автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Совершенствование гидравлического режима озера Байкал с учетом экологических требований

На правах руколис

РГб од

"3 ¡10 il '.Г, ;/ МОЛОТОВ ВАЛЕРИЙ СЕРГЕЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РШМА ОЗЕРА БАЙКАЛ С УЧЕТОМ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ

05.23.16. - гидравлика и инженерная гидрология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата техничеких наук

МОСКВА 1997

Работа вылолнгна на кафире гг^о'елваческюс сооружена МО-КОзСКОГЭ ГО^Д&рСТВёЕгСГО }2И«*;СЯтэ ^^одообуотроастбб

Научный руководитель -

сектор телзгюехах яау?.. И.С.Румянцев

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук А.Е.Асарин

Кандидат технических наук, доцект ' В.В.Илышач

Ведущая организация: Инженерно-консультащюнкая компания ТО Сокшервод", г.Моокьэ

Защита состоится ' 17 " ноября 1957 г. в " 15 " часов на заседании Диссертационного совета К.120.16.01 в Московском государственном университете природообустроЯетьа по адресу: 127550. г.Москва, 1-550, ул.Пряшшникоьа, 19, МГУП.

С щссертаиией можно ознакомиться в библиотеке МГУП. Авторефэрат разослан "/3" октября 199Т г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

к. т.н. ' /• о л ■> К.М.Еьдокэгоьа

{'■Щсш-м^'

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Настоящая работа посвящена исследованию влияния регулируемого уроненного режима оз.Байкал на природно-хозлйственную ситуацию прибрехнсй зоны озера и режим работы Ангарского каскэла ГЭС с целью определения па раме гроз режа работы Иркутской ГЭС, максимально удовлетворяющих экологическим требованиям экосистемы оз.Байкал и социально-экономическим критериям рационального использования водных ресурсов. Кроме того, рассмотрена вопросы, связанные с решением методических и практических задач реконструкции берегозащитных сооружений на оз.Байкал.

Актуальность темы. Одной из ключевых проблем планирования, проектирования, подготовки, эксплуатации к комплексного использования водохранилищ, является проблема их воздействия на природную среду. Проблема'"водохранилище-окружающая среда" имеет не локальный узкоотраслевой, а 'крупнорегиональный, комплексный характер и затрагивает территории в сотни тысяч квадратных километров и интересы сотни тысяч и миллионов людей. Поэтому одной из важнейших задач в области водохозяйственного строительства является разработка системы научных взглядов на вопросы создания, принципы комплексного использования и охраны водохранилищ.

С вводом в эксплуатацию Иркутского гидроузла озеро Байкал с его огромными запасами воды и большой регулирующей способностью практически стало головным водохранилищем Ангаро-Енисейского каскада ГЭС. Оно предназначено для обеспечения сезонного и многолетнего регулирования стока Ангары и в значительной степени определяет работу всего каскада.

Искусственная зарегулировакность Байкала привела к повышению уровней озера, увеличению амплитуды и изменению режима их колебаний. Именно перестройка уровенкого режима стала основным фактором негативного воздействия Иркутского гидроузла на экосистему Байкала, а таете на природу и хозяйство его побережья.

Проблема защиты берегов оз.Байкал от разрушений существует с начала строительства Кругобайнальсксого участка железной дороги Транссиба, ко особую актуальность она получила после возведения Иркутского гидроузла, когда в результате создания подпора в русле Ангары и повышения уровня озера активизировались процессы абразии береговых склонов. Состояние изученности динамики береговых пропессов и берегозащитных мероприятий определяется исследованиями г.К.Гречищевз, А.В.Пинегина, А.Н.Рогозина, Ф.Н.Лещякова, А.Б.Иметхековэ а других.

Последствия повыаекия уровня Байкала в связи с зарегулированием стока из озера плотиной Иркутского гидроузла справедливо рассматриваются не только как проблемы геоморфологии л инженерной гидрология, но и в не меньшей мере как проблемы гидробиологии и лимнологии. В связи с этим для разработки нормативов эксплуатации Ангарского каскада в 199*1-1996 гг. Институтом экологической токсикология Минприроды РФ (г.Иркутск) и Байкальским институтом рационального природопользования СО РАК (г.Улан-Удэ) при участии автора настоящей диссертации разработаны "Экологические требования к работе Иркутской ГЭС", в которых изложены основные требования к уровням озера экологического оптимума эндемиков и основных промысловых видов рыб Бзйкала, а также околоводных птиц и животных.

