СШГЭС и ее нижний бьеф – на грани катастрофы

С самого начала эксплуатации из-за применения холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища Саяно-Шушенская ГЭС постепенно превращалась в водосброс. И, наконец, после катастрофы 17 августа 2009 года СШГЭС окончательно стала опаснейшим водосбросом – этакой саморазрушающейся машиной уничтожения всего вокруг по принципу домино, утверждает Владимир Бабкин, заместитель генерального директора Саяно-Шушенской ГЭС с 1978 по 2001 год, в своей новой статье, написанной специально для «Плотина.Нет!»:

Важнейшим параметром гидрологической безопасности гидроузла является максимальный расчетный сбросной расход воды в нижний бьеф, включающий в себя расход воды через водосброс и турбины ГЭС.

И здесь без понимания физической сущности процессов трансформации половодий и дождевых паводков в объеме водохранилища в зависимости от времени, без системного подхода к проблеме регулирования стока реки нельзя обойтись.

Все это можно понять, используя простую и наглядную расчетную схему (рисунок 1), которая впервые была предложена основоположником российской гидрологии Дмитрием Илларионовичем Кочериным [1, стр.97] и которая вовсе не случайно предусматривает холостой сброс воды после заполнения объема водохранилища.

где: W – объем половодья в км³, измеряемый площадью треугольника 012345; Q_макс – максимальный расход притока воды в м³/с; T – расчетная величина периода половодья, измеряемая длиной отрезка 0 – 5; W_и – объем воды через турбины в км³, измеряемый площадью трапеции 0145; Q_и – расход воды через турбины в м³/с; Q_тр – максимальная величина расхода воды в м³/с, на которую трансформируется (снижается) максимальный расход притока воды; V_тр,– объем водохранилища в км³, участвующий в трансформации (снижении) расхода притока воды и измеряемый площадью треугольника 123; V_x – максимальный расчетный объем холостых сбросов воды в км³, измеряемый площадью треугольника 134; Q_X –максимальный расчетный расход воды через водосброс в м³/с; Q_сбр = Q_макс – Q_тр = Q_X + Q_и – максимальный расчетный сбросной расход воды в нижний бьеф в м³/с.

Для данной схемы справедливы следующие уравнения:

Уравнение (7) применяется при равенстве объемов V_x и V_тр , а уравнение (11) – при неравенстве V_x и V_тр . Уравнения 1-3 предложены Д.И.Кочериным, остальные – автором статьи, в том числе уравнения 4 и 5 для определения водного баланса в системе, уравнения 7 и 11 для определения времени трансформации (заполнения объема водохранилища).

Эта расчетная схема основывается на некоторых допущениях, но эти допущения существенно упрощают расчеты трансформации половодья (паводка), а ошибки при этом не превышают 5-10%, то есть находятся в пределах точности гидрометрических измерений.

Эта расчетная схема универсальна. Она одновременно может служить расчетным гидрографом. Известно, что гидрограф наперед узнать невозможно. По наблюдавшимся ранее гидрографам видно насколько они сложны: частые пики расхода сменяются провалами (многофакторная зависимость). Сложнейшие процессы формирования стока воды на площади водосбора, зависящие от многочисленных факторов, и не менее сложный процесс трансформации, усредняются внутри треугольников (рисунок 1) без изменения конечного результата в точках 3, 4, 5.

Именно расчет по средним значениям расходов притока, аккумуляции и сброса воды позволяет создавать основной резерв гидрологической безопасности для гидроузла и его нижнего бьефа. Резерв безопасности является внутренним свойством уравновешенной на предельных параметрах системы, особым свойством расчетной схемы в виде треугольника, представляющего из себя мгновенные средние значения расходов и объемов из бесконечного множества версий расчетных гидрографов.

Она одновременно может служить схемой замещения уравновешенной на предельных значениях параметров системы, в составе которой на входе максимальные параметры площади водосбора, внутри которой – максимальные параметры водохранилища, водосброса, ГЭС и энергосистемы, а на выходе – максимальный параметр нижнего бьефа. Равновесие такой системы обязано обеспечиваться всегда.

