Энергетика Северного и Центрального Казахстана - Канал Иртыш-Караганда

Как указано выше, Центральный и Северный Казахстан располагает громадными запасами минерально-сырьевых и плодородных земельных ресурсов. Широкомасштабное развитие промышленности и сельского хозяйства здесь невозможно без кардинального решения проблемы водообеспечения, поскольку местные водные ресурсы крайне невелики. Они ограничиваются бессточными бассейнами озер Тенгиз, Челкар-Тенгиз и Ащиколь, куда впадают реки Нура, Тургай, Иргиз и Сары-Су. Эти реки имеют основные источники водоснабжения местных промышленно-энергетических узлов и сельского хозяйства. В связи с большими колебаниями объемов стока по годам требуется создание множества регулирующих водохранилищ и прудов на реках и в логах района. В связи с этим были построены здесь водохранилища многолетнего регулирования: Самаркандское (на р. Нура), Шерубай-Нуринское, Кенгирское, Вячеславское (в верховьях Ишима) и др. Тем не менее для полного обеспечения водой народного хозяйства этого района возникла необходимость привлечь воду извне. В связи с этим научными и проектными организациями был разработан ряд предложений по обводнению данного региона.
Среди инициаторов разработки межбассейновых перебросок стока в Казахстан были сотрудники Института энергетики АН КазССР (ныне КазНИИэнергетики). Ими исследовались вопросы экономического и народнохозяйственного значения переброски стока р. Иртыш в Центральный Казахстан. Результаты исследований КазНИИЭ обобщены в сборнике «Проблемы водообеспечения Центрального Казахстана» (Алма-Ата, 1960) под редакцией Ш. Ч. Чокина и В. А. Киктенко, они позволили поставить вопрос о строительстве канала Иртыш—Караганда и взяты за основу проектных разработок.
Наиболее эффективный из ряда намечаемых вариантов трассы канала Иртыш—Караганда—Шидертинский был принят экспертной комиссией Госэкономсовета СССР в качестве основного.