8 связи с наблюдавшейся с 1983 по 1996 годы многоводной фазой колебаний водности и высоким уровнем вод озера резко усилился процесс разрушения берегов Байкала. Правительственная комиссия по Байкалу, рассмотрев на своем заседании в декабре 1994 годэ вопрос "о катастрофических явлениях в береговой зоне Байкала, вызванных подпором его вод плотиной Иркутского гидроузла и мерах по их предотвращению", отметила, что происходит устойчивое нарушение природного равновесия экосистемы озера Байкал и его прибрежной зоны, наносящее значительный экологический и социально-экономический ущербы. Б сентябре 1995 г. Межведомственная комиссия по экологической безопасности Совета безопасности Российской Федерации поддержала указанное решение Правительственной комиссии по Байкалу. Отмеченное подтверждает актуальность теш настоящей диссертации.

Цель работы заключается в разработке методологии регулирования уровеяного режима оз.Байкал для снижения негативных воздействий нз экосистему озера ж природно-хозяйственный комплекс прибрекной части и решения на этой основе методических и практических, задач реконструкций берегозащитных сооружений. Для достижения этой цели в процессе исследования были решены следующие задачи:

- выполнен анализ гидрологического режима бассейнов оз.Байкал и р.Ангары;

- осуществлена оценка социально-экономического и экологического ущербов, вызванных влиянием работы Иркутского гидроузла; выделены основные проблемы управления водными ресурсами оз.Байкал;

- сопоставлены и оценены различные варианты регулирования стока Иркутским гидроузлом, а тэюкэ его влияние на работу Ангарского каскада ГЭС;

- изучена динамика переработки берегов и осуществлен анализ эксплуатация берегозащитных сооружений кз оз.Байкал.

Теоретической и методологической основой исследований являются фундаментальные труды отечественных ученых А.Б.АЕакяна, Н.В.АрефьеБа, А.Е.Асарина,А.Н.Афанасьева,"В.А.Бахтиарова,5.Б.Богословского, С.С.Васильева, С.Л.Вендрова, З.А.Викулиной, Г.П.Ка-лкнина, Ю.М.Матарзина, М.П.Федорова, Н.й.Хрисанова, В.М.Широкова, И.К.Эдельштейна и других.

Научная новизна работы заключается в разработке гидравлического режима оз.Байкал, обеспечивающего переход к устойчивому водопользованию с высоким уровнем социально-эколого-экономичес-кой эффективности. В диссертации получены результаты, являющиеся предметом защиты, научная новизна которых сводится к следующему:

- определены основные принципы и разработаны научно-методологические основы управления водными ресурсами оз.Байкал; сформулированы экологические требования и социально-экономические критерии к рекиму эксплуатации Иркутского гидроузла;

- создана имитационная модель функционирования Ангарского каскада гидроузлов для оценки влияния различных режимов регулирования водных ресурсов оз.Байкал на работу Ангарских гидроузлов

- сформулированы методические подходы к разработке режима ограниченного регулирования уровенного режима оз.Байкал с целью достижения наибольшей соииально-эколого-эконсмической эффективности;

-разработан базовый гидравлический режим оз.Байкал с учетом экологических требований и социально-экономических критериев;

- предложена методика обоснования берегозащитных мероприятий на оз.Байкал в режиме ограниченного регулирования.

Личный вклад автора диссертации заключается в том, что им:

- осуществлен комплексный анализ проблем, " связанных с последствиями от повышения уровня оз.Байкал;

- разработаны принципы и научно-методические основы управления водными ресурсами оз.Байкал с учетом экологических требований и социально-экономических критериев;

- осуществлено изучение динамики переработки берегов озера Байкал за период о 1995 по 1997 гг.;

- осуществлен анализ работы существующих берегозащитных со-

б.