Отсюда следуют важнейшие для всего дальнейшего рассуждения выводы:

– нельзя снизить параметр на выходе системы (сбросной расход воды в нижний бьеф) не понизив параметры на входе системы (максимальный расчетный объем и расход притока воды);

– холостой сброс воды с пониженного уровня водохранилища по своей сути представляет дополнительный по сравнению с первоначальным расчетным объем холостого сброса воды;

– полезный и резервный объемы водохранилища не могут быть произвольными и определяются допустимой величиной сбросного расхода воды в нижний бьеф;

– оптимальным, то есть позволяющим начинать холостой сброс воды при пропуске половодья после заполнения полезного объема водохранилища, полезный объем становится при его равенстве половине максимального расчетного объема притока в половодье длительностью 45 суток V_тр = W:2 (половине площади треугольника 025 (рисунок 1), а резервный объем соответственно – половине максимального расчетного объема притока в дождевой паводок.

Площадь треугольника 123 (объем водохранилища для заполнения водой) остается постоянной величиной, а площадь треугольника 134 (объем холостых сбросов воды) изменяется при различной обеспеченности расхода притока воды. Треугольник 123 в зависимости от обеспеченности расхода притока воды, то опускается вплоть до совмещения сторон 1-3 и 1-4 (объем холостых сбросов воды нулевой), то может подняться до максимума (максимальный расчетный объем холостых сбросов воды).

Холостой сброс воды с пониженного уровня водохранилища является основным резервом гидрологической безопасности гидроузла и его нижнего бьефа.

Он в первую очередь предназначается для пропуска катастрофического притока воды (притока выше принятого в расчетах). Его вынуждены использовать (другого способа просто не существует в природе) при ошибочных прогнозах притока воды, при выявлении ошибок в расчетах, при отказах в работе оборудования, авариях на плотине, водосбросе, ГЭС, в нижнем бьефе или энергосистеме. Но это использование должно быть сугубо временным, то есть с последующим обязательным и оперативным восстановлением использованной части резерва.

Пример частичного использования резерва безопасности показан на рисунке 1 в виде заштрихованных треугольников, равных по площади. С левой стороны рисунка показаны новые параметры в начале заблаговременного сброса воды. В расчете учтена величина гарантированного расхода воды через часть работающих турбин Q_и, то есть этот расход может быть увеличен за счет кратковременного включения в работу всех турбин ГЭС на величину Q_сбр – Q_сбр1.

Строительные нормы и правила (СНиП) раньше разрешали включать в расчет сбросного расхода воды расход воды через все турбины ГЭС, работающие одновременно, равный 3400 м³/с, то есть сбросной расход воды в нижний бьеф Саяно-Шушенского гидроузла мог достигать 17000 м³/с, если холостой сброс воды начинался с расходом 12500 м³/с с пониженного уровня водохранилища 535,0 м. Уже в первоначальном расчете гидрологической безопасности СШГЭС была использована часть основного резерва.

В.И.Брызгалов об этом расчете пишет так:

"Поверочный расчет пропуска половодья исходит из обязательных условий: аккумуляции объема притока в водохранилище за счет большой заблаговременности начала холостых сбросов, подъема уровня ВБ до ФПУ, одновременной работы всех 11 водосбросов с полным открытием и всех гидроагрегатов с полной нагрузкой. В реальной ситуации вполне вероятно нарушение любого из условий. Поверочный расчет пропуска катастрофического половодья исходит из идеальных условий и не содержит в себе никакого запаса на случай непредвиденных обстоятельств". [2, стр.148,149].

Один из вариантов проекта Саяно-Шушенской ГЭС при полезном объеме водохранилища 15,3 км³ предусматривал гребень плотины на уровне 544,0 м и создание двух водосбросов левобережного и правобережного каждый с тремя водосливами практического профиля шириной по 8 м и 4 отверстиями шириной по 6 м с глубинным водозабором и порогами на уровне 465,0 м, рассчитанных на пропуск 15500 м³/с. Расчетный максимальный сбросной расход воды в нижний бьеф достигал 19100 м³/с при обеспеченности 0,1%, [3, стр.244 – 246]. Но для обеспеченности 0,01% +? сбросной расход в нижний бьеф должен быть, естественно, значительно выше.

Проектировщики при обосновании необходимости водосброса с глубинным водозабором разъясняют:

"В варианте с поверхностными водосбросами зарегулированный расход в нижний бьеф, включая и турбинные расходы ГЭС, составляет 21600 м³/с при естественном притоке в водохранилище 25300 м³/с. Увеличение сбросных расходов в нижний бьеф более чем на 5000 м³/с 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.

