ГЛАВА 2
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ КОМПЛЕКСЫ
ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ
Валовой гидроэнергетический потенциал характеризуется среднегодовой потенциальной мощностью Nпот, кВт, или сред немноголетней годовой потенциальной энергией Эпот, кВт-ч, которая подсчитывается по (1.3) для среднемноголетнего значения годового стока исходя из 8760 ч использования потенциальной мощности, по формуле
(2.1)
Валовой гидроэнергетический потенциал рек СССР оценивается в 450 млн. кВт, или 3950 млрд. кВт-ч, что составляет 12% мировых запасов гидравлической энергии. Но географически запасы гидравлической энергии СССР распределены крайне неравномерно. Так, в Сибири и на Дальнем Востоке сосредоточено 63,3% валового гидроэнергетического потенциала, в Средней Азии 14,1%, а на долю всей европейской части страны приходится всего лишь 17,5%.
Подсчет валового гидроэнергетического потенциала ведется на основе данных водно- энергетических изысканий. Получаемые при этом значения мощности и энергии принято относить к протяженности участка для определения удельных значений гидроэнергоресурсов на единицу длины водотока. Определенные подобным образом ресурсы регистрируются в форме записей и графиков (рис. 2.1) в так называемом гидроэнергетическом кадастре и называются кадастровыми.
Рис. 2.1. Кадастровый график гидроэнергетических ресурсов водотока
Кадастровые мощности могут быть определены для расходов воды различной обеспеченности. Обычно расчеты по среднемноголетним значениям стока и расходов дополняются расчетами по параметрам обеспеченностью 95% без учета возможностей регулирования стока. При составлении кадастра обычно намечаются места (створы) возможного расположения гидроэлектрических станций.
Для реальной оценки ресурсов водной энергии необходимо выявление той их части, которую технически можно использовать — технического гидроэнергетического потенциала. Очевидно, что эту часть гидроэнергоресурсов можно определить только с учетом всех потерь. Помимо потерь, связанных с невозможностью полного использования верховых и низовых участков рек (с малой потенциальной мощностью), имеют место потери стока из-за невозможности полного его использования в связи с недостаточной регулирующей вместимостью водохранилищ и ограничением мощности гидроэлектрической станции, потери на испарение с поверхности водохранилищ и на фильтрацию в основание и через сооружения.
Технический гидроэнергетический потенциал СССР без учета ресурсов малых рек оценивается в 240 млн. кВт, или 2100 млрд. кВт-ч. Необходимо учитывать, что технический потенциал является в значительной степени условным: он зависит от уровня развития науки, а также технических возможностей использования гидроэнергоресурсов и с течением времени в известных пределах возрастает.
Экономический гидроэнергетический потенциал — часть ресурсов, использование которых с народнохозяйственной точки зрения в настоящее время экономически целесообразно, что выявляется путем сопоставления экономических показателей гидроэлектрических станций и других возможных источников получения электроэнергии в рассматриваемом районе (ТЭС, АЭС). Экономический потенциал имеет условный характер, так как основан на принятых в настоящее время предельно допустимых технико-экономических показателях электростанций различных типов и не учитывает в полной мере экономической эффективности комплексного использования водных ресурсов.
Экономический гидроэнергетический потенциал Советского Союза определен в 1095 млрд. кВт-ч/год (СШа — 705, Канада — 218, Япония—132, Франция — 70).
Следует/однако, отметить, что степень использования запасов водной энергии в СССР относительно невысока. На 1 января 1985 г. использование экономического потенциала в целом по СССР составило примерно 20%, в том числе по европейской части и Кавказу — 40,5%, Средней Азии —18,6%, Восточной Сибири — 25,1%, Западной Сибири — 2,0% и Дальнему Востоку — 2,5%.
С учетом уже строящихся и перспективных ГЭС использование экономического гидроэнергетического потенциала в ближайшие 10 — 15 лет может быть доведено до 50 — 55% в европейской и до 20% в азиатской частях СССР.
Помимо речных гидроэнергоресурсов СССР обладает и значительными энергоресурсами морских приливов. По ориентировочным подсчетам их технический потенциал составляет около 300 млрд. кВт-ч (примерно 10% мировых запасов), в том числе на Охотском побережье 60 млрд. кВт-ч в год. Использование энергии морских приливов осложняется, однако, их географической удаленностью от центров электропотребления, суровыми климатическими условиями и высокой (по современным оценкам) стоимостью строительства приливных электростанций.
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
По числу рек и их протяженности СССР принадлежит первое место в мире. Их насчитывают около 775 тыс., включая малые реки длиной не менее 10 км. Общая длина рек составляет более 5 млн. км. Ресурсы речного стока, формирующегося в границах территории СССР, составляют (по среднему многолетнему объему) 4384 км3. Для сравнения отметим, что ресурсы речного стока всех стран мира составляют около 37 тыс. км3.
Территориальное распределение речного стока СССР крайне неравномерно: более 86% речного стока формируется в слабо освоенных северных и восточных районах страны вдали от центров водопотребления и лишь 14% относится к территории, где сосредоточено около 85% населения и 80% промышленного и сельскохозяйственного производства. Подавляющая часть рек СССР имеет снеговое питание. Внутригодовое распределение стока таких рек чрезвычайно неравномерно; на период паводка приходится от 40 до 80% их годового стока. Неравномерность внутригодового распределения речного стока, значительные колебания его по годам и неблагоприятное распределение по экономически развитым районам предопределяют необходимость регулирования речного стока между сезонами и годами путем создания водохранилищ, а также переброски части стока из районов с избытком водных ресурсов в районы с их недостатком.
Основной принцип развития водного хозяйства в нашей стране — комплексное использование водных ресурсов, при котором наиболее полно и эффективно удовлетворяются потребности в воде различных отраслей народного хозяйства. Состав принимаемых во внимание отраслей и параметры водохозяйственного комплекса должны быть экономически обоснованы. Эффективное решение проблемы комплексного использования водных ресурсов, выбор оптимальных параметров и режима работы водохозяйственного комплекса возможны только на основе глубокого и всестороннего анализа большого круга вопросов с учетом перспектив развития народного хозяйства и отдельных его отраслей.
Водоснабжение населения, промышленности, тепловых и атомных электростанций является важнейшей отраслью, принимаемой во внимание при разработке водохозяйственного комплекса. В 1985 г. использование воды в целях водоснабжения составляло более 37% суммарного водопотребления (табл. 2.1).
Орошение земель совместно с сельскохозяйственным водоснабжением является главным водопотребителем. В настоящее время в нашей стране площадь орошаемых земель составляет около 20 млн. га.
Таблица 2.1
В двенадцатой пятилетке за счет государственных капиталовложений предусматривается ввести в эксплуатацию еще 3,3 млн. га. Из всех участников водохозяйственного комплекса орошение характеризуется наибольшим безвозвратным потреблением воды, которое превышает 70% общего его количества.
Гидроэнергетика является ведущей отраслью в решении комплексных водохозяйственных задач и «наиболее крупным водопользователем. Гидроэлектрические станции обычно полностью используют весь сток маловодных и большую часть стока средних и многоводных лет.
Водный транспорт СССР использует водные пути речных систем общей протяженностью 130 тыс. км. Протяженность искусственных водных путей составляет около 20 тыс. км. Для водного транспорта необходимо обеспечить судоходные глубины, построить шлюзы и судоподъемники для прохода судов через гидроузлы. С целью поддержания глубин на мелких участках реки, не перекрытых подпором от плотин, производят дноуглубление и выправление русла. На крупных водохранилищах устраивают порты — убежища для отстоя судов во время больших штормов. Большое народнохозяйственное значение имеет в настоящее время и лесосплав.
Рыбное хозяйство на внутренних водоемах СССР наиболее тесно связано с водными ресурсами и особенно с качеством воды. При строительстве плотин и создании водохранилищ возникает задача рациональной организации рыбного хозяйства путем устройства искусственных или реконструкции естественных нерестилищ, строительства рыбозаводов и т. п.
Помимо перечисленных .отраслей народного хозяйства водотоки и водоемы используются в рекреационных целях (водный туризм, спорт, зоны отдыха и др.), а также в качестве приемников избыточной воды, отводимой с осушаемых территорий, промышленных и хозяйственно-бытовых стоков.
Следует отметить, что удовлетворение запросов различных участников водохозяйственного комплекса является сложной задачей, так как их требования, предъявляемые к водотоку, зачастую находятся в противоречии и сочетание их, как правило, должно базироваться на нахождении технико-экономического оптимума. Так, расходы воды на орошение, водоснабжение и шлюзование судов уменьшают сток, используемый для получения электроэнергии. Сбросы воды в нижний бьеф для поддержания необходимых судоходных глубин в навигационный период совпадают с наибольшей потребностью в воде для орошения сельскохозяйственных угодий. Потребность участников водохозяйственного комплекса в воде обычно не совпадает по времени. Энергетика и мероприятия по борьбе с наводнениями требуют задержания в водохранилищах в весеннее время возможно большей части стока. Рыбное хозяйство, наоборот, требует пропуска значительных объемов воды в низовья рек в весенние месяцы, что затрудняет наполнение водохранилищ. В соответствии с требованиями энергетики уровень верхнего бьефа должен поддерживаться возможно более высоким, тогда как задача снижения максимальных расходов паводка требует заблаговременного до наступления паводка опорожнения водохранилища.
Характерной особенностью, использования водных ресурсов рек СССР является сооружение на них каскадов гидроэлектростанций. В каскаде полнее используются энергетические ресурсы реки, повышается степень зарегулирования стока, что позволяет увеличить мощность и выработку гидроэлектростанций, повышается возможность маневрирования мощностью отдельных ГЭС из-за устранения ограничений по режиму уровней в нижних бьефах. Строительство каскадов ГЭС — наиболее эффективное направление при транспортной реконструкции рек.
Удлинение участка реки, используемого в платинной схеме, приводит к увеличению высоты плотины, а в большинстве случаев также и ее длины, увеличению площади затопления земель в пойме реки и по ее берегам. В деривационных схемах сооружение водоводов чрезмерно большой длины оказывается экономически нецелесообразным. Сравнительные экономические подсчеты возможных вариантов энергетического использования водотока приводят обычно к необходимости разбивки участка водотока, подлежащего использованию, на несколько ступеней, каждая из которых реализуется в отдельной гидроэлектростанции.
Гидроэлектростанции каскада взаимно связаны в своей работе в водохозяйственном, а в большинстве случаев также и в энергетическом отношениях.
Рис. 2.2. Схема использования участка реки каскадом гидроэлектростанций
На реках СССР действуют более 30 каскадов гидроэлектростанций; намечено строительство еще нескольких каскадов крупных ГЭС. Суммарная мощность всех каскадов составит около 150 млн. кВт. Примером каскада гидроэлектростанций и водохранилищ является каскад на Днепре, состоящий из шести гидроузлов суммарной мощностью около 3,8 млн. кВт. Создание водохранилищ на Днепровском каскаде общей вместимостью 44 км3 позволило осуществить годичное регулирование стока Днепра и полностью использовать его для народного хозяйства: получения электрической энергии, развития водного транспорта, орошения земель юга Украины и Крыма и улучшения водоснабжения промышленных районов Криворожья и Донбасса.
Еще более мощными как по числу гидроэлектростанций, так и по их суммарной мощности являются каскады на Енисее, Ангаре, Волге, Вахше, Нарыне, Сырдарье.
Особое внимание при создании водохозяйственных комплексов обращается на то, чтобы не допускать ухудшения природных условий и гарантировать охрану водотоков и водоемов от загрязнения и истощения. Принятыми на XXVII съезде КПСС «Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986 — 1990 годы и на период до 2000 года» эта проблема возведена в ранг общегосударственной задачи.
В двенадцатой пятилетке предусматривается последовательно улучшать охрану водных ресурсов страны. Намечено завершить выполнение основных мероприятий по охране бассейнов Балтийского, Каспийского, Черного и Азовского морей, продолжить осуществление комплекса мер по охране водоемов Арктического бассейна, Средней Азии и Казахстана, а также по улучшению состояния малых рек я водохранилищ.
В целях планомерного и эффективного использования водных ресурсов в народном хозяйстве страны Гидропроектом составлена схема комплексного использования и охраны водных ресурсов СССР, в которой на еще более длительную перспективу намечены основные направления развития всех отраслей водного хозяйства.
