10884

проектируемой зарегулированности стока с учетом безвозвратных потерь воды представляет собою водохозяйственный расчет [347; 385].

Отдачу водохранилищ связывают с надежностью водообеспечения [385; 598; 599]. Показателем надежности является гарантированная отдача, под ней понимается минимальный расход воды или мощность ГЭС, которые могут быть предоставлены с некоторой вероятностью. Вероятность задается в виде расчетной обеспеченности (вероятности превышения)

= /( + 1), где – число лет, в течение которых обеспечивается необходимая отдача; – общее число лет. Расчетная обеспеченность обосновывается технико-экономическими расчетами. В предварительном порядке ее можно принимать по табл. 12.3.

Т а б л и ц а 1 2 . 3

Обеспеченность отдачи водохранилища по числу бесперебойных лет

[385; 598]

Изложенное сопровождается сведениями о годовых водных балансах энергетических водохранилищ, расположенных в разных регионах страны.

Основную роль в питании Рыбинского водохранилища играют воды трех рек – Волги и ее притоков Мологи и Шексны. Сезонное распределение притока в Рыбинское водохранилище в результате влияния вышележащих Иваньковского, Угличского и Шекснинского гидроузлов отличается от естественного, однако внутригодовое перераспределение стока не повлияло на основные составляющие его водного баланса. Фактический средний многолетний приток к водохранилищу (35,36 км3/год) близок к проектному (34,0 км3/год). В состав притока 2,26 км3/год (6,39 %) привносят осадки на поверхность водохранилища. За период наблюдений 1947 – 1991 гг. приток по годам изменялся в пределах 17,45 – 56,62 км3/год. В фактическом среднемноголетнем расходе воды 35,36 км3/год сток через гидроузел составил 33,30 км3/год (94,17 %), а на испарение с поверхности водохранилища пришлось 2,06 км3/год (5,82 %) – значительно больше проектной величины 0,4

км3/год [112; 462].

240

В табл. 12.4 помещены сведения о среднем многолетнем водном балансе остальных волжских водохранилищ с учетом притока, осадков, стока и испарения.

Т а б л и ц а 1 2 . 4

Средний многолетний водный баланс водохранилищ Волжского каскада [112]

Иркутское водохранилище, включая подпертое оз. Байкал, является головным для Ангарского каскада ГЭС. Речной приток, формирующийся с площади 540000 км2, служит основной компонентой приходной части его водного баланса (80 – 88 %). Две трети притока обеспечиваются тремя основными реками – Селенгой, Верхней Ангарой и Баргузином. Атмосферные осадки оставляют 12 – 20 % прихода. Расходную часть водного баланса формируют сток из озера через р. Ангару (73 – 86 %) и испарение с его акватории (14 – 27 %) [567]. На рис. 12.9 немного другие данные, т.к. рассмотрен другой временной период [117]. Основные изменения стока после зарегулирования Байкала коснулись внутригодового распределения, которое раньше

241

Рис. 12.9. Структура водного баланса оз. Байкал за периоды естественного 1901 – 1958 гг. и зарегулированного 1981 – 2005 гг. режимов [117]

Рис. 12.10. Внутригодовое распределение элементов водного баланса оз. Байкал в условиях зарегулированного режима за 1962 – 2008 гг.:

1 – приток; 2 – сток; 3 – осадки; 4 – испарение [567]

Рис. 12.11. Изменение основных элементов водного баланса Красноярского водохранилища в начальный период эксплуатации:

1 – приток; 2 – сброс; 3 – превышение притока над сбросом; 4 – превышение сброса над притоком [676]

242

соответствовало изменениям притока, а теперь существенно выровнялось

(рис. 12.10) [567].

Для Красноярского водохранилища сток рек (Енисея, Абакана и Тубы) в приходной части водного баланса составляет не менее 98 %, остальное приходится на осадки и оттаявший лед. В расходной части баланса 96 – 98 % составляет сброс воды через ГЭС, 2 – 4 % – испарение и фильтрация. Превышение притока воды над сбросом наблюдается в течение 5 – 7 месяцев в году (рис. 12.11). Примерно так же выглядят водные балансы других водохранилищ Ангаро-Енисейского каскада (табл. 12.5) [112; 676].

Т а б л и ц а 1 2 . 5

Средний годовой водный баланс водохранилищ Ангаро-Енисейского каскада [112]

В табл. 12.6 выписаны показатели водного баланса некоторых водохранилищ северо-востока России.

Т а б л и ц а 1 2 . 6

Средний годовой водный баланс водохранилищ северо-востока [112]

Приведенная сводка данных позволяет видеть, что структура годовых водных балансов российских водохранилищ сравнительно однообразна.