Решение об эксплуатационных глубинных водосбросах в теле плотины СШГЭС принималось с учетом следующих основных положений:

Глубинные водосбросы в условиях достаточно емкого водохранилища с годичным регулированием стока реки позволяют производить планируемые сбросы расходов половодья при пониженных уровнях верхнего бьефа. К моменту прохождения пика половодья водохранилище располагает достаточной резервной емкостью, позволяющей уменьшить сбрасываемый через гидроузел расход;

При чрезвычайных обстоятельствах глубинные водосбросы обеспечивают сработку водохранилища почти на 60м". [4, стр.17,18].

Проектировщики не могут (а может и не хотят) понять, что два чрезвычайно сложных и маловероятных процесса – трансформация расхода притока воды в объеме водохранилища и режим регулирования холостого сброса воды – протекающие параллельно, в принципе не могут иметь благоприятного конечного решения. Это решение возможно только при режиме их последовательного протекания. Они должны быть разделены по времени протекания: сначала заполнение объема, и только потом холостой сброс воды.

На мое предложение в первую очередь строить водохранилища в Туве ОАО “Инженерный центр ЕЭС” – “Институт Ленгидропроект” в заключении по моему обращению к Президенту РФ В.В.Путину пишет:

“Автор предлагает использовать емкость водохранилищ Верхнее-Енисейских ГЭС для зарегулирования стока и снижения паводковых расходов в створе Саяно-Шушенской ГЭС. Такая возможность действительно существует. Но по своим технико-экономическим показателям она несопоставима с альтернативным вариантом – береговым водосбросом. Стоимость строительства только одной Сейбинской ГЭС мощностью 500 МВт, по крайней мере, в 5 раз выше стоимости строящегося берегового водосброса. На ее строительство потребуется не менее 8-10 лет с учетом проведения комплекса проектно-изыскательских работ. Все это время Саяно-Шушенская ГЭС будет находиться в состоянии, не соответствующем современным требованиям по надежности” [5].

Разъяснение причин несопоставимости вариантов было дано в заключении ОАО “ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева”:

“Следует также учитывать пропускную способность этого берегового водосброса, компенсирующую утрату аккумулирующей способности водохранилища из-за понижения ФПУ на 4,5 м (до отметки 540.0 м вместо проектного 544,5 м)” [5].

Трансформация (снижение) расхода притока воды в объеме водохранилища не может быть компенсирована путем увеличения холостого сброса воды, потому что эти процессы противоположны по своему воздействию и должны протекать в разное время. Именно в этом кроются причины нарушения СНиП и многочисленные ошибки в расчетах Ленгидропроекта, связанные с использованием холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища, в том числе с выбором отметки порогов дополнительного водосброса. Внутри системы возможно только перераспределение, но не компенсация.

Смысл создания дополнительного водосброса по В.И.Брызгалову заключался не в увеличении сбросного расхода воды в нижний бьеф, а в оказании помощи больному водосбросу с глубинным водозабором. Но эта помощь на практике могла быть оказана только при последовательной схеме регулирования и при условии заполнения водохранилища до уровня 540,0 м. А такие условия могут быть созданы только путем создания водохранилищ в верховье в Туве.

В заключении ОАО “НИИЭС” утверждается:

“Разумеется, что с введением в эксплуатацию берегового водосброса с пропускной способностью около 4000 м³/с упрощается процесс регулирования наполнения водохранилища, уменьшается глубина предпаводковой сработки и, самое главное, сокращается продолжительность работы существующего эксплуатационного водосброса: он может использоваться для пропуска паводков в среднем один раз в двадцать лет” [5].

И здесь заблуждения того же порядка. Глубина предполоводной сработки водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС определяется расчетом гидрологической безопасности и может быть изменена только путем создания водохранилищ в верховье в Туве.

Первоначальные расчеты гидрологической безопасности СШГЭС предусматривали пропуск половодья, в формировании которого участвовало наибольшее число факторов, включая наложение многоводного дождевого паводка. Длительность половодья увеличивалась до 45 суток. Второй многоводный дождевой паводок сразу за пропуском такого половодья считали маловероятным.

Общий объем за полтора месяца половодья в створе Саяно-Шушенского гидроузла по разным оценкам мог достигать 46 км³, а максимальный расход притока – 25000 м³/с.

В расчетах последнего времени разделили по времени пропуск половодья и дождевых паводков. Длительность половодья сократили до 30 суток, объем уменьшили до 34,1 км³, а максимальный расход притока воды до 23900 м³/с [4, стр.16,18].

Раньше при длительности половодья 45 суток и объеме притока воды 46 км³ в водохранилище можно было аккумулировать 15,3 км³ при заполнении до уровня 540,0 м (сохранялся резервный объем 3 км³ при заполнении до уровня 544,5 м для трансформации дождевого паводка), на выработку электроэнергии могли использовать 8,17 км³ при расходе турбин 2100 м³/с (8,94 км³ при расходе турбин 2300 м³/с по предварительному расчету, или даже 13,22 км³ при расходе турбин 3400 м³/с по первоначальному расчету), а за эти полтора месяца вынуждены были успевать сбросить от 22,5 до 17,5 км³ в последнем случае, а при заполнении водохранилища СШГЭС до уровня 544,5 м в объеме 18,3 км³ и того меньше) со средним расходом воды через водосброс 4500 – 5780 м³/с, то есть с максимальным расходом не выше 11560 м³/с.

В нынешних условиях при длительности половодья 30 суток и объеме притока воды 34,1 км³ в водохранилище Саяно-Шушенской ГЭС можно аккумулировать 10,3 км³ при заполнении до уровня 531,0 м, на выработку электроэнергии четыре турбины СШГЭС израсходуют 3,53 км³, а мимо турбин за эти 30 суток вынуждены успеть сбросить 20,27 км³ со средним расходом воды через водосбросы 7820 м³/с, то есть с максимальным расходом 15640 м³/с.

Как видим, новая методика пропуска максимальных объемов притока воды в половодье создает еще большие сложности: вероятность многоводного дождевого паводка и сбросные расходы воды в нижний бьеф Саяно-Шушенской ГЭС значительно выше, поскольку эффективность использования порожнего объема водохранилища СШГЭС для трансформации (снижения) расхода притока воды при сокращении периода половодья ниже, выдержать средний расход в течение всего половодья чрезвычайно сложно, учитывая необходимость его снижение к окончанию половодья для пропуска дождевого паводка.

Главный инженер ОАО "Ленгидропроект" Б.Н.Юркевич складывает пропускную способность водосбросов и турбин до величины сбросного расхода 15600 м³/с, хотя сложение возможно только при применении последовательной схемы регулирования и только в пределах максимального расчетного сбросного расхода 13300 м³/с.

Он говорит о надежности водобойного колодца водосброса Саяно-Шушенской ГЭС, а его коллеги пишут:

“Ввод в эксплуатацию дополнительного водосброса, рассчитанного на пропуск расхода 4000 м³/с, не снижает актуальности мероприятий по обеспечению безопасности использования основных водосбросов при прохождении паводков обеспеченностью менее 5%. Таким мероприятием является устройство пирсов-растекателей.

Следует отметить, что отсутствие пирсов-растекателей, разработанных в соответствии с решением комиссии Минэнерго СССР (п. 10.1), до сих пор не позволяет обеспечить необходимое повышение надежности крепления колодца в его активной зоне” [4, стр.485-487].

Б.Н.Юркевич настаивает на том, что безопасность Саяно-Шушенского гидроузла обеспечивается за счет трансформации половодья в объеме водохранилища и регулирования по заранее разработанным, по крайней мере, трем графикам заполнения водохранилища путем перехода с одного графика на другой в зависимости от данных оперативного прогноза притока воды.

Не составляет большого труда понять, что вероятность пропуска так называемой "точки невозврата" при такой схеме регулирования слишком велика и не может быть оправдана, когда дело имеем с уникальной плотиной, нуждающейся в регулировании скорости заполнения водохранилища, в верхней части которого имеется порожний объем 3 км³, заполнение которого перегрузит плотину.

