном уровне наполнения Саяно-Шушенского водохранилища, то есть без какого-либо запаса на случай отказа в работе оборудования, поскольку резерв безопасности гидроузла ранее уже был использован в расчетах и перерасчетах. Иначе говоря, безопасность при таком расчете снижается одновременно по двум направлениям.

По этому расчету водосброс Саяно-Шушенской ГЭС вынужден работать длительное время с максимальной нагрузкой, тогда как при расчете в строгом соответствии СНиП, максимальная нагрузка быстро снижается. Если же в виде исключения допустить, что работа оборудования будет длительное время продолжаться без аварий и отказов (использование резерва не понадобится), то все равно следует указать на ошибку в расчетах, которая обязывает начинать холостой сброс воды еще раньше, чем предусмотрено в таблице 1.

При снижении НПУ 540, м и ФПУ 544,5 м (резервный объем около 3 км³) соответственно до уровней 539,0 м и 540,0 м (резервный объем 0,62 км³) проектная организация считают вполне допустимой компенсацию только объема 3,0 -0,62 = 2,38 км³ за счет начала холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища.

Но объем около 3 км³ между НПУ 540,0 м и ФПУ 544,5 м необходимо постоянно сохранять порожним, чтобы не перегрузить плотину Саяно-Шушенской ГЭС, и такой же порожний объем необходим для трансформации (снижения) максимального расчетного расхода притока воды в дождевой паводок. Следовательно, новый нормальный подпорный уровень (НПУ) обязан быть равным уровню 535,0 м, но никак не 539,0 м. Холостой сброс воды необходимо начинать еще раньше с УМО, потому что уровни в таблице 1 рассчитаны для НПУ 539,0 м, а необходимо было рассчитывать для уровня 535,0 м.

Таблица 1

На самом деле таблица наглядно показывает, как последовательно и неуклонно в расчетах использовался резерв безопасности Саяно-Шушенской ГЭС, как методично переносили начало холостого сброса воды с НПУ к УМО, как регулирование все более попадало в полную зависимость от прогноза притока воды в Саяно-Шушенское водохранилище, снижалась гидрологическая безопасность гидроузла и последовательно самым грубейшим образом нарушались требования СНиП.

Такая таблица имела право на существование в составе инструкции по эксплуатации гидроузла, определяющей порядок использования резерва безопасности при непредвиденных обстоятельствах: приток воды выше принятого в расчетах, аварии, отказы оборудования и не более того.

По сути, таблица 1 представляет собой шкалу времени, шкалу точек невозврата, рассчитанную по конкретным объемам притока воды в Саяно-Шушенское водохранилище и максимальному сбросному расходу воды в нижний бьеф СШГЭС в тех точках, которые на практике не уловимы по причине низкой достоверности прогноза притока воды.

Сейчас гордятся тем, что в результате создания дополнительного берегового водосброса на Саяно-Шушенской ГЭС якобы еще более, чем раньше повысилась безопасность гидроузла и можно начинать холостой сброс воды не с уровня 510,0 м, а гораздо позже с уровня 520,0 м [2].

Для большей наглядности и убедительности доказательств мною рассчитаны и включены в таблицу 1 заполненный объем (Vзап.) и порожний объем (Vпор.) Саяно-Шушенского водохранилища на конкретную дату. По изменению этих объемов видно, что порожний объем, необходимый для снижения максимального расхода притока воды в дождевой паводок заполняется еще до окончания половодья и не остается никакого выбора: перегружать плотину Саяно-Шушенской ГЭС нельзя, следовательно, вынуждены перегружать нижний бьеф СШГЭС сбросным расходом выше расчетного 13300 м³/с, вплоть до 19190 м³/с.

Гарантировать безопасность гидроузла и нижнего бьефа СШГЭС, выполняя холостой сброс воды по заранее рассчитанным контрольным уровням наполнения Саяно-Шушенского водохранилища, в принципе невозможно, поскольку:

– еще до начала холостого сброса воды полностью израсходован резерв безопасности гидроузла и нижнего бьефа СШГЭС;

– режимы регулирования рассчитаны по версиям гидрографов, которые не могут совпадать с реальными гидрографами (графиками притока воды по времени), то есть нельзя привязывать объемы притока воды к календарю;

– при заниженном прогнозе притока воды в Саяно-Шушенское водохранилище неминуемо превышение сбросного расхода воды, вплоть до 19190 м³/с.

По сути, об этом и написано в газете ”Саянские ведомости”:

"Если бы прогноз оказался правильным, водосброс начался бы на месяц раньше и в гораздо меньших объемах. Вне зависимости от метеорологической и гидрологической обстановки, на СШГЭС ежегодно существует вероятность максимального сброса воды – 13300 м³/с. Зато отметка 537,5 м, которая должна быть достигнута только в конце месяца, была набрана уже 12 июля. В июне по прогнозу Росгидромета, ожидался приток 4700-5900 м³/с, а на самом деле он составил 7000 м³/с. В июле эти цифры еще более разнятся: 2800 – 3800 и 6190, а в отдельные дни – до 8200 при максимально возможном водосбросе 13300 м³/с".

