Об исполнении закона «О безопасности гидротехнических сооружений»
Пропускная способность нижних бьефов ГЭС снижается не только из-за бесконтрольной застройки берегов и из-за переформирования русла и отсутствия дноуглубительных работ, но и в результате создания искусственного подпора нижнего бьефа плотиной и в результате дополнительного бокового холостого сброса в созданное плотиной водохранилище, например, по туннельным водосбросам:
Методические указания по составлению Правил использования водных ресурсов водохранилищ гидроузлов электростанций, введенные в действие с 1 января 2000 года, вынуждены признать, что пропуск через гидроузел половодий и паводков вероятностью превышения менее 1% должен рассматриваться как чрезвычайная ситуация и осуществляться при эвакуации людей из зон временного затопления.
Методические указания по разработке правил использования водохранилищ (утверждены приказом Минприроды России от 26 января 2011 года № 17) рекомендуют при построении диспетчерского графика весь объем водохранилища делить на зоны, характеризующиеся определенными показателями режима использования водохранилища:
– зона противопаводковой призмы выделяется для водохранилищ, одной из основных функций которых является защита нижнего бьефа гидроузла водохранилища от наводнений. В этой зоне назначаются максимальные допустимые (по условиям незатопления и неподтопления) расходы воды в нижний бьеф;
– зона максимальных сбросов. В этой зоне по условиям безопасности сооружений гидроузла открываются все водосбросные отверстия. В верхней части этой зоны может выделяться подзона, в которой включается и сброс воды через сооружения непосредственно для этого не предназначенные (например – судоходные шлюзы, при их наличии в составе гидроузла). Могут также выделяться подзоны с постепенным наращиванием открытий затворов водосбросов. Верхней границей этой зоны является отметка форсированного подпорного уровня (ФПУ), который не превышается в условиях любой водности, вплоть до расчетной поверочной.
Приведенные положения противоречат Закону «О безопасности гидротехнических сооружений», согласно которому нужно обеспечивать не только безопасность самих гидротехнических сооружений, но и защита жизни, здоровья и законных интересов людей, окружающей среды и хозяйственных объектов, расположенных в верхнем и нижнем бьефах.
Причины сложившегося положения очевидны: при выборе первоочередного створа на основе технико-экономического сравнения вариантов приоритет отдавался наиболее обеспеченному инфраструктурой створу и наличию потребителей электроэнергии рядом. Несоблюдение очередности возведения гидроузлов в каскаде привело к снижению равновесия в системах. Объемы стока воды с площадей водосбора стали превышать порожние объемы водохранилищ. Снижение расхода притока воды до значений, допустимых для нижних бьефов, которые бесконтрольно застраиваются, стало невозможным.
Выяснению причин сложившегося положения с пропуском половодий и дождевых паводков на действующих гидроузлах, а также недопущению нарушений на новых гидроузлах, посвящена данная статья.
По мнению автора, положение можно исправить, если приоритет действительно будет отдан обеспечению гидрологической безопасности на основе предложений, изложенных в статье.
Особенности расчета порожних объемов водохранилища
Принципиальное различие расчетов порожнего полезного объема и порожнего резервного объема водохранилища заключается в следующем:
· при годичном регулировании стока порожний полезный объем в течение года обязан принять два объема притока воды: один — в половодье с вероятностью превышения 0,1%, а другой — в течение пропуска дождевых паводков и в межень;
· порожний полезный объем в течение года заполняется и опоражнивается за счет разницы расхода притока и среднего надежно гарантированного расхода воды через турбины без выполнения холостого сброса воды;
· порожний резервный объем обязан принять (задержать на короткое время) всю разницу объема притока в дождевой паводок с вероятностью 0,01% + ? и 0,1%: половину объема при заполнении, вторую половину при опорожнении;
· порожний резервный объем в течение года может заполняться и опоражниваться полностью или частично два-три раза в течение дождевых паводков в июле, августе и сентябре за счет разницы притока и сбросного расхода воды в нижний бьеф основного расчетного случая, то есть с выполнением холостого сброса воды.
Расчеты обязывают опорожнять полезный объем водохранилища годичного регулирования до уровня мертвого объема перед началом каждого половодья. Такой прием называется обязательной предполоводной сработкой водохранилища.
Если расчет порожнего полезного объема водохранилища предусматривает холостой сброс воды с уровней ниже нормального подпорного уровня (НПУ), то порожний объем окажется меньше необходимого на величину объема холостого сброса воды.
Регулирование стока оказывается в полной зависимости от прогноза притока воды, а гидроузел лишается резерва, который потребуется, если возникнут непредвиденные обстоятельства: приток воды выше принятого в расчетах, остановка всех турбин на длительное время, авария в схеме выдачи мощности ГЭС и т.д.