Например, получен прогноз притока обеспеченностью 0,1%, обязывающий начать холостой сброс воды в самом начале заполнения водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС при уровне 500,0 м. При этом уровне водосброс СШГЭС пропускает 7500 м³/с. При заполнении до уровня 510,0 м получен оперативный прогноз притока обеспеченностью 0,01%, но водосброс не может пропускать более 7500 м³/с и переходить на другой график нельзя. Водохранилище Саяно-Шушенской ГЭС заполнено до уровня 524,0 м, получен новый оперативный прогноз катастрофического притока воды обеспеченностью 0,01% + ?, но водосброс СШГЭС должен опять работать с тем же расходом 7500 м³/с, потому что пороги дополнительного водосброса еще сухие.

Планировать дополнительный холостой сброс воды заранее в расчетах, не зная точного объема притока и, соответственно, объема холостого сброса воды на практике (а эти объемы зависят от обеспеченности притока), по меньшей мере, занятие, не имеющее здравого смысла. И совсем другое дело, когда эти дополнительные (а они действительно дополнительные) объемы холостого сброса воды на практике оправдываются непредвиденными обстоятельствами, например, отказами в работе оборудования, авариями или катастрофическим притоком воды выше расчетного.

На расчетной схеме (рисунок 1) хорошо видно, что СНиП не предусматривают снижение сбросного расхода воды в нижний бьеф путем начала холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища и тем самым сохраняют основной резерв гидрологической безопасности на непредвиденные обстоятельства.

Нетрудно видеть, если один раз воспользовался какой-то частью резерва и не восстановил ее, то следующий раз необходимо будет начинать холостой сброс с более низкого уровня водохранилища с меньшим максимальным расходом воды, зависящим от напора, вплоть до расхода 6500 м³/с при уровне 495,0 м (на 5 м ниже УМО).

Но

"во избежание опасных нестационарных (с сильной пульсацией) гидравлических режимов, минимальная отметка, при которой разрешается работа водосбросов, составляет 497 м (ниже УМО на 3 м)", [2, стр.147].

Допустив ошибки принципиального характера в начале проектирования, проектная организация (все тот же "Ленгидропроект") начинает придумывать выход из создавшегося положения, например, выполняет расчеты объемов притока воды за 10, 20, 30, 45, 153 суток и заранее заготавливает графики заполнения водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС, пытается использовать в качестве ориентиров уровни воды в Енисее у Кызыла.

Но они не могут понять, что при чрезвычайно низкой достоверности прогнозов притока воды все эти сведения не могут являться ориентирами для определения той самой “точки невозврата”, поскольку все цифры рассчитаны, а графики составлены, исходя из вероятности притока воды. В любом случае единственным ориентиром является прогноз притока воды.

В итоге проектировщики в первоначальном расчете, а затем в последующих перерасчетах использовали весь резерв гидрологической безопасности уникального Саяно-Шушенского гидроузла при одновременном снижении всех основных расчетных параметров гидрологической безопасности, обосновали необходимость затратного и малоэффективного при существующей схеме регулирования (ее трудно назвать схемой регулирования) дополнительного берегового водосброса, чем поставили СШГЭС и ее нижний бьеф на грань катастрофы.

По сути, Саяно-Шушенский гидроузел благодаря применению холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища постепенно превращался в водосброс. И, наконец, после катастрофы 17 августа 2009 года был окончательно превращен в опаснейший водосброс – этакую саморазрушающуюся машину уничтожения всего вокруг по принципу домино.

От катастрофических разрушений нас спасла сама природа: случись такое при максимальном притоке воды в начале половодья – и тогда последствия оказались бы непредсказуемыми, поскольку восстановить разрушенное в короткую паузу зимой к началу половодья очередного года мы не готовы.

Сбросной расход воды в нижний бьеф Саяно-Шушенского гидроузла 13300 м³/с существует только на бумаге, а на практике при нынешней непредсказуемой схеме регулирования он вполне может достигнуть величины 17000 м³/с вплоть до перелива воды через гребень плотины СШГЭС, если учесть, что

“по условиям предотвращения подтопления части домов пос.Черемушки, расположенных на пойменной террасе левого берега, сбросной расход в нижний бьеф вероятностью превышения 0,1% и более ограничивается значением 7000 м³/с”, [4, стр.457],

а в 2006 году при обеспеченности 1% он уже достиг 7700 м³/с.

Выше утверждалось, что холостой сброс воды с пониженного уровня водохранилища СШГЭС – это, по сути, дополнительный объем холостого сброса воды. Докажем это положение расчетом.