оружений нз оз.Байкал;

- разработаны основы методики обоснования берегозащитных мероприятий нз оз.Байкал в режиме ограниченного регулирования.

Помимо этого автор принимал непосредственное участие в:

- разработке экологических требований к уроьенному режиму оз.Байкал;

- оценке социально-экономических и экологических последствий, вызванных негативным влиянием Иркутского гидроузла;

- анализе режима работы Иркутской ГЭС за период ее эксплуатации;

- разработке математической модели водохозяйственных и вод-ноэнергетических расчетов Ангарского каскада ГЭС.

Практическая значимость и реализация полученных результатов Работа выполнялась в рамках ."Комплексной федеральной программы по обеспечению охраны озера Байкал и рационального использования природных ресурсов его бассейна", принятой постановлением Правительства Российской Федерации от 25 ноября 1994 г. N 1306. Результаты исследований использовались при разработке экологических требований оз.Байкал к режиму работы Иркутской ГЭС, при оценке экономического ущерба в связи с изменением уровня озера и в ТЭО берегозащитных мероприятий на оз.Байкал.

Отдельные результаты работы были использованы при назначении режимов работы Ангарского каскада ГЭС в 1995-1997 гг. в целях предотвращения форсировки уровня Байкала выше отметки НПУ 45?.О м (ТО) и снижения негативного воздействия на экосистему озера и природно-хозяйственный комплекс прибрежной зоны.

Основные результаты работы будут использованы .при корректировке "Основных правил эксплуатации водохранилищ Ангарского каскада ГЭС" и разработке "Обоснования инвестиций берегозащитных мероприятий на Ангарских водохранилищах и на оз.Байкал".

Апробация работы и публикации. Основные положения работы были доложены на заседаниях Правительственной комиссии по Байкалу (Москва, 1994; Иркутск, 1995; Москва, 1996), заседаниях рабочей группы Правительственной комиссии по Байкалу (Улан-Удэ,1995; Иркутск, 1997), II региональном совещании по Байкалу (Байкальск, 1995), Всероссийском совещании по борьбе с экологическими правонарушениями. Секция N4. Нарушения водного законодательства (Москва, 1996), II региональной конференции "Жидкость: проблемы и решения" (Улан-Удэ, 1996). По теме диссертации написаны разделы в 4 монографиях и 2 статьи.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глаз, заключения и сшска литературы из 129 наименований. Объем работы '28 страниц машинописного текста, 37 рисунков а ДЗ таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Во вЕеденги обосновывается актуальность теш диссертзсдон-ной работы, ее научная новизна и практическая значимость, определены цель и задачи исследования.

В первой главе дана краткая физико-географическая характеристика Ангаро-Байкальского бассейна, дано описание гидрологического режима оз.Байкал, его притоков и р.Ангары, рассмотрены изменения гидрографии и водного режима оз.Байкал и р. Ангары после строительства гидроузлов и наполнения их водохранилищ.

Перестройка уровенного режима стала основным фактором негативного воздействия Иркутского гидроузла на экосистему Байкала, а также на природу и хозяйство его побережья. Она обусловила:

- отторжение под технологическую зону гидроузла (под ней понимается территория, неминуемо затапливаемая водой при достижении проектного форсированного подпорного уровня его водохранилища, при отметках выше 457.0 м) более 120 тыс.га;

- фактическое затопление при отмэткв НПУ - 45Т.0 м примерно 60 тыс.га земель с их природными и хозяйственными ресурсами;

- затопление озерно-соровых систем на общей площади 28.5 тыс.га с их высокопродуктивными биоценозами и изменение условий функционирования озерной экосистемы, особенно на мелководьях, что серьезно изменило условия воспроизводства рыб, водоплавающих птиц и околоводных животных;

- повышение уровня грунтовых вод на территории, прилегающей к озеру и в низовьях впадающих в него рек, что привело к перестройке ее биоценозов, изменению условий произрастания растительности и ее состава;

- перемещение эрозионных разрушений берегов на более высокие, чем в естественных условиях отметки, что привело к формированию новой активной ( динамичной ) береговой линии и, следовательно, выносу большого количества взвешенных и загрязняющих веществ в озеро.

Во второй главе на основе анализа основных проблем управления водными ресурсами оз.Байкал, анализа и оценки социально-экономического и экологического ущербов, вызванных влиянием Иркутского гидроузла на природный комплекс и хозяйственную обстэкоЕку

в прибрежной зоне разработаны принципы и научно-методологические основы управления водными ресурсами оз.Байкал, сформулированы экологические требования и социально-экономические критерии к режиму эксплуатации Иркутского гидроузла.

Выполненный в первом разделе главы анализ расчетов водного баланса озера показал, что в условиях зарегулированного уроненного режима в ежегодном круговороте участвует в среднем около 76.4 км3 воды, что на 3.1 км3 больше, чем в естественных условиях. Искусственная зэрегулирозаняость стока в незначительной степени сказалась на межгодовых изменениях элементов водного баланса озера. Более существенно она отразилась на внутригодовом распределении стока из озера, выровняв его, несколько сместилось время наступления ежегодной сработки и накопления воды в озере.

Во втором разделе выполнен анализ современных нормативных документов, регламентирующих режим управления водными ресурсами оз.Байкал. В 1964 г. были утверждены "Основные положения правил пользования водных ресурсов Иркутского водохранилища на р.Ангаре", которые базировались на проектных показателях Иркутского гидроузла и оставались действующим и нормативным документом до утверждения в 1983 г. В действушмх в настоящее время "Основных правилах" Ангарского каскада ГЭС базовый расход воды через Иркутский гидроузел принят равным 1300 мэ/с в период открытого русла и 1250 мэ/с в зимний период при наличии подпора ото льда. Современный . диспетчерский графпс управления водными ресурсами полезного объема оз.Байкал рассчитан из условия поддержания совместно с Братским водохранилищем гарантированной водо- и энергоотдачи Ангарского каскада в течение 10-летнего маловодного периода и регламентирует режим работа озера в условиях нормальной эксплуатации в средние по водности, среднемаловодные и средне-многоводные годы, а также работу Иркутского гидроузла при пропуске паводков редкой повторяемости. Тем не менее в "Основных правилах" имеется несогласованность отдельных параметров Ангарских ГЭС, а также средств ведения режимов ГЭС.

В третьем разделе дается анализ режима работы Иркутской ГЭС за период ее эксплуатации. Протоколом совещания при Минтопэнерго России от 6 декабря 1995 г. было принято решение провести анализ соответствия фактического режима эксплуатации ГЭС Ангарского каскада за период с 1982 по 1994 гг. режиму, регламентированному действующими "Основными правилами", в работе которой участвовал автор, как член экспертной группы, превышена«НПУ 457.0 м.

имевшее место 10 раз за этот период, в 8 случаях явилось резуль- ' татом несоблюдения указаний действующих "Основных, правил", вызванное, в частности, желанием избежать холостых сбросов вода и, соответственно, потерь в выработке электроэнергии на каскаде, ограничениями по сбросам воды через Иркутский гидроузел, мотивированных безопасностью г.Иркутска. При этом превышение уровня Байкала над НПУ до 10 см наблюдалось в 5 годах, до 20см - в 2 годах, до 30-4-0 см - в 3 годах рассматриваемого периода.

В четвертом разделе главы приведена оценка социально-экономических и экологических последствий, вызванных негативным влиянием Иркутского гидроузла на обстановку в прибрежной зоне оз.Байкал.Байкальским институтом рационального природопользования (БМРП) СО РАН были выполнены предварительные расчеты ущербов земельным, водным, лесным и рыбным ресурсам; лесному хозяйству, транспорту, промышленности, сельскохозяйственному производству и населению Республика Бурятия. На основе предложенных методических подходов ежегодный ущерб хозяйству и населению прибрежной зоны Республики Бурятия от затопления и подтопления оценивается примерно в 215 млрд.руб. (в ценах 1995 г.).

В пятом разделе главы сформулированы экологические требования и социально-экономические критерии к режиму эксплуатации Иркутского гидроузла.

Анализ материалов по всему комплексу проблем оз.Байкал позволяет сделать основной вывод о том, что именно перестройