Плановость гидроэнергетического строительства в СССР позволила широко вести строительство каскадов ГЭС, что дает возможность наиболее полно использовать энергетические ресурсы реки, улучшить эксплуатационные условия работы гидроэлектростанций, сделать реку судоходной на всем ее протяжении с помощью системы водохранилищ и судоходных шлюзов.
В первые годы советской власти водохозяйственные проблемы решались в границах отдельных участков рек, составлялись проекты изолированных гидроэлектростанций.
В нашей стране мало рек со сравнительно равномерным стоком, к ним относятся Ангара, Нива, Свирь и Раздан (Занга), вытекающие из крупных озер Неравномерность годового стока большинства наших рек вызывает необходимость создания больших водохранилищ при гидроузлах, которые позволят улавливать весенние паводки и обеспечивать равномерный расход воды в течение года.
Однако водохранилище, рассчитанное на большую емкость, пропитанном характере рек вызывает экономически невыгодные затопления и большие капитальные затраты.
Водохранилища, сооружаемые в верховьях рек, при достаточной их емкости выгодны, так как накопленная в них вода срабатывается последовательно на всех ступенях каскада гидроэлектростанций.
Таблица 22
Крупные каскады гидроэлектростанций в СССР.
* На нижнем Днепре.
Рис 31 Схема размещения гидроэлектростанций на Волге и Днепре.
Создание каскада ГЭС на реках, предусматривающее зарегулированность стока реки, особенно важно для равнинных рек СССР у которых в весенний паводок происходит сброс до 60% годового стока.
Сооружение одной ГЭС не обеспечивает полного регулирования стока реки, так как при устройстве водохранилища большого объема неизбежно увеличение затоплений, а следовательно, и капитальных затрат.
Таким было положение, например, на Днепровской ГЭС где создано водохранилище с полезным объемом лишь 1 5 млрд. м3 при среднем годовом стоке Днепра 50 млрд. л«3 и весеннем стоке от.
20 до 35 млрд. № По условиям местности здесь нельзя было создать большой подпор, а следовательно, и больший объем водохранилища Отсутствие гидросооружений выше Днепровской ГЭС предопределяло невысокую экономическую эффективность станции в весенний период через водосливную плотину бесполезно сбрасывалось в среднем 26% многолетнего стока, а среднемесячная мощность Днепрогэс в меженный период падала до 150 тыс. кВт, снижаясь в особо маловодные годы даже до 70 тыс. кВт В такие маловодные периоды года нарушалось также сквозное судоходство по Днепру.
Примером планомерного использования энергии реки путем сооружения каскадов ГЭС может служить река Средней Азии Чирчик, вытекающая с ледников Ала-Тау На этой реке можно построить каскад из 20 гидроэлектростанций В настоящее время находятся в эксплуатации 13 ГЭС, использующих энергетическую мощность р Чирчик на 51% Это значит, что вода реки последовательно, 13 раз в каждой станции каскада, вырабатывает электроэнергию.
Указанный процент использования объясняется тем что еще ш сооружена гидроэлектростанция с крупным водохранилищем, которое обеспечивало бы большую выработку электроэнергии, а следовательно, и имеющая большой удельный вес в общем использовании реки.
При выборе сопрягающих отметок в каскаде ГЭС обычно сопоставляют энергетические показатели и затраты на затопление прилегающих земель Следует иметь в виду, что каскадность сооружения ГЭС при наличии общей схемы использовании реки отнюдь не означает непременного их строительства от верховьев к устью реки.
Сооружение каскадов гидроэлектростанций в нашей стране все больше расширяется На многих реках каскады гидроэлектростанции уже осуществлены полностью или частично (табл 22) Расположение их в плане на Волге и Днепре показано на рис. 31
Волжско-Камский каскад гидроэлектростанций.
Волга.
Волга не только самая большая река в Европе (суммарная площадь ее бассейна 1380 тыс. км2, средний многолетний сток 251 км3) 1, но и важнейший народнохозяйственный район СССР Со своими притоками и главным из них — Камой — Волга служит основной водной системой Европейской части СССР и по транспортной нагрузке занимает первое место в мире Резкое снижение уровней после половодья, большое количество перекатов и мелей не позволяли полностью использовать Волгу для судоходства В 1843 г на верхней Волю, выше Селпжаровки, была сооружена первая плотина — деревянный Верхневолжский бейшлот с объемом подпертой воды 400 млн. м3 — крупнейший искусственный водоем в дореволюционной России2 Попусками из этого водохранилища можно было поднять уровень Волги у г Твери (Калинин) на 20—30 см, однако в засушливые годы и этого нельзя было достичь.
Коренное решение вопроса транспортной реконструкции Волжского бассейна могло быть достигнуто лишь шлюзованием, к этому приступили с первых лет советской власти Уже в первых работах ГОЭЛРО выдвинута проблема создания Волжской магистрали.
Реконструкция Волги была начата строительством канала имени Москвы В 1931—1934 гг. разрабатывались различные схемы комплексной реконструкции Волги и ее притоков Среди гидротехников было много споров о методах освоения крупных рек СССР и в первую очередь Волги Одна группа инженеров отстаивала необходимость регулирования стока путем сооружения водохранилищ на притоках На самой же Волге предполагалось создать низконапорные плотины, в основном транспортного назначения, без водохранилищ, что спасало от затопления богатые и освоенные пойменные земли, но давало недостаточный энергетический эффект Другие специалисты отстаивали идею строительства каскада гидроэлектростанции с оптимальным напором гидроузлов и созданием огромных водохранилищ, обеспечивающих полную зарегулированность стока Волги и возможность орошения, кото рое компенсировало затопляемые территории.
В результате всесторонней дискуссии была принята вторая схема, предусматривающая создание на Волге и ее крупнейшем притоке Каме каскадов мощных гидроэлектростанций с регулирующими водохранилищами и превращение, таким образом, самой Волги в цепочку озер — речных морей Разработка этой схемы реконструкции Волги, дающей большой народнохозяйственный эффект и известной под названием Большой Волги, была начата еще в довоенные годы (табл 23 на стр 209).
Основные задачи схемы Большой Волги.
- Обеспечение комплексности в использовании водных ресурсов Для всех гидроузлов обязательно сочетание энергетики и водного транспорта Помимо этого необходимость соблюдения требований орошения, обводнения, водоснабжения и рыбного хозяйства
- Постройка высоконапорных водосливных плотин на проницаемых аллювиальных грунтах
- Всемерная концентрация напоров, т.е. уменьшение числа ступеней, что должно положительно сказаться на экономических показателях схемы и привести к созданию водохранилищ большой емкости, а следовательно и к большей зарегулированности режимов реки и использующих ее энергию ГЭС
- Особое внимание к учету возможных потерь от затоплений, поскольку схемой охвачены самые обжитые районы страны
Потенциальные запасы водной энергии рек Волжского бассейна оцениваются примерно в 100 млрд. кВтч в год (или мощностью 20—25 млн. кВт), из них около 50% приходится на Волгу и Каму.
Схема Большой Волги предусматривает создание на Волге и Каме 13 гидроузлов с гидроэлектростанциями общей мощностью 11 млн. кВт и выработкой 50 млрд. кВтч электроэнергии в средний по водности год Продольные профили Волги и Камы со створами этих гидроузлов даны на рис. 32 а и б.
Суммарная площадь создаваемых водохранилищ будет равна примерно площади Азовского моря, а полезный объем составит около 100 км3 В этих водохранилищах будет улавливаться примерно 70% объема паводковых вод среднего по водности года Регулирование позволит использовать 95% водных ресурсов для выработки электроэнергии.
Общая площадь затопления земель в результате образования водохранилищ составит около 3 млн. га, из них по Волжскому каскаду 2,24 млн. га и по Камскому — 0,8 млн. га.
1 Из них 118 кл<3 приходится на долю верхней Волги и 119 км3 на до по Камы Ниже камского устья сток увеличивается всего на 14 км3.
2 Это водохранилище, переустроенное в Великую Отечественную войну, работает и по настоящее время.
Построены высоковольтные линии передачи большой длины для снабжения промышленных районов Центра, Урала и Донбасса дешевой электроэнергией.
Велико значение гидроузлов на Волге и Каме для водного транспорта Естественные глубины на Волге были небольшими и сильно изменялись в зависимости от водности реки в отдельные годы В настоящее время Волга и Кама превращены в глубоководные магистрали, соединенные с рядом других рек На них стало возможным движение судов большой грузоподъемности Протяженность водных путей Волжско Камского бассейна, освоенных судоходством, составляет 18,7 тыс. км, из которых на 4,4 тыс. км имеются гарантированные глубины 2,6 м и более.
При сооружении гидроузлов были созданы новые железнодорожные и автодорожные магистрали и переезды через Волгу, построены новые крупные города — Жигулевск и Ставрополь (160 тыс. человек) и Волжский (70 тыс. человек), переустроено много населенных пунктов, вынесенных из зоны водохранилищ.
Однако ряд отраслей народного хозяйства еще не использует всех возможностей для своего развития в связи с созданием гидроузлов на Волге Прежде всего это относится к сельскому хозяйству а также к рыбному хозяйству.
В наиболее засушливых районах Заволжья, охватывающих территорию в 11 млн. га, можно осуществить орошение на площади до 6—7 млн. га На большую часть земель вода будет подавать ее насосными станциями, питаемыми энергией от гидроэлектростанции.
Рыбное хозяйство Большой Волги намечено развивать путем организации рыбных промыслов в границах каждого из водохранилищ, т.е. разобщенно Устройство рыбоходов предусмотрено только на Волгоградском и Астраханском гидроузлах Огромный вред приносят неочищенные воды, сбрасываемые все увеличивающимся числом промышленных предприятий, в первую очередь нефтеперерабатывающих м химических Большой ущерб рыбоводство терпит от снижения Каспийского моря, постепенного обсыхания массивов дельт рек Волги и Урала и потери в связи с этим кормовых угодии и нерестилищ Улов рыбы в Северо-Каспийском районе, начиная с 30-х годов, снизился с 4 млн. ц до 2,6 млн. ц, в том числе осетровых пород — с 200 тыс. до 100 тыс. ц.
Значительно ухудшилось естественное размножение осетровых пород после постройки Волгоградской и Куйбышевской плотин преграждающих пути прохода осетровым рыбам к нерестилищам, выше но реке На естественном размножении частиковых пород рыб неблагоприятно сказывается уменьшение паводков после образования водохранилищ на Волге и Каме.
В результате плодотворной деятельности ученых и работников рыбной промышленности в нашей стране полностью освоены методы искусственною разведения частиковых и осетровых пород рыб. Однако создаются нерестово-выростные хозяйства и специальные рыбные заводы, предусмотренные в проектах Волжских гидроузлов, медленно.
Значительный улов может быть получен и на вновь созданных огромных водохранилищах на Волге и Каме, зеркало которых уже в настоящее время превышает 15,5 тыс. км2, т.е. составляет 40% площади Азовского моря.
Рассмотрим осуществленные последовательно ступени Волжскою каскада.
Двумя верхними ступенями являются Иваньковская ГЭС с небольшим водохранилищем «Московским морем», объемом 1,1 млн. м3, площадью 327 км2, и Угличская ГЭС, практически не имеющая водохранилища.
Третья ступень — Рыбинская ГЭС — имеет водохранилище объёмом 25,4 млрд. м3 (полезный объем 11,7 млрд. м3), которое перехватывает весь весенний сток верхней Волги и ее притока Шексни Водохранилище многолетнее, в течение 18 лет, прошедших после пуска Рыбинской ГЭС, весной вода не сбрасывалась через плотину Попуски из Рыбинского водохранилища обеспечивают. необходимые глубины на Средней Волге До создания этого водохранилища подъем воды в Волге у Ярославля достигал 8—10 м Теперь амплитуда колебаний уровня воды весной не превышает 2—3 м Зато в меженный период воды стоят на 1,5—2 м выше, чем раньше Благодаря этому затоплены пороги на реках Мологе и Шексне Создание Рыбинского водохранилища сократило водный путь в верховьях, от Углича до Череповца путь уменьшился с 370 до 230 км.
Следующая, четвертая ступень каскада — Горьковская ГЭС, введенная на полную мощность в декабре 1956 г — решает комплексную задачу усиления энергоснабжения Центрального промышленного района и обеспечения нормального судоходства на среднем течении Волги Полезный объем водохранилища 2,8 млрд. м2 Равномерность выработки Горьковской ГЭС регулируется попусками воды из Рыбинского водохранилища.
Наибольший размах получили работы по созданию Волжского каскада после опубликования в августе 1950 г постановления правительства о строительстве крупнейших ГЭС — Куйбышевской (Волжской имени Ленина) и Волгоградской (Волжской имени XXII съезда КПСС).
Первый агрегат Волжской ГЭС имени В. И. Ленина — шестой ступени Волжского каскада — был пущен в декабре 1955 г , а к 40-летию Октябрьской революции введены в эксплуатацию все 20 агрегатов.
Сооружения Волжской ГЭС имени В. И. Ленина подняли уровень Волги на 27—28 м над меженным горизонтом и образовали водохранилище площадью 6450 км2 полной емкостью 58 млрд. м3 при нормальном подпорном уровне Водохранилище протянулось вверх по Волге на 600 км до г Чебоксары, а в ширину — на 40 км Оно является крупнейшим из всех волжских морей и искусственных водоемов мира Водохранилище не только обеспечивает равномерную нагрузку и высокую выработку собственной электростанции, но и дает возможность увеличить нагрузку и выработку расположенным ниже гидроэлектростанциям — Саратовской (строится), Волжской имени XXII съезда КПСС и Нижне-Волжской, или Астраханской (проект).
Мощность Волжской ГЭС имени Ленина 2300 тыс. кВт, а выработка электроэнергии в средний по водности год превышает 11 млрд. кВтч, из которых свыше 6 млрд. кВтч передается в Московскую энергосистему Для получения такого количества энергии на тепловых электростанциях понадобилось бы ежегодно сжигать до 8 млн. т каменного угля Энергия Волжской ГЭС имени Ленина может заменить труд 63 млн. человек, что значительно превышает население такой страны, как Ашлия.
Восьмая ступень Волжского каскада — Волгоградский гидроузел (рис 33) — по своим размерам, напору и условиям строительства в основном похож на Куйбышевский гидроузел.
Волжская ГЭС имени XXII съезда КПСС, досрочно выпущенная (на мощность 2415 тыс. кВт) в декабре 1960 г , является не толь ко крупнейшей в Волжско Камском каскаде, но в настоящее время и самой мощной в мире Ее проектная мощность — 2563 тыс. кВт - включает, кроме действующих гидроагрегатов (21), один экспериментальный и три дополнительных, устанавливаемых на рыбопропускных сооружениях.
В состав основных гидротехнических сооружений Волгоградского гидроузла входят -здание ГЭС совмещенного типа оборудованное 22 гидроагрегатами, примыкающая к зданию ГЭС бетонная водосливная плотина, один из пролетов которой (второй от здания ГЭС) занят под рыбопропускное сооружение (рыбоподъемник), имеющее два рыбоходных лотка со стороны нижнего и один со стороны верхнего бьефов, земляная намывная плотина, перекрывающая русло Волги от правого берега до монтажной площадки ГЭС, две линии судоходных двуступенчатых шлюзов, расположенных на пойме между линией сброса и левым берегом Общая длина сооружений по напорному фронту составляет 4900 м, в том числе бетонных сооружений 1500 м Гидротехнические сооружения, создающие напор 27 м, возведены в основном на мелкозернистых песчаных грунтах и рассчитаны на пропуск весенних половодий Волги с расчетными расходами воды до 60 тыс. м2/сек.
Гидроузел образует водохранилище объемом 32,2 млрд. м3 и длиной 500 км, протянувшееся вверх по Волге до г Вольска Площадь водохранилища — 3165 км2 — превышает площадь Белого и Псковского озер, вместе взятых Максимальная ширина в районе Камышина — 14 км.
В состав гидротехнических сооружений гидроузла входит также Волго-Ахтубинский канал, построенный в связи с перекрытием сооружениями гидроузла входной части Ахтубы Трасса канала проходит в 6 км от оси створа гидроузла длина канала 6,6 км.
Средняя выработка Волжской ГЭС имени XXII съезда КПСС — 11—14 млрд. кВтч/год — составляет около 20% электроэнергии, вырабатываемой в год всеми гидроэлектростанциями СССР, построенными до 1960 г.
Сооружение Волжской ГЭС имени ХХП съезда КПСС позволяет комплексно решить ряд народнохозяйственных задач снабжение дешевой электроэнергией Москвы, Поволжья, центральночерноземных областей, Донбасса и других промышленных районов, создание ряда систем для орошения 1,5 млн. га засушливых земель Заволжья и строительство самотечного судоходного Волго- Уральского канала, который позволит обводнить более 4 5 млн. га целинных земель Прикаспийской низменности, создание глубоководного речного пути на всем протяжении Нижнего Поволжья.
Одновременно с возведением ГЭС Волгоградгпдрострой построил на левом, пустынном берегу реки современный благоустроенный город — Волжский В нем около 400 тыс. км2 жилой площади и более сотни зданий культурно бытового и коммунального назначения Волжская ГЭС имени XXII съезда КПСС послу жила основой для бурного развития Волжского промышленного района.
С созданием Волжской ГЭС имени XXII съезда КПСС сток Волги отрегулирован и сброс воды в нижний бьеф стал управляемым Нужды сельского и рыбного хозяйств в весенний период требуют увеличенных попусков воды для поймы Ахтубы и дельты Волги.
В многоводные годы это можно делать, а в средние по водности и маловодные годы такие попуски приведут к потере до 2 млрд. кВтч выработки электроэнергии Постройка специального сооружения — вододелителя перед волжской дельтой исключила бы такие потери.
С 1956 г в районе г Балаково, между волжскими гидроэлектростанциями имени Ленина и имени XXII съезда КПСС строится седьмая ступень Волжского каскада — Саратовская ГЭС мощностью 1,5 млн. кВт В комплекс узла входят гидростанция, железобетонная водосливная плотина, парный судоходный шлюз и земляная плотина Водохранилище позволит создать глубоководный путь от Волгограда до Казани Орошая засушливые поля Заволжья, оно улучшит условия дальнейшего развития сельского хозяйства.
На участке Волги между Горьковской ГЭС и водохранилищем Волжской ГЭС имени Ленина запроектирована в плане текущей семилетки пятая ступень каскада — Чебоксарская ГЭС мощностью 1,4 млн. кВт.
«Золотой долиной» именуют в Нижнем Поволжье район Волгο-Ахтубинскои поймы, более плодородной, чем знаменитая долина Нила В пойме и дельте около 2 млн. га земель, с которыми хозяйственно связано еще около 4 млн. га в прилегающих степях Современное сельское хозяйство в этих районах развито очень слабо.
Длительные паводки, приходящиеся на период вегетации сельскохозяйственных культур, не позволяют использовать наиболее ценные земли в пойме и дельте для интенсивного земледелия без обвалования, а засуха — без орошения.
Основное средство для улучшения сельскохозяйственного использования земель Волго-Ахтубинской поймы и дельты — широко развитое орошение.
Каспийское море и Нижняя Волга издавна являлись важным рыбопромысловым районом По сведениям профессора-ихтиолога А Н Державина, в конце XVII в здесь вылавливалось осетровых до 370 тыс. ц В дальнейшем из-за хищническом добычи улов постепенно снижался и ныне составляет около 100 тыс. ц Для ускорения производства осетровых применяют искусственное разведение в крупных масштабах и создают искусственные нерестилища ниже Волгоградской плотины Под Астраханью возникло новое предприятие, где сложные биологические эксперименты сочетаются с совершенной машинной техникой Уже в 1959 г Казанский завод выпустил четыре с лишним миллиона осетровой молоди, выращенной из искусственно оплодотворенной икры Чтобы под нять улов осетровых на Каспии до 500 тыс. ц в год, нужно построить 15 таких заводов.
Народнохозяйственное значение каскада ГЭС очень велико Гидроэлектростанции дадут большое количество электроэнергии и послужат основой для дальнейшего развития промышленности, электрификации железнодорожного транспорта, для широкого применения электроэнергии в сельском хозяйстве На базе дешевой электроэнергии будут построены сотни новых промышленных предприятий и расширены существующие.
Волжский каскад имеет большое транспортное значение С созданием больших водохранилищ-озер значительно улучшаются условия крупного судоходства по Волге и Каме Вместо узкого фарватера уже появились судоходные трассы шириной на озерных участках 500 и более метров Производится коренная реорганизация судоходной обстановки Создаются новые большие порты в Казани, Саратове, Ульяновске, районах Волжской ГЭС имени Ленина и Волгоградского гидроузла Казань, еще недавно располагавшаяся в 5 км от берега Волги, стала крупным портовым городом — к нему вплотную подошло Куйбышевское море.
Волжский каскад — это не только дешевая электроэнергия и водная магистраль Это также преображенные земли С помощью электроэнергии Волжской ГЭС имени Ленина воды Волги, забираемые из водохранилищ, оросят десятки тысяч гектаров плодородных земель Электроэнергия волжских ГЭС поможет также поднять массивы целинных земель в Саратовской и Волгоградской областях и получить дополнительно большое количество зерна.