В таблице 1 для сравнения приведен расчет пропуска половодья и дождевого паводка при тех же условиях, что были в 2006 года, то есть при НПУ 539 м и среднем расходе воды через турбины СШГЭС 2100 м³/с (вариант 2006-1), но при использовании схемы регулирования, при которой холостой сброс воды начинается только после полной трансформации (снижения) расхода притока воды в полезном объеме водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС, то есть после заполнения водохранилища до НПУ.

Известно, что фактический объем холостого сброса воды составил 15 км³, а сбросной расход воды в нижний бьеф – 7700 м³/с. Если бы холостой сброс воды начинался после заполнения полезного объема водохранилища, то объем холостого сброса воды оказался бы в 1,5 раза ниже (10,15 км³), а сбросной расход воды снизился бы до 4730 м³/с.

При наличии регулирующих емкостей в Туве объемом 7,57 км³ объем холостого сброса воды снизился бы до 3,17 км³, то есть в 4,7 раза (вариант 2006-2).

где: Q_пр – среднемесячный расход притока воды, м³/с; W – месячный объем притока воды, км³; V_А¹ – объем аккумуляции воды в регулирующих емкостях (водохранилищах) верховья за месяц, км³; V_А – объем аккумуляции воды в Саяно- Шушенском водохранилище за месяц, км³; V_X – объем холостых сбросов воды за месяц, км³.

О расчете "точки невозврата" по Ленгидропроекту

Выполним расчет для наиболее тяжелого случая пропуска объема притока воды в водохранилище W = 34,1 км³ в течение 30 суток половодья при максимальном среднем расходе воды через водосброс с глубинным водозабором V_x = 7500 м ³/с и среднем гарантированном расходе воды через четыре турбины V_x = 1360 м³/с:

Объем сброса воды V_сбр = (7500 + 1360) • 30 • 24 • 60 • 60 = 22,97 км³. Объем аккумуляции V_тр = W – V_сбр = 34,1 – 22,97 = 11,13 км³, что соответствует уровню воды в водохранилище СШГЭС 532,65 м, если сброс воды начнется при уровне мертвого объема водохранилища (УМО 500,0 м).

Уровень заполнения 532,65 м является запредельно высоким при пропуске половодья обеспеченностью 0,01% + ?. Резервный объем для трансформации дождевого паводка составляет всего 2,7 км³ при заполнении до уровня 537,5 м или 4,22 км³ при заполнении до форсированного подпорного уровня (ФПУ 540,0 м).

Пропускная способность берегового водосброса Саяно-Шушенской ГЭС в данном расчете не учитывалась, поскольку она в среднем не превышает 800 м³/с и, в лучшем случае, позволяет выйти на уровень 531, 0 м.

Таким образом, “точкой невозврата” в нынешней обстановке может быть холостой сброс воды в самом начале заполнения объема водохранилища СШГЭС при УМО 500,0 м, потому что отсутствует полная гарантия надежности водобойного колодца водосброса Саяно-Шушенской ГЭС при расходах выше 7500 м³/с. Это означает, что заполнение объема Саяно-Шушенского водохранилища должно начинаться при расходе притока воды выше 8860 м³/с.

Тем более, что в Акте приемки Саяно-Шушенской ГЭС 2000 года есть запись, обязывающая не превышать расход выше 5000 м³/с, а в 2006 году при пропуске 5260 м уже наблюдалось начало разрушения (локальное разрушение бетона) дна колодца СШГЭС [4, 461, 470].

На практике прогноз притока воды в половодье, как правило, запаздывает, поэтому вряд ли кто-нибудь возьмет на себя ответственность задерживать начало заполнения водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС до "точки невозврата".

А теперь представим другой вариант. Прогноз притока обеспеченностью 1%. Водохранилище СШГЭС заполнено до уровня 520,0 м и получен оперативный прогноз катастрофического притока воды. Теперь поправить положение уже вообще невозможно.

После восстановления Саяно-Шушенской ГЭС “точкой невозврата” принят уровень заполнения 510,0 м, с которого начинается холостой сброс воды (таблицы 2 и 4). Если исходить из такого расчета и нынешней достоверности прогнозов, то полная гарантия гидрологической безопасности Саяно-Шушенского гидроузла возможна только при ежегодном начале холостого сброса воды, начиная с уровня 510,0 м.