Если расчет порожнего резервного объема водохранилища предусматривает сбросной расход воды в нижний бьеф с уровней ниже форсированного подпорного уровня (ФПУ), превышающий сбросной расход основного расчетного случая, то порожний резервный объем окажется меньше необходимого на величину объема повышенного сброса воды. Последствия такого расчета для самого гидроузла и нижнего бьефа предсказать сложно, потому что плотина, водосброс и нижний бьеф окажутся перегруженными.
О расчете порожнего полезного объема водохранилища
Смысл расчетов порожнего полезного объема водохранилища заключается в том, чтобы он беспрепятственно заполнялся без выполнения холостого сброса воды в половодье с ежегодной вероятностью превышения расхода притока воды 0,1% (основной расчетный случай). Именно поэтому он назван полезным.
По расчету холостой сброс воды должен начинаться после заполнения водохранилища до НПУ. В половодье с ежегодной вероятностью превышения расхода притока воды 0,1% при среднем надежно гарантированном расходе воды через турбины Qт, объеме воды через турбины Wт и объеме стока воды W порожний полезный объем водохранилища следует определять по уравнению
Vп = W – Wт. (1).
Недостаток порожнего полезного объема водохранилища можно компенсировать только путем создания недостающего объема в верховье на площади водосбора или на площади водосбора бокового притока воды в водохранилище.
О расчете порожнего резервного объема водохранилища
После заполнения водохранилища до НПУ, если расход притока воды превышает расчетный максимальный расход воды в нижний бьеф основного расчетного случая вероятностью превышения 0,1%, то начинается кратковременное заполнение резервного объема водохранилища.
Расчет пропуска половодья ежегодной вероятностью превышения 0,01% + ? (поверочный расчетный случай) предусматривает поддержание расчетного максимального сбросного расхода воды, допустимого для нижнего бьефа, за счет заполнения порожнего резервного объема водохранилища и его последующего опорожнения. После заполнения порожнего резервного объема до ФПУ в том же режиме сбросного расхода воды в нижний бьеф должно происходить его опорожнение до стабилизации НПУ.
Иначе говоря, порожний резервный объем водохранилища в расчетах пропуска высоких вод используется дважды и определяется как половина разницы объема холостого сброса при ежегодной вероятности превышения расхода притока воды 0,01% + ? и при 0,1%, то есть
Vрез = (Vx1 – Vx2)/2, (2)
где Vx1 — объем холостого сброса воды ежегодной вероятности превышения расхода притока воды 0,01% + ?; Vx2 — объем холостого сброса воды с ежегодной вероятностью превышения расхода притока воды 0,1%.
Максимальная длительность использования порожнего резервного объема водохранилища определяется путем деления удвоенного резервного объема на величину максимального расчетного сбросного расхода воды в нижний бьеф Qсбр основного расчетного случая:
Tрез = 2Vрез/Qсбр. (3)
Порожний резервный объем на практике может кратковременно использоваться несколько раз для пропуска неожиданного дождевого паводка при заполненном до НПУ водохранилище. Снижение порожнего резервного объема водохранилища можно компенсировать только путем снижения объема и расхода притока воды.
Компенсация порожнего резервного объема водохранилища за счет уменьшения порожнего полезного объема недопустима. Компенсация за счет полезного объема водохранилища потребует его снижения в двойном размере утраченного для заполнения резервного объема, но не исключит физического присутствия запрещенного для заполнения порожнего резервного объема.
Опасность для плотины в случае заполнения этого объема не только остается, но и повышается, поскольку снижение порожнего полезного объема возможно только путем внешнего воздействия на систему, то есть только снижением объема и расхода притока воды в водохранилище.
О холостом сбросе воды при заполнении полезного объема водохрагнилища
Из-за дефицита порожней емкости водохранилища, связанного с использованием холостого сброса воды при выполнении расчетов порожней полезной и порожней резервной емкостей, приходится теперь уже на практике выполнять холостой сброс воды с уровней ниже НПУ. Такой прием ошибочно называют предполоводной сработкой водохранилища. По этой причине регулирование стока воды на практике попадает в зависимость от прогноза притока воды, достоверность которого в половодье не превышает 70%, а в дождевые паводки и того ниже.
Нет никакого смысла закладывать в расчеты пропуска половодья холостой сброс воды при заполнении порожнего полезного объема и искусственно сдерживать заполнение полезного объема водохранилища, когда расчеты ведутся по версии расчетного гидрографа, то есть по максимуму возможного притока воды.
Правила, к сожалению, не обязывают различать предполоводную сработку полезного объема водохранилища, которая учитывается в расчетах пропуска высоких вод и на практике выполняется без холостого сброса воды, и холостой сброс воды с пониженного уровня водохранилища, который является основным резервом гидрологической безопасности и часто ошибочно используется при выполнении расчетов пропуска высоких вод для компенсации недостатка порожнего полезного водохранилища.
О необходимости расчета резервного объема водохранилища
Для расчета плотин при заполнении водохранилищ до ФПУ существуют подробно разработанные нормативы. Порожние объемы между НПУ и ФПУ не определены, и отсутствуют какие-либо указатели и водоохранные полосы по берегам водохранилищ.
Нынешнее развитие технологий по сканированию земной поверхности позволяет достаточно быстро выполнить цифровую топографическую карту, цифровую модель рельефа, представляющую собой трехмерную модель земной поверхности, которая может быть представлена в виде высотных точек, поверхностей, горизонталей или иных изолиний, и выполнить расчеты порожних резервных объемов водохранилищ для определения их возможности по трансформации дождевых паводков.
О необходимости выдачи всей установленной мощности ГЭС
Прежние правила обязывали пропуск расчетных расходов воды обеспечивать при одновременной работе всех турбин ГЭС.
В п.5.4.3 СНиП 33-01-2003 изменены требования к учету пропускной способности гидроагрегатов в расчетах пропуска высоких вод. Теперь величина расхода воды через турбины должна быть обоснована при проектировании каждого конкретного гидроузла в зависимости от количества агрегатов гидроэлектростанции, условий ее работы в энергосистеме, вероятности аварийных ситуаций на ГЭС и фактического напора. Это правило изменено, потому что работа турбин ошибочно представляется необходимой для срезки пика половодья, а на самом деле кратковременная работа всех турбин является дополнительным резервом гидрологической безопасности гидроузла и его нижнего бьефа.
Необходимо различать работу турбин с надежно гарантированным средним расходом воды в период заполнения полезного объема водохранилища, который включается в расчет пропуска высоких вод, и необходимость одновременной работы всех или большей части турбин, которая является дополнительным резервом при возникновении непредвиденных обстоятельств. Схема выдачи мощности ГЭС обязана позволять выдачу всей установленной мощности ГЭС в энергосистему по международному критерию n–1.
О подпоре нижнего бьефа плотиной и дополнительным водосбросом
Пропускная способность нижних бьефов снижается не только из-за бесконтрольной застройки берегов и из-за переформирования русла и отсутствия дноуглубительных работ, но и в результате создания искусственного подпора нижнего бьефа плотиной и в результате дополнительного бокового холостого сброса в созданное плотиной водохранилище, например по туннельным водосбросам.
Следует выполнять все правила эксплуатации водохранилища, тем более если нижний бьеф представляет собой водохранилищем суточного регулирования, уровни которого резко повышаются при увеличении сбросного расхода в нижний бьеф вышерасположенного гидроузла.
Пункт 11.1. СНиП 2.06.01-86 гласит:
«При проектировании водохранилищ должны быть решены вопросы переселения населения, инженерной защиты или переноса (сноса) населенных пунктов, промышленных объектов, отдельных сооружений или строений».
Пункт 4.4.9 СНиП 33-01-2003 гласит:
«При проектировании гидротехнических сооружений необходимо учитывать изменения природных условий, которые могут привести к подтоплению и затоплению территорий, оценку которых необходимо выполнять, руководствуясь положением СНиП 2.06.15».
Пункт 1.4 CНиП 2.06.15 гласит:
«Отрицательное влияние затопления существующими или проектируемыми водохранилищами надлежит оценивать в зависимости от режимов сработки водохранилища и продолжительности действия затопления на прибрежную территорию».
О необходимости водосброса с глубинным водозабором
При наличии на гидроузле водосброса поверхностного типа и остановке всех турбин ГЭС нельзя обеспечить попуски в нижний бьеф при уровнях воды в водохранилище в диапазоне от уровня мертвого объема до уровня, достаточного для обеспечения размера попуска, то есть уровня, расположенного выше порогов водосброса. Это обстоятельство обязывает проектировать дополнительный водосброс с глубинным водозабором или поднимать уровень мертвого объема водохранилища несколько выше порогов поверхностного водосброса путем продолжения гидротехнического строительства в верховье и на боковом притоке.
Владимир Иннокентьевич Бабкин,
(журнал «ГИДРОТЕХНИКА XXI ВЕК»,
№ 4 (16), декабрь 2013, стр.51-53)
Ваше мнение
Для этого надо всего лишь заполнить эту форму: