О сути строительных норм и правил в гидротехнике

При отсутствии резервов гидрологической безопасности Саяно-Шушенского гидроузла на реке Енисей любое непредвиденное обстоятельство и заниженный прогноз притока воды неизбежно приведут либо к переполнению водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС выше уровня 540,0 м, либо к переполнению всего нижнего бьефа, либо к тому и другому одновременно, то есть неизбежно приведут к крупной аварии или даже к катастрофе на Енисее:

Гидрологическая безопасность гидроузлов не должна зависеть от достоверности прогноза притока воды в водохранилища. Именно такой принцип заложен в основу расчетов гидрологической безопасности при строгом следовании строительным нормам и правилам (СНиП).

Известно, что достоверность прогноза притока воды в водохранилище низка. Кроме того, приток воды может оказаться выше принятого в расчетах, а в ходе эксплуатации могут возникнуть непредвиденные обстоятельства: отказы в работе оборудования, аварии на плотине, водосбросе, ГЭС, в нижнем бьефе, схеме выдачи мощности ГЭС и энергосистеме.

Именно поэтому при выполнении расчетов строго по СНиП создается основной резерв безопасности гидроузла, его верхнего и нижнего бьефов, заключающийся в заблаговременном начале холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища (еще до заполнения порожнего объема), а также дополнительный резерв безопасности, заключающийся в одновременном включении в работу всех турбин ГЭС при пониженном уровне воды в водохранилище, поскольку в расчетах учитывается работа части турбин.

Подчеркиваю особо, резерв безопасности создается только в том случае, если пропуск поверочного расчетного расхода воды, вероятного 1 раз за 10000 лет, по расчетам осуществляется при форсированном подпорном уровне (ФПУ) в пределах допустимого сбросного расхода воды в нижний бьеф, то есть после заполнения всего порожнего объема водохранилища, который обязан быть достаточным для трансформации (снижения) расхода притока воды до расчетной величины сбросного расхода воды, допустимой для нижнего бьефа.

Строительные нормы и правила, в частности СНиП 33-01-2003 п.5.4.4, предусматривают выполнение расчетов пропуска половодий и дождевых паводков редкой повторяемости 1 раз 10000 лет (такое сложно себе представить!) так, чтобы за счет аккумуляции объема притока воды в водохранилище пик сбросного расхода воды в нижний бьеф оказался кратковременным, а размыв русла и береговых склонов в нижнем бьефе гидроузла не угрожал разрушением основных сооружений, селитебных территорий и территорий предприятий, а такие последствия размывов могли быть устранены после пропуска половодья или дождевых паводков.

Учитывая кратковременность прохождения пика паводка, допускается размыв русла и береговых склонов в нижнем бьефе гидроузла, не угрожающий разрушением основных сооружений, селитебных территорий и территорий предприятий, при условии, что последствия размыва могут быть устранены после пропуска паводка. И не более того.

Согласно СНиП 33-01-2003 безопасность гидротехнического сооружения – свойство гидротехнического сооружения, позволяющее обеспечивать защиту жизни, здоровья и законных интересов людей, окружающей среды и хозяйственных объектов.

Таким образом, при строгом следовании СНиП при расчетах пропуска половодий и дождевых паводков исключается зависимость безопасного пропуска расчетного притока воды через гидроузел от достоверности прогноза и за счет наличия основного и дополнительного резерва гарантируется гидрологическая безопасность даже при катастрофическом притоке, то есть притоке выше принятого в расчетах, а также при возникновении непредвиденных обстоятельств (отказы в работе оборудования, аварии на плотине, водосбросе, ГЭС, в нижнем бьефе, схеме выдачи мощности ГЭС и энергосистеме).

Если приоритет отдается безопасности, то всегда можно обеспечить требования СНиП и гарантировать защиту жизни, здоровья и законных интересов людей, окружающей среды и хозяйственных объектов даже в крайне редких случаях, предусмотренных расчетами.

На практике по самым различным причинам требования СНиП в ходе проектирования и строительства нарушаются. Например, строительство плотин начинается не от истоков и тогда становится невозможным создание водохранилища такого порожнего объема, который необходим для снижения сбросного расхода воды в нижний бьеф до допустимой величины, а потому еще в ходе проектирования и строительства гидроузла расчеты пропуска половодий и дождевых паводков предусматривают холостой сброс воды с пониженного уровня водохранилища.

В результате такого заведомого использования основного и дополнительного резерва гидрологической безопасности гидроузла в расчетах пропуска половодий и дождевых паводков схема регулирования еще до ввода гидроузла в эксплуатацию оказывается полностью зависимой от прогноза притока воды в водохранилище.

Если позже в ходе эксплуатации гидроузла возникают непредвиденные обстоятельства (отказы в работе оборудования, аварии на плотине, водосбросе, ГЭС, в нижнем бьефе, схеме выдачи мощности ГЭС и энергосистеме), то гарантия гидрологической безопасности гидроузла и его верхнего и нижнего бьефов становится маловероятной, особенно при заниженном прогнозе притока воды в водохранилище.

В очередную Декларацию безопасности гидроузла, как правило, без анализа соответствия существующих проектных параметров требованиям СНиП, записывают следующее в принципе не выполнимое требование: если превышен критерий безопасности К2, то дальнейшая эксплуатация гидроузла в существующих также не соответствующих требованиям СНиП проектных параметрах запрещается.

Наиболее ярким примером нарушения требований строительных норм и правил в период проектирования, строительства и длительной эксплуатации без приемки Государственной комиссией является Саяно-Шушенский гидроузел.

О том, что самая строгая приемка Саяно-Шушенского гидроузла в промышленную эксплуатацию именно Государственной комиссией после произошедшей три года тому назад катастрофы и восстановления СШГЭС даже при наличии дополнительных водосбросов (имеется ввиду предстоящее создание дополнительного водосброса для Майнского гидроузла) не может состояться, можно видеть и судить по анализу диспетчерского графика.

Этот диспетчерский график является наглядным свидетельством всех тех грубейших ошибок и нарушений требований СНиП, которые были допущены при проектировании и временной эксплуатации гидроузла в ходе его создания.

Этот диспетчерский график разработан центром регистра и кадастра России сразу после катастрофы 17 августа 2009 года с учетом создания порожнего объема 17,3 км³, то есть с учетом опорожнения водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС до уровня 495,0 м и его последующего заполнения до уровня 540,0 м. За время заполнения этого объема необходимо в течение 30 суток половодья успеть сбросить еще объем 17,3 км³, а после этого еще быть готовым к пропуску катастрофического дождевого паводка, который так и не научились прогнозировать.

Мною много раз обращалось внимание руководства страны на необходимость изменения требования включать в расчеты пропуска половодий и дождевых паводков расход воды через все турбины ГЭС, поскольку существует большая вероятность остановки всех турбин на длительное время по многочисленным причинам, зависящим далеко не только от ГЭС. Конечно, я даже не мог предположить, что произойдет такая трагедия.

Поскольку приближается третья годовщина со дня катастрофы на Саяно-Шушенской ГЭС, то вполне уместно вспомнить, как тяжело было решить проблему зимнего опорожнения водохранилища СШГЭС. Были рассмотрены различные варианты режима работы гидроузла, но все они исходили из условия, что водность не превысит среднюю величину, которую наблюдали в течение 107 лет (обеспеченность около 1%) и не окажется близкой к минимальной за 107 лет.

Даже при принятии в расчетах рискованного условии, что водность не окажется выше средней, из-за чрезвычайно малой величины порожней емкости все варианты предусматривали опорожнение водохранилища СШГЭС до уровня 490,0 м (на 10 м ниже уровня мертвого объема водохранилища).

Иначе нельзя было исключить переполнение водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС выше уровня 540,0 м при водности выше средней и обеспечить санитарный попуск при водности близкой к минимальной.

На практике решили принять режим работы гидроузла даже не по наиболее вероятному по погоде последних лет варианту водности 3, а более рискованному известному всем варианту.

1. Наиболее многоводный за 107 лет вариант

2. Вариант близкой к минимальной за 107 лет водности

3. Наиболее вероятный по погоде последних лет вариант

Степень риска была чрезвычайно высокой, поскольку вероятность повышенной водности была и остается высокой, вплоть до маловероятной расчетной.

Степень риска после восстановления Саяно-Шушенской ГЭС остается высокой как никогда раньше. Это связано с тем, что по расчетам Ленгидропроекта до создания берегового водосброса водохранилище СШГЭС могло заполняться без выполнения холостого сброса воды в половодья и дождевые паводки с уровня мертвого объема (УМО) 500,0 м либо до уровня 510,0 м, если прогноз объема притока воды был ?30км³, либо до уровня 520,0 м при прогнозе притока ?30км³ ([1], стр. 456).

После создания берегового водосброса и вполне оправданного снижения до 1800 м³/с среднего расхода воды через турбины Саяно-Шушенской ГЭС, учитываемого в расчете (ранее учитывали 3400 м³/с, позже снизили до 2100 м³/с), холостой сброс воды независимо от прогноза объема притока воды стал предусматриваться только после заполнения водохранилища до более высокого уровня 520,0 м в объеме 5,72 км³.

Скорость наполнения водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС до уровня 520,0 м не регулируется (холостой сброс воды не выполняется), между отметками 520,0 – 530,0 м – 2,5 м в сутки, выше отметки 530,0 м – первые три дня 1,5 м в сутки, затем 0,9 м в сутки до достижения уровня 539,5 м, [2].

На Диспетчерском графике следовало показать прямоугольник выше уровня 540,0 м и закрасить его особым сигнальным цветом, означающим категорический запрет заполнения порожнего объема, расположенного в верхней части водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС. А для компенсации предусмотреть опорожнение до уровня 490,0 м как это предлагалось в вариантах 1,2,3.

При отсутствии резервов гидрологической безопасности Саяно-Шушенского гидроузла любое непредвиденное обстоятельство и заниженный прогноз притока воды неизбежно приведут либо к переполнению водохранилища выше уровня 540, 0 м, либо к переполнению всего нижнего бьефа, либо к тому и другому одновременно, то есть неизбежно приведут к крупной аварии или даже к катастрофе на Енисее.

Последние события, связанные с затоплением Крымска и подтоплением ГЭС в Карелии свидетельствуют о необходимости повышения контроля за выполнением существующих требований СНиП при проектировании и строительстве гидротехнических сооружений и дальнейшего ужесточения этих требований.

Каждая очередная Декларация безопасности гидроузла обязана содержать анализ соответствия расчетов пропуска половодий и дождевых паводков требованиям действующих СНиП. И, наконец, крайне необходимо повышать достоверность прогнозов притока воды, в том числе в водохранилища.

Источники информации:

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

[2] Саяно-Шушенская ГЭС на реке Енисей. “Уточнение пропускной способности водосбросных сооружений с учетом дополнительного водосброса”. Ленгидропроект, инв.№ 1047-1-126т, 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!"