Как предлагается исправлять положение

Расчетные гидрологические характеристики половодья для створа Саяно-Шушенского гидроузла по Ленгидропроекту [4, стр.16] представлены в таблице 2:

Для краткости покажем только итоговые результаты предварительного расчета пропуска половодья продолжительностью около 43 суток, обеспеченностью 0,01% + ? (таблица 3) расходом воды через турбины СШГЭС 2300 м³/с (вариант 1) и расходом 2100 м³/с (вариант 2), включив их в уравнения водного баланса. Результаты расчета по варианту 1 полностью совпали с приведенными в [1, стр.3,99].

Расчетные гидрологические характеристики половодья и дождевого паводка для створа Саяно-Шушенского гидроузла, используемые автором статьи при предварительных расчетах:

При наличии водохранилища полезным объемом 15,3 км³ и регулирующих емкостей общим объемом 7,85 км³ в верховье на притоках в Туве (вариант 2) максимальный сбросной расход воды в нижний бьеф не будет выше 11400 м³/с (4000 – береговой водосброс с поверхностным водозабором, 5300 – водосброс с глубинным водозабором, 2100 – турбины).

Если приравнять объем и расход холостого сброса нулю во втором варианте, то увидим, что они будут нулевыми при объеме притока воды 7,42 + 22,87 = 30,29 км³ и расходе притока воды 2100 + 13600 = 15700 м³/с, что соответствует обеспеченности притока примерно 0,45% (вероятность события реже, чем 1 раз в 500 лет).

Разумеется, что аналогичный расчет необходимо выполнить для определения резервного объема, необходимого для трансформации дождевых паводков.

Выводы:

Основные выводы, изложенные выше, следует дополнить следующими положениями:

1. Треугольник Д.И.Кочерина следует рассматривать как схему замещения уравновешенной на предельных значениях параметров системы, в составе которой на входе максимальные параметры площади водосбора, внутри которой – максимальные параметры водохранилища, водосброса, ГЭС и энергосистемы, а на выходе – максимальный параметр нижнего бьефа. Равновесие такой системы обязано обеспечиваться всегда.

2. Использование Ленгидропроектом холостого сброса воды с пониженного уровня водохранилища в первоначальных расчетах и последующих перерасчетах гидрологической безопасности Саяно-Шушенского гидроузла следует признать заведомым использованием основного резерва гидрологической безопасности самого гидроузла и его нижнего бьефа, то есть грубейшим нарушением строительных норм и правил (СНиП).

3. Если основной резерв гидрологической безопасности используется для компенсации расчетного параметра, сниженного в результате аварии, а затем использованная часть резерва и расчетный параметр не восстанавливаются, то в результате происходит двойное снижение гидрологической безопасности гидроузла и его нижнего бьефа.

4. Если схема регулирования предусматривает холостой сброс воды после заполнения объема водохранилища, то не требуется знать прогноз притока воды, поскольку всегда есть резерв гидрологической безопасности на любой непредвиденный случай.

5.Нельзя понизить сбросной расход воды в нижний без снижения максимального расчетного объема и расхода притока воды с площади водосбора. Необходимо срочно приступать к созданию условий для регулирования притока воды в Саяно-Шушенское водохранилище. Другого выхода просто не существует в природе.

Список использованной литературы:

[1] Под редакцией Д.С. Щавелева, “Использование водной энергии”, Энергия, Ленинград, 1976г.

[2] В.И.Брызгалов “Из опыта создания и освоения Красноярской и Саяно-Шушенской гидроэлектростанций”, Сибирский издательский дом”Суриков”, Красноярск, 1999

[3] “Гидроэлектростанции Советского Союза”, Часть 1, Справочник, типография института Гидропроект, М., 1967г.

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

[5] Сопроводительное письмо ОАО «ГидроОГК» № АТ- 1020 от 23.08.2006 с приложение ксерокопий заключения филиала ОАО «Инженерный центр ЕЭС» – «Институт Ленгидропроект», заключения ОАО «НИИЭС», заключения ОАО «ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева».

[6] В.И.Бабкин “О проектировании, строительстве и эксплуатации гидроузлов на Енисее. Расчеты гидрологической безопасности гидроузлов”, Москва, 2010 год.

Владимир Иннокентьевич Бабкин,
заместитель генерального директора Саяно-Шушенской ГЭС с 1978 по 2001 год,
специально для «Плотина.Нет!»