12.4. Водный режим нижних бьефов гидроузлов

Характерные черты водного режима в нижних бьефах гидроузлов определяются видом регулирования стока, в наибольшей мере проявляясь на свободных, т.е. не подпертых нижележащими водохранилищами участках рек.

243

При сезонном регулировании (выравнивании) уменьшаются половодные и возрастают меженние (летние и зимние) среднесуточные расходы воды в нижних бьефах энергетических гидроузлов. Сезонное регулирование стока крупных рек сказывается на режиме уровней нижних бьефов на протяжении многих километров.

Волжско-Камский каскад ГЭС и водохранилищ существенно смягчил ситуацию с половодьями и значительно улучшил ситуацию с летними меженями на Волге и Каме. Так, Рыбинское водохранилище срезает пики половодий Верхней Волги вероятностью превышения 0,1 % с 13 000 до 8 600 м3/с, а вероятностью превышения 10 % – с 9 600 до 3 000 м3/с. Столь значительное уменьшение расходов воды привело к снижению половодных уровней на 4 – 7 м. Благодаря же увеличению меженних расходов более чем в 2 раза уровни до г. Нижнего Новгорода повысились на 1,5 м по сравнению с бытовыми [7]. Гарантированная для судоходства глубина р. Волги до ее реконструкции составляла в верховье 0,4 – 0,5 м, с зарегулированием реки она приблизилась к 4 м [108]. Аналогично – в нижних бьефах других волжских и камских гидроузлов (табл. 12.7).

Т а б л и ц а 12.7

Увеличение навигационных расходов в нижних бьефах гидроузлов на реках Волге и Каме

в связи с зарегулированием стока [7; 462; 496]

На р. Зее, впадающей в р. Амур у г. Благовещенска, работает Зейская ГЭС (см. рис. 7.9) с водохранилищем полным объемом 68,42 км3, полезным объемом 38,26 км3 и резервной емкостью между отметками НПУ и ФПУ 18,98 км3, построенная в 1965 – 1968 гг. Водохранилище ведет многолетнее регулирование стока и, наряду с энергетической функцией, выполняет

244

функцию предотвращения наводнений в долинах рек Зеи и Амура за счет аккумуляции паводкового стока в полезной и резервной емкостях [52]. В летний паводок 2007 г. редкой повторяемости с максимумом 15200 м3/с (см. раздел 7.2) оно срезало его пик до 4844 м3/с (рис. 12.12), так что в нижнем бьефе затопило только участки с неконтролируемой застройкой [81].

Рис. 12.12. Уровни воды в верхнем и нижнем бьефах Зейского гидроузла в паводок 2007 г. [81]

245

Неудобства от сезонного регулирования стока проявляются зимой, особенно на крупных реках Сибири и Северо-Востока. При увеличении зимних расходов и уровней воды местами происходит затопление пониженных участков пойм с образованием наледей [296].

Для р. Енисея соотношение расходов июня (половодье) и марта (зимняя межень) составляло в створе Красноярской ГЭС – 17,8, у г. Енисейска ниже впадения р. Ангары – 8,2. После зарегулирования стока водохранилищами Братской и Красноярской гидроэлектростанций это соотношение уменьшилось в нижнем бьефе Красноярской ГЭС у г. Красноярска до 3,0, у г. Енисейска – до 3,6. В результате в нижнем бьефе Красноярской ГЭС зимой наблюдаются более высокие против бытовых уровни воды. Аналогичная обстановка создалась на р. Енисее ниже устья р. Ангары: на участке от г. Енисейска до г. Игарки средние уровни летнего периода оказались на 0,5

– 0,8 м ниже, чем были при естественном состоянии реки, а зимние уровни стали на 0,1 – 0,6 м выше. Таким образом, регулирующее влияние водохранилищ Красноярской и Братской ГЭС распространилось на большую часть длины р. Енисея [114].

Водохранилище Колымской ГЭС на р. Колыме работает в обычном режиме сезонного регулирования стока. Увеличение зимних расходов Колымской ГЭС вызывает повышение уровней воды на расстоянии более тысячи километров вниз по реке (табл. 12.8).

Т а б л и ц а 1 2 . 8

Изменение среднемесячных зимних расходов и уровней воды р. Колымы после пуска Колымской ГЭС [416]

Строящаяся в 230 км ниже Усть-Среднеканская ГЭС будет работать

246

на стоке, прошедшем через агрегаты Колымской ГЭС, пропуская транзитом через свой водосброс ее паводковые сбросы и боковую приточность. УстьСреднеканское водохранилище будет наполняться в зимний период избыточным стоком из Колымского водохранилища и срабатываться осенью к концу навигации. Таким образом оно выполнит функции регулирования судоходных попусков, способствуя сохранению соответствующего объема воды в Колымском водохранилище, а также смягчит влияние Колымской ГЭС на режим уровней р. Колымы [296; 416].

При суточном регулировании резко колеблется величина сбросов воды через ГЭС в течение суток, вызывая в нижних бьефах так называемые волны попусков. Движение волн попусков по нижнему бьефу проявляется в непродолжительных последовательных колебаниях уровней воды. На больших реках эти колебания прослеживаются на расстояние 50 – 100 км. Внутрисуточные колебания уровней в навигационный период могут мешать судоходству. Зимой они нарушают ледовый режим в нижних бьефах гидроузлов.

Для уменьшения внутрисуточных колебаний уровней в нижних бьефах крупных гидроузлов строят контррегуляторы. Примером можно назвать Майнский гидроузел, расположенный в 21,5 км ниже Саяно-Шушенской ГЭС по течению р. Енисея. Он включает гидростанцию мощностью 107 МВт и водосливную плотину (рис. 12.13). Полезный объем Майнского водохранилища 0,0487 км3 позволяет выравнивать суточные колебания расходов воды Саяно-Шушенской ГЭС. Паводковые сбросные расходы СаяноШушенской ГЭС Майнский гидроузел пропускает транзитом [656].

Рис. 12.13. Майнский гидроузел на р. Енисее, вид с левого берега

247

Рис. 12.14. Графики колебания уровней воды в нижнем бьефе Нижегородской ГЭС:

1 – расходы ГЭС при суточном регулировании 26 – 28.07.2003 гг.; 2 – измеренные и 3 – расчетные уровни воды у г. Городца (6,22 км от ГЭС) при ВПУ = 63,0 м

Чебоксарского водохранилища; 4 – расчетные уровни воды у г. Городца при НПУ = 68,0 м Чебоксарского водохранилища;5 – то же у г. Балахны (28,32 км от ГЭС);6 – то же у с. Б. Козино (41,0 км от ГЭС) [421]

Рис. 12.15. Уровни воды в створах наблюдений нижнего бьефа Волгоградского гидроузла при суточном регулировании

в ноябре-декабре 1962 г.: 1 – нижний бьеф; 2 – Волгоград; 3 – Красноармейск; 4 – Светлый Яр; 5 – Каменный Яр [7; 120]

248

На р. Волге после сооружения каскада водохранилищ остались два свободных (неподпертых) участка: в нижних бьефах Нижегородской и Волжской (Волгоградской) гидростанций. Внутрисуточные колебания уровней воды распространяются в нижние бьефы от Нижегородской ГЭС на 40 км (рис. 2.14), от Волгоградского гидроузла более чем на 100 км (рис.

12.15).

На схеме Волжского каскада 1960-х гг. ниже Волгоградского гидроузла в районе с. Енотаевки присутствовал еще один – Нижне-Волжский гидроузел. Его намеревались построить с напором около 16 м. Кроме обеспечения мероприятий по улучшению сельскохозяйственного использования Волго-Ахтубинской поймы, водохранилище могло бы выполнять функцию контррегулятора Волжской (Волгоградской) ГЭС. Гидроузел остался в «относительно отдаленной перспективе» [108].

Рассмотрим пристальнее нижний бьеф Нижегородского гидроузла,

из-за отсутствия проектного подпора от Чебоксарского водохранилища пребывающий в свободном (бытовом) состоянии.

Одной из основных задач каскада гидроузлов на р. Волге было создание глубоководной системы в европейской части страны для перевода водного транспорта на крупные речные суда. Отметка подпора Чебоксарского гидроузла принималась минимальной по условиям сопряжения его с вышележащим Горьковским (Нижегородским) гидроузлом и неподтопления г. Горького (Нижнего Новгорода), заречная часть которого страдала от наводнений в бытовых условиях [397].

Чебоксарский гидроузел строился 17 лет: в 1968 г. были начаты подготовительные работы, в 1969 г. – строительство гидроэлектростанции, в 1981 г. пущен ее 1-й, а в 1986 г. – последний 18-й агрегат [108].

Среднемноголетний сток в створе гидроузла равен 111,7 км3/год. Его составляют расходы р. Волги, зарегулированные вышележащими водохранилищами, и боковая приточность, большую часть которой (54,2 км3/год) дают реки Ока, Сура и Ветлуга [121].

Чебоксарское водохранилище расположено в пределах Чувашской и Марийской республик и Нижегородской области. Его проектный НПУ равен 68,0 м БС, УМО = 65,0 м БС. С 1982 г. до настоящего времени водохранилище эксплуатируется с ВПУ = 63,0 м БС ± 0,3 м при отсутствии регулирующей емкости (табл. 12.9).

Из-за пониженного на 5 м напора Чебоксарская ГЭС недобирает около 40 % из установленной мощности 1370 МВт и не участвует в сезонном

249