Я уже писал о новейшем расчете на 2011 год. Эти расчеты показали, что пропуск сбросного расхода 10260 м³/с (почему сбросной расход стал ниже 13300 м³/с не поясняется) может быть осуществлен через Майнский гидроузел при условии опорожнения водохранилища до уровня 322,0 м только при уровне верхнего бьефа 324,8 м. При этом уровне он у мостового перехода составит 327,8 м, а в нижнем бьефе СШГЭС даже 329,4 м, то есть возрастает на 4,6 м.

В расчете принят уровень опорожнения 322,0 м, хотя по проекту уровень мертвого объема Майнского водохранилища 319,0 м потому, что лопасти поворотно-лопастных турбин зафиксированы сваркой и при уровнях ниже 322,0 м их работа не рекомендуется.

То есть Майнский гидроузел, расположенный ниже по течению, подпирает Саяно-Шушенский гидроузел и нуждается в дополнительном водосбросе. Скорее всего, будет проектироваться дополнительный водосброс. Это, разумеется, не выход. Необходимо снижать сбросной расход до 10000 м³/с и даже ниже, потому что при сбросном расходе 19190 м³/с разрушается плотина Майнского гидроузла и затапливаются объекты в его нижнем бьефе.

Главная опасность на сегодня – повышенный сбросной расход воды в нижний бьеф Саяно-Шушенского гидроузла, вероятность которого велика даже в маловодный год. Вот почему я был против строительства берегового водосброса на СШГЭС и настаивал на создании водохранилищ в Туве.

Предлагаю читателю вернуться к началу статьи и еще раз прочитать цитаты из газеты “Саянские ведомости”. Невозможно даже представить себе что произойдет, если штатный расход Саяно-Шушенского гидроузла достигнет 19190 м³/с, которым так гордятся специалисты ОАО “РусГидро”.

Заиление русла реки Абакан тоже происходит, а пропускная способность русла постепенно снижается. “Данная ситуация требует изучения специалистами научно-исследовательского либо проектного институтов и незамедлительного принятия необходимых решений и мер”, – пишет газета “Саянские ведомости”. Убежден, что никто, как всегда у нас, даже пальцем не пошевелил.

По данным республиканского МЧС главный источник разлива паводковых вод – не Енисей, а река Абакан. Специалисты, как правило, ожидают неблагоприятной ситуации выше по течению реки Абакан – в Таштыпском и Аскизском районах Республики Хакасия. Но это далеко не все территории, находящиеся сегодня в опасных с точки зрения затоплений и подтоплений зонах. К ним, по моему мнению, следует отнести и город Абакан.

Требуется организовать контроль, постоянную расчистку русел реки Абакан и реки Енисей в нижнем бьефе Майнского гидроузла, а также дноуглубительные работы в Майнском водохранилище и хвостовой части Красноярского водохранилища, потребуется устройство новых и увеличение высоты имеющихся дамб.

По моему мнению, наиболее эффективным и в итоге менее затратным является создание перехватывающих емкостей в верховье реки Енисей и Абакан, которые находятся в порожнем состоянии и заполняются автоматически только при катастрофическом притоке воды, а их заполнение будет сигналом для принятия экстренных мер.

При условии постоянного надзора и надлежащей эксплуатацией таких сооружений гарантия безопасности повышается, сбросные расходы снижаются до приемлемых величин, исключаются многие виды работ по защите сооружений на реке и ее берегах.

Например, объемы строительно-монтажных работ по береговому водосбросу примерно равны объемам работ по Сейбинской плотине на Большом Енисее в Туве, которая может создать емкость 12,5 км³ и снизить расход притока воды в Саяно-Шушенское водохранилище примерно на 5500 м³/с, а береговой водосброс, наоборот, позволяет увеличивать сбросной расход воды в нижний бьеф на 4000 м³/с.

В 2006 году Саяно-Шушенская ГЭС и Майнская ГЭС сбросили мимо турбин по 15 км³, а Красноярская ГЭС даже более 17,5 км³ воды, что эквивалентно выработке 10,0 млрд. кВт?ч электроэнергии. Именно такое количество электроэнергии выработала Саяно-Шушенская ГЭС в первом полугодии 2012 года. То есть речь идет не только о повышении безопасности, но и об увеличении выработки электроэнергии и мощности на всех енисейских ГЭС.

Еще раз подчеркиваю, что вероятность превышения штатного расхода (допустимой нормы пропуска воды в нижний бьеф) Саяно-Шушенским гидроузлом с 13300 м³/с вплоть до максимальной пропускной способности гидроузла 19190 м³/с после создания берегового водосброса СШГЭС стала высокой как никогда раньше, поскольку выполнен перерасчет, обязывающий начинать холостой сброс воды с уровня заполнения порожнего объема Саяно-Шушенского водохранилища не ниже 520,0 м [2] (предыдущий расчет обязывал начинать при уровне 510,0 м, а на самом деле нужно было начинать с УМО).

Все дело в том, что ныне применяемая на Саяно-Шушенской ГЭС схема регулирования, вопреки требованиям строительных норм и правил (СНиП) заведомо использует резерв безопасности гидроузла и гарантирует безопасность только при завышенном прогнозе притока воды в водохранилище СШГЭС и только при условии, что к тем авариям, которые ранее уже были учтены в расчетах, не добавятся новые.

Список использованной литературы:

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

[2] Саяно-Шушенская ГЭС. “Уточнение пропускной способности водосбросных сооружений с учетом дополнительного водосброса”, Ленгидропроект, инв.№ 1047-1-126т, Санкт-Петербург, 2003 г.

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!"