Саяно-Шушенская ГЭС и обязательные объемы холостого сброса воды на Енисее

При наличии дефицита порожней емкости Саяно-Шушенского водохранилища холостой сброс воды необходимо выполнять даже при обеспеченности притока до 1%. В сложившихся условиях первоочередная задача состоит в снижении максимального расчетного объема притока воды в водохранилище Саяно-Шушенской ГЭС и снижении максимального расчетного сбросного расхода воды в нижний бьеф СШГЭС на Енисее:

Обязательные объемы холостого сброса воды по причинам их возникновения следует разделять на две составные части.

Первая объективно необходимая и обязательная часть связана с созданием порожней емкости водохранилища, способной трансформировать (снизить) расход притока воды до сбросного расхода, допустимого для нижнего бьефа гидроузла в его естественном состоянии или после создания инженерных защитных сооружений.

Объективно необходимая порожняя полезная емкость водохранилища позволяет при притоке ежегодной вероятностью превышения 0,1% заполнять эту емкость при надежно гарантированном среднем расходе воды через турбины без выполнения холостого сброса воды и снижать расход притока воды до величины, обеспечивающей гидрологическую безопасность гидроузла и его нижнего бьефа. Такой расчет принято называть основным расчетным случаем.

Объективно необходимая порожняя резервная емкость водохранилища при своем заполнении и опорожнении позволяет на короткое время задерживать всю разницу объема притока воды ежегодной вероятностью превышения 0,01% + ? и 0,1% и сбрасывать этот объем без превышения расчетного максимального сбросного расхода воды основного расчетного случая 0,1%. Такой расчет принято называть поверочным расчетным случаем.

При таком подходе к расчету порожней емкости водохранилища гидрологическая безопасность и эффективность использования водотока гарантируются благодаря минимальной зависимости регулирования речного стока от достоверности прогноза притока воды и наличию резерва гидрологической безопасности на непредвиденные обстоятельства.

Вторая обязательная часть объема холостого сброса воды связана с созданием порожней емкости водохранилища, которая не способна снижать расход притока воды до сбросного расхода, допустимого для нижнего бьефа гидроузла в его естественном состоянии и после создания инженерных защитных сооружений.

Вторая обязательная часть объема холостого сброса воды возникает по причине нарушения очередности возведения гидроузлов в каскаде, приводящей к невозможности создания оптимальной порожней емкости водохранилища, к полной зависимости регулирования стока от прогноза притока воды, к необоснованному росту объема холостого сброса воды и сбросного расхода воды в нижний бьеф и к невозможности исполнения требований федерального закона «О безопасности гидротехнических сооружений».

Вторую часть обязательного объема холостого сброса воды можно исключить путем создания порожней емкости в верховье. Например, при отсутствии дефицита порожней емкости Саяно-Шушенского водохранилища холостой сброс воды обязаны были бы начинать только при притоке ежегодной вероятностью превышения 0,1%.

При наличии дефицита порожней емкости Саяно-Шушенского водохранилища холостой сброс воды необходимо выполнять даже при обеспеченности притока до 1%. Для доказательства выполним расчеты по притоку 2006 года (таблица 1).

В 2006 году среднегодовой расход притока воды в водохранилище Саяно-Шушенской ГЭС составил
Q_{cр. год} = 2031,6 м³/с,
годовой объем притока воды V_пр.год.= 64,07 км³,
объем притока воды в мае-сентябре 53,19 км³.

2006 год был маловодным: обеспеченность притока составила 54% в мае (такое событие случается 1 раз за 1,85 лет), 8% в июне (такое событие случается 1 раз за 12,5 лет). Пик расхода притока воды 12- 15 июля достиг 7900 м³/с, то есть такой дождевой паводок вероятен несколько раз в течение 100 лет (по расчетам обеспеченности 1% соответствует пик расхода 9025 м³/с (таблица 2).

Однако сбросной расход воды в нижний бьеф Саяно-Шушенской ГЭС в 2006 году составил 7700 м³/с, а объем холостого сброса воды достиг 15 км³. Такие параметры могли быть только при притоке ежегодной вероятностью превышения до 0,1%. О причинах пойдет речь ниже.

Если бы заполнение порожнего полезного объема водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС началось за счет разницы расхода притока и расхода воды через турбины с 15 мая, когда расход притока воды достиг 2500 м³/с, и закончилось через 153 суток 15 сентября, когда расход притока снизился до 2100 м³/с (таблица 1), то объем холостого сброса воды оказался бы равным 11,97 км³ (таблица 2) даже при нынешнем дефиците порожней полезной емкости Саяно-Шушенского водохранилища, равном 5,75 км³.

Где: Q_пр – средний расход притока воды, м³/с; W – объем притока воды, км³; W_и – объем воды на выработку электроэнергии при среднем надежно гарантированным расходе через турбины, равном 2100 м³/с; V_А – объем аккумуляции воды в Саяно-Шушенском водохранилище, км³; V_X – объем холостого сброса воды, км³.

При исключении дефицита порожней полезной емкости водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС объем холостого сброса воды снижается до 6,35 км³ (таблица 3)

При наличии порожнего резервного объема Саяно-Шушенского водохранилища, равного 4,1 км³, появляется возможность продолжать заполнение резервной емкости в режиме: 2100 м³/с через турбины и 4900 м³/с – через водосброс Саяно-Шушенской ГЭС в течение 6,35 ? 10⁹ : 7000 = 10,5 суток. Тогда объем холостого сброса воды сокращается до 4,445 км³, а сбросной расход воды снижается до 7000 м³/с.

Объем холостого сброса воды можно вовсе исключить путем увеличения среднего расхода воды через турбины Саяно-Шушенской ГЭС до 2400 м³/с (таблица 4):

При пропуске притока 2006 года холостой сброс воды через СШГЭС обязаны были начинать 20.05 с уровня заполнения Саяно-Шушенского водохранилища 520,0 м при прогнозе притока воды в объеме ?30 км³ и уровня 520,0 м при прогнозе притока воды в объеме ?30 км³ – см. таблицу 5 [А.И.Ефименко, Г.Л.Рубинштейн “Водосбросные сооружения Саяно-Шушенской ГЭС”. СПб: Изд-во ОАО «ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева», 2008, стр.456].

Особенность регулирования по таблице 5 заключается в том, что при достоверном прогнозе притока воды ?30км³ и достижении уровня 510,0 м ранее 20.05 вынуждены выполнять холостой сброс до 20.05. При достоверном прогнозе притока ?30км³ уровень 520,0 м поддерживается более 10 суток путем холостого сброса воды. В первом случае уровень 510,0 м повышается в течение 10 суток до уровня 511,0 м, а во втором сохраняется до 01.06 за счет повышенного объема холостого сброса воды. Если прогноз притока воды оказывается заниженным, то объемы холостого сброса оказываются выше, чем по расчетам.

Расчет объема холостого сброса воды при пропуске половодья и дождевых паводков длительностью 153 суток мая-сентября по гидрологическим параметрам, то есть по расчетному гидрографу, при условии начала холостого сброса воды после заполнения порожнего полезного объема Саяно-Шушенского водохранилища до НПУ 539,0 м (таблица 6):

Где: Q_макс – максимальный расход притока воды, м³/с, а остальные обозначения аналогичны обозначениям таблицы 2.

При создании водохранилища-регулятора речного стока в верховье в Туве объемом 5,75 + 4,1 = 9,85 км³ объемы холостого сброса воды, показанные в таблице 6, становятся нулевыми при обеспеченности притока 1%, а максимальный сбросной расход воды в нижний бьеф при притоке ежегодной вероятностью превышения 0,01% + ? снижается до 7000 м³/с.

Расходы и уровни водохранилища при пропуске весеннего половодья и дождевых паводков через сооружения Саяно-Шушенского гидроузла в их нынешнем состоянии по расчетам Ленгидропроекта [см. А.И.Ефименко, Г.Л.Рубинштейн “Водосбросные сооружения Саяно-Шушенской ГЭС”. СПб: Изд-во ОАО «ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева», 2008, стр. 457] представлены в таблице 7.

Если же оставить все в нынешнем состоянии без изменений, то даже при достоверном прогнозе притока воды объемы холостого сброса воды через Саяно-Шушенскую ГЭС не могут быть меньше указанных в таблице 6. При заниженном прогнозе притока воды и заниженном среднем расходе воды через турбины СШГЭС объемы холостого сброса воды окажутся на 25-30 % выше, чем по таблице 6, а сбросные расходы значительно выше, чем по таблице 7.

В сложившихся условиях первоочередная задача состоит в снижении максимального расчетного объема притока воды в Саяно-Шушенское водохранилище и снижении максимального расчетного сбросного расхода воды в нижний бьеф СШГЭС.

Вот почему я был против создания дополнительного берегового туннельного водосброса для Саяно-Шушенского гидроузла, вот почему сейчас в первую очередь необходимо создавать водохранилище в Туве, которое исключит создание дополнительного водосброса на Майнском гидроузле и создание инженерных защитных сооружений для защиты города Минусинска и других поселений в нижнем бьефе СШГЭС.

Создание водохранилища в Туве обеспечит гидрологическую безопасность Красноярского гидроузла и его нижнего бьефа.

Примечание: Для исключения влияния прогноза притока воды на результаты расчетов объема холостого сброса воды (таблицы 2, 3, 6)заполнение порожнего полезного объема водохранилища осуществляется без выполнения холостого сброса воды.

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!»