Рис. 5. Продольный профиль канала Иртыш — Караганда

При сравнении вариантов по технико-экономическим показателям учитывалась также степень полноты охвата интересов развития всех составляющих водохозяйственного комплекса. Гидропроектом осуществлено проектирование, а в 1962 г. Министерством энергетики и электрификации СССР начато строительство канала.
Канал Иртыш—Караганда — самая длинная после Каракумского канала им. В. И. Ленина искусственная водная артерия. По сложности строительства он превосходит и этот канал. Основная трудность его создания заключалась в том, что воду из Иртыша надо было подать на водораздел рек Шидерты и Муры с помощью мощных насосных станций, водохранилищ, каналов, водосбросов и водовыпусков.
Головной водозабор расположен на левой протоке Иртыша — р. Белой в 9 км от ее впадения в основное русло Трасса канала Иртыш—Караганда длиной от головного водозабора до насосной станции первого подъема Караганда-Темиртауского районного водопровода 458 км проходит по территории Павлодарской (272 км) и Карагандинской (186 км) областей. На 145-м километре у р. Нуры она разветвляется. Часть воды через дюкер под р. Мурой и по каналу подается к насосной станции первого подъема Караганда-Темнртауского районного водопровода у Солонинка (458-й километр трассы), остальное количество через водосброс и но руслу р. Муры поступает в Самаркандское водохранилище (рис. 5).
Строительство канала началось в 1962 г. генеральным подрядчиком «Иртышгэсстрой» Министерства энергетики и электрификации СССР, в 1974 г. работы закончились.
Основные данные канала Иртыш—Караганда приведены ниже:
Объем водозабора, млрд. м³/год - 2,36
Длина трассы, км-458
В т. ч. по каналам        354
по водохранилищам -101
по насосным станциям, напорным трубопроводам, дюкеру- 3
Суммарный напор водоподъема, м- 4.53
Производительность насосных станций головного водозабора, м³/с- 75
Расчетная водоподача (нетто), млн. м³/год -1950
Возможное увеличение пропускной способности на первых 102 км при относительно незначительных дополнительных затратах (брутто), млн. м³/год до 2500
Установленная мощность насосных станций, тыс. кВт 350
Годовая потребность электроэнергии при полном развитии водопотребления, млн. кВт ч 2200
Потери воды: фильтрационные 58
испарение в средний по водности год 102
Насосные станции, шт. 22
Насосные станции перекачки фильтрационных вод, шт. 5
Автомобильная дорога с подъездами к сооружениям, км 511
Линии электропередач, км 628
Линии связи, км 596
Государственная комиссия по приемке в промышленную эксплуатацию канала Иртыш—Караганда признала, что строительномонтажные работы его выполнены в соответствии с проектом, строительными нормами и правилами и отвечают требованиям приемки в эксплуатацию законченных строительством объектов согласно СНиП III-A 10-70.
Трасса канала Иртыш—Караганда находится в сложных топографических, природных и климатических условиях. Первые 173 км трассы канала проходят в западном направлении по Прииртышской равнине (около 100 км) и северным отрогам Казахского мелкосопочника, на этом участке 6 ступеней подъема воды — обшей высотой подъема 108 м. Наибольшая протяженность 102,9 км канала — между насосными станциями № 1 и 2. Другие участки этого канала проходят в более сложных топографических условиях и имеют длину от 6 до 28 км.
На 173-м км канал входит в долину р. Шидерты и поворачивает на юго-запад вверх по реке к водоразделу между реками Шидерты и Нура (421-й км трассы). На этом участке имеется 16 насосных станций, которые поднимают воду на высоту 310 м. Здесь выделяются 2 характерных участка:русловой — от 173 до 356-го км и береговой — от 356 по 412-й км (до насосной станции № 22). Русловой участок длиной 183 км состоит из 10 водохранилищ, связанных между собой каналами и насосными станциями. Водохранилища подпираются земляными плотинами и служат в основном для пропуска воды по трассе вверх по реке, по бьефам водохранилищ в долине р. Шидерты проходит 95 км трассы.
Земляные плотины запроектированы без паводковых водосбросов за исключением гидроузла № 2, так как паводковая приточность аккумулируется в водохранилищах без значительного формирования уровней. Водохранилище гидроузла № 12 (Молодежное)— регулирующее, расположено в стороне от трассы и служит для регулирования паводкового стока верховьев р. Шидерты. На русловом участке р. Шидерты имеется 10 насосных станций, расположенных между водохранилищами, причем 2 скомпонованы в теле земляных плотин на гидроузлах № 4 и 8.
Береговой участок канала протяженностью 56 км проходит по левому склону долины р. Шидерты. На этом участке имеется 5 насосных станций.
Далее трасса канала за пределами насосной станции № 22 на 421-м км пересекает водораздел между реками Шидерты и Нура. Канал здесь проходит в выемке глубиной 14 м и является самотечным. Перепад уровня на 24-м м гасится на водосливе № 28 и на водосбросе № 29 Туздинского водохранилища.
Головной водозаборный узел (ГЗУ) канала Иртыш—Караганда расположен на протоке р. Иртыш в 9 км от устья, состоит из земляной плотины на р. Белой с водосбросом в ее теле. Плотина создает необходимый подпорный горизонт для работы насосной станции № 1. Высота плотины — 8,5 м. Здесь же расположена насосная станция первого подъема с четырьмя агрегатами производительностью 75 м³/с. Для обеспечения нормальных условий работы ГВУ производится расчистка русла р. Белой у начала протоки.
Трасса канала Иртыш—Караганда делится водоподъемными насосными станциями, перепадами водосброса № 28, дюкером через р. Нура и водохранилищами на 34 отдельных каналах общей длиной 354 км.
Сечение каналов трапецеидальное, наиболее простое и удобное для разработки экскаваторами Ширина канала по дну — 3—4 м, откосы 1 : 2,5—1 : 3 в мягких грунтах, 1 : 2 в интенсивно выветренных скальных грунтах, 1 1 и 1 : 0,5 в крепких скальных породах канала.
На канале Иртыш — Караганда построено 22 насосных станции (НС) примерно с равными ступенями подъема (по 15-20 м), что позволило применить вертикальные осевые поворотно-лопастные насосы с вертикальными синхронными электродвигателями
В комплекс сооружений канала Иртыш —Караганда входят 14 земляных плотин, одна из них перекрывает приток Иртыша ρ. Белую и создает напорный горизонт воды, необходимый для работы НС № 1. При помощи двух других плотин создаются Экибастузское и Туздинское резервные водохранилища. Одиннадцать земляных плотин построено на участке канала в долине р Шидерты, 10 из них предназначены для создания бьефов линейных водохранилищ, одиннадцатая — для регулирования паводкового стока верховьев р. Шидерты (табл. 138).

Таблица 138. Основные характеристики водохранилищ и подпорных бьефов

Водохранилища 10 гидроузлов используются как транзитные бьефы с небольшим сезонным регулированием, компенсирующим потери воды на испарение и увеличение водоподачи по каналу в летний период, при этом допускается сработка водохранилищ. Заполнение призм сработки производится осенью и зимой, в период сниженного водопотребления.
Основные потребители электроэнергии канала — насосные агрегаты мощностью по 5000 кВт, напряжением 6000 В. Суммарная установленная мощность смонтированных агрегатов 250 тыс. кВт, проектная установленная мощность — 350 тыс. кВт, мощность остального электрифицированного оборудования канала — 2 тыс. кВт.
Электроснабжение сооружений канала осуществляется от ЕЛ—220, 1 10, 35, 6 и 0,4 кВ энергосистем «Карагандаэнерго» и «Павлодарэнерго».
Основные потребители воды из канала Иртыш—Караганда Экибастузский топливно-энергетический комплекс, Ермаковский, Темиртауский, Карагандинский промышленные районы, население и сельское хозяйство.
В зоне влияния канала Иртыш—Караганда на территории Павлодарской и Карагандинской областей площади регулярного орошения могут быть увеличены до 100 тыс. га, лиманного — до 50.
Значительную часть земель следует освоить под орошение в существующих хозяйствах, где стоимость мелиорации в комплексе с жилым и сельскохозяйственным строительством на 25—30% ниже, чем на территории вновь организуемых совхозов.
При выполнении намеченною объема мелиоративного строительства, направленного на эффективное использование воды из канала Иртыш—Караганда, возрастает производство основных видов продукции, что позволит обеспечить население Павлодарской и Карагандинской областей овощами, картофелем, бахчевыми и молоком.
Водоснабжение сельских населенных пунктов и обводнение пастбищ, расположенных в зоне влияния канала Иртыш—Караганда, раньше базировались на использовании подземных вод, но малая мощность водоносного горизонта и повышенная минерализация грунтовых вод тормозят развитие водоснабжения.
На базе канала Иртыш—Караганда намечается строительство 7 крупных групповых водопроводов для водоснабжения сельскохозяйственных районов и обводнение пастбищ (табл. 138).
В соответствии с заявками водопотребителей (по материалам «Предприятия по эксплуатации канала Иртыш—Караганда») на расчетные уровни 1980—1990 гг. забор воды из канала значительно увеличивается. В табл. 140 даются перечень водопотребителей и объемы забираемой воды из канала.
Доля промышленного водопотребления из канала Иртыш—Караганда возрастает и к 1990 г. достигнет 57,6% от суммарного водопотребления, доля сельскохозяйственного водопотребления постепенно уменьшится и в 1990 г. составит 35,13%, резко снизится доля прочего водопотребления.
Полная сметная стоимость канала по утвержденному сметнофинансовому расчету составляет 334,4 млн. руб.
Канал Иртыш—Караганда эксплуатируется с 1974 г., он дал большой импульс к развитию производительных сил Павлодарской и Карагандинской областей. Потребности в воде быстро растут, опережая проектные показатели по этапам развития народного хозяйства региона. В связи с этим по заказу управления эксплуатации канала Казахским филиалом института Гидропроект составлено технико-экономическое обоснование строительства инженерного головного постоянного водозаборного сооружения и увеличения пропускной способности канала. Заказчиком установлен объем забора воды, м³/с: в 1985 г.— 50 в 1995 г.— 73, в 2000 г.—91, в 2005 г.— 98.
Таблица 139. Характеристика групповых водопроводов, проектируемых в зоне канала Иртыш—Караганда

* Осакаровский групповой водопровод подключается к Молодежному.
В ТЭО принимается вариант расположения створа водозабора на расход 100 м³/с в 1 км выше истока р. Белой. В настоящее время вода из Иртыша в объеме до 40 м³/с поступает в канал по протоке р. Белой путем расчистки ее головной части, перелопачивая ежегодно до 450 тыс. м³ наносов, для этой цели расходуется около 600 тыс. руб. в год.
Для увеличения пропускной способности самого канала в ТЭО предусматривается ряд мероприятий: расширение поперечного сечения канала на отдельных его участках, строительство по трассе канала трех дополнительных и расширение трех существующих насосных станций, замена осевых вертикальных насосов на дополнительные, реконструкция системы связи автоматики и телемеханики.

Нельзя согласиться с исходным положением ТЭО — объемом забора воды из Иртыша. Этот вопрос нами довольно подробно рассмотрен и изложен в работе [34].

Таблица 140. Объемы водопотребления из канала Иртыш—Караганда, млн. м³

Как указано, постоянное водозаборное сооружение и начальный участок канала до Шидертинского водохранилища должны быть построены на дополнительный забор и пропуск иртышской воды, необходимые для водоснабжения областей Северного и Центрального Казахстана в объеме не менее 1 млрд. м³/год на уровне 2000 г. Следовательно, с учетом потребности народного хозяйства региона в 2005—2010 гг. и неизбежных потерь необходимо дополнительно обеспечить забор и транспортировку по каналу на начальном участке 50 м³/с.
Таким образом, нам представляется, что как водозаборное сооружение, так и пропускная способность канала Иртыш—Караганда (до Шидертинского водохранилища) должны быть запроектированы и построены на расход воды не менее 150 м³/с.
Ермаковская ГРЭС мощностью 2,4 млн. кВт работает по проточной схеме водоснабжения без инженерного головного сооружения путем расчистки начала подводящего канала в месте забора воды из р. Иртыш. В связи со строительством Шульбинской ГЭС с крупным водохранилищем многолетнего регулирования стока р. Иртыш и Семипалатинской ГЭС с водохранилищем сезонного регулирования сильно осложнится забор воды для Ермаковской ГРЭС по существующей схеме из-за снижения уровня воды.
В аналогичном положении находится осуществление схемы водозабора воды канала Иртыш—Караганда (первая насосная станция которого находится от ЕГРЭС на расстоянии не более 10 км)—также без инженерного головного сооружения путем расчистки начального участка протоки р. Белая, по которой иртышская вода поступает в канал. На перелопачивание наносных отложений в голове р. Белая расходуется ежегодно около 0,5 млн. руб.
Институтом Гидропроект им. Жука составляется проект инженерного сооружения водозабора канала Иртыш—Караганда в створе несколько выше головы протоки р. Белая. Со временем без такого сооружения не обойдется осуществление водозабора и для ЕГРЭС.
В настоящее время сбросная вода ЕГРЭС (после охлаждения конденсаторов) поступает обратно в р. Иртыш, сильно ухудшая экологическую обстановку в районе Павлодарского промышленного узла.
В связи с изложенным КазНИИЭ еще в 1968 г. поднимал вопрос о сбросе теплой воды Ермаковской ГРЭС в канал Иртыш—Караганда в объеме около 84 м³/с. Осуществление этого предложения дало бы возможность:
а)   строить только одно инженерное водозаборное сооружение для канала Иртыш—Караганда и Ермаковской ГРЭС;
б)   не нарушать экологическую обстановку (загрязнение воды р. Иртыш) в районе г. Павлодара.
КазНИИэнергетики по заданию Главтехстройпроекта Минэнерго СССР еще в 1964—1966 гг. провел исследование условий водозабора канала Иртыш—Караганда по протоке р. Белая. В те годы по требованию института Гидропроекта им. Жука КазНИИэнергетики обратился в Минздрав КазССР (санинспекцию) и получил положительное заключение о возможности подачи воды Ермаковской ГРЭС в канал Иртыш—Караганда.
Нам представляется необходимым строить для обоих объектов одно общее водозаборное сооружение и отработанную воду ЕГРЭС подавать в канал Иртыш—Караганда. В противном случае следует срочно принять другие меры, обеспечивающие нормальную экологическую обстановку ниже Ермаковской ГРЭС.
Вопрос о ликвидации теплового загрязнения р. Иртыш в районе г. Павлодара в результате сброса в нее теплой воды ЕГРЭС неоднократно поднимался областными организациями.