Риск возникновения аварий и катастроф в гидроэнергетике

Наиболее опасен риск аварий и катастроф на крупных экологически уязвимых объектах, к которым относятся многие водохозяйственные и гидроэнергетические сооружения (плотины и водохранилища, дамбы, перемычки, туннели, каналы, берегозащитные и ограждающие сооружения, в том числе сооружения золошлаковых отходов, пруды-накопители и др.). Все они в различных сочетаниях входят в состав электростанций.

17 августа 2009 года произошла катастрофическая авария на Саяно-Шушенской ГЭС, повлекшая за собой гибель десятков людей, значительные повреждения технологического оборудования и экономические потери. Гидротехнические сооружения (плотины, ГЭС, водохранилища) – объекты повышенной опасности, и потому они требуют пристального внимания. Многие из них эксплуатируются десятки, сотни и даже более тысячи лет и зарекомендовали себя в целом устойчивыми сооружениями. Например, в Англии 50% плотин построено более 80 лет тому назад, в Испании 10 плотин функционируют более 1000 лет. В верховьях Рейна до сих пор эксплуатируется старейшая в Европе ГЭС Рейнфельден, построенная в 1880 году.

Большинство плотин построено современными методами, на основе современных проектов. Тем не менее мировая статистика и события последних лет свидетельствуют о возможности повреждений и разрушений гидроузлов. Более того, вероятность аварий на гидросооружениях имеет тенденцию роста, особенно после 30–40-летней их эксплуатации.

Катастрофические аварии за всю историю эксплуатации подпорных сооружений наблюдались во многих развитых и развивающихся странах. В историю гидротехники вошли колоссальные катастрофы, вызванные прорывом дамб на реках Хуанхэ и Янцзы, Миссисипи и Миссури, на Дунае, в Голландии. Наиболее трагические последствия от повреждения плотин ГЭС и водохранилищ имели место в США (плотины Биг Томсон, Каньон Лейк, Сен Френсис, Титон). Причиненный ущерб от аварии на плотине Титон в бассейне реки Колорадо превысил 1 млрд. долл.

Масштаб национальных бедствий приобрели аварии плотин в Италии – Грено и Вайонт. В последнем случае из-за подземных толчков в водохранилище на реке Пьяве обрушился оползень, вызвавший перехлест образовавшейся волны через плотину (общее количество пострадавших составило 30 000 человек).

Аварии с большими ущербами были на плотинах в Индии (Мачху-II), в Бразилии (Орос), в Южной Корее (Хаиокири) и в других странах. Перечисленные 10 аварий вызвали гибель 8000 человек. Наиболее опасные по своим последствиям чрезвычайные ситуации (ЧС) возникают при прохождении через гидротехнические сооружения сверхрасчетных расходов воды. Об этом свидетельствуют материалы Международной комиссии по большим плотинам, в соответствии с которыми ежегодно в мире на гидроузлах происходит около 3 тыс. аварий. Из них значительное число повреждений наблюдается в период прохождения катастрофических сверхвысоких половодий и паводков, что связано с недостатками проектно-технических решений при пропуске экстремальных расходов, а также вследствие плохой работы эксплуатационных служб. В результате в период прохождения крупных паводков не удается своевременно открыть затворы и сброс воды осуществляется через гребень плотины, что приводит к ее разрушению.

Переливы воды из водохранилища через гребень плотины могут быть связаны и с чисто техническими причинами – отказом затворов водосбросных сооружений вследствие редкого использования, отсутствия профилактики, периодической проверки их эксплуатационной надежности, а также из-за прекращения подачи электроэнергии.

Топливно-энергетический комплекс России располагает 350 гидротехническими сооружениями, среди них 100 ГЭС с наиболее крупными водохранилищами. Для судоходства используются более 700 водохранилищ, в сельском хозяйстве – более 200 гидротехнических сооружений. Функционируют для различных целей более двух десятков тысяч мелких водохранилищ и прудов.

Крупные гидроузлы в России и бывшем СССР создавались в соответствии с четко разработанным нормативом строительного проектирования, отличающимся высокими требованиями к расчетам максимальных расходов половодий и паводков различной обеспеченности. Однако в настоящее время состояние ряда крупных подпорных сооружений не полностью удовлетворяет требованиям надежной эксплуатации.

Наряду со многими причинами, увеличивающими риск повреждения или разрушения дамб и плотин, существует ряд факторов, характерных в большей степени в настоящее время только для России и стран СНГ и относящихся к разряду социально-политических и экономических. К этим факторам относится превышение нормативных сроков эксплуатации целого ряда подпорных сооружений, нарушение работы отдельных узлов и запаздывание или отсутствие профилактических ремонтов в связи с финансовыми трудностями, эксплуатация ГЭС в нерасчетных режимах и многое другое.

Особое беспокойство вызывают возможные аварии ГЭС у гидроузлов комплексного назначения, где составные части (шлюзы, дамбы обвалования, различные водозаборы) принадлежат различным собственникам. Угрожает безопасности гидросооружений их старение. Большинство из них эксплуатируется более 30 лет. Так, 18 российских ГЭС в 2006 году уже перешли рубеж 55-летней эксплуатации, а 20 ГЭС – перейдут его в 2010 году. Среди них – Волховская, Нижнее-Свирская, Нижнее-Туломская, Нива-ГЭС-2, Углическая, Рыбинская, Лесогорская ГЭС.

Средний износ гидротехнических сооружений, определяемый по сроку службы, на самых крупных российских ГЭС мощностью более 2000 МВт составляет 38%, а по ГЭС с мощностью от 300 до 2600 МВт – 45%. Важным фактором является также занижение максимальных расчетных сбросных расходов в проектах, принятых и выполненных несколько десятков лет тому назад на основании непродолжительных гидрологических рядов наблюдений. Краткость рядов по стоку обусловила неправильный выбор модели расчетного гидрографа и других гидрологических характеристик. Гидрологические данные, накопившиеся за время эксплуатации ГЭС, свидетельствуют о необходимости откорректировать значения многих характеристик режима рек, особенно максимальных расходов, наиболее существенно отличающихся от принятых ранее и определяющих пропускную способность водосбросов. Повышение надежности гидротехнических сооружений и безопасная их эксплуатация невозможны без изучения прежде всего конкретных причин, приводящих к их повреждению или разрушению.

Большинство природных факторов риска вызываются климатическими процессами, проявляющимися как в виде кратковременных и опасных метеорологических явлений (ураганов, ливней, снегопадов, смерчей и т.д.), так и в виде периодически повторяющихся или однонаправленных, долговременных изменений климата.

Лия Константиновна Малик,
кандидат географических наук, старший научный сотрудник Лаборатории гидрологии Института географии РАН

Сергей Николаевич Голубчиков,
кандидат географических наук, заведующий отделом экологии журнала президиума РАН "Энергия: экономика, техника, экология", доцент кафедры естественно-научных дисциплин филиала Российского государственного социального университета в г. Дедовске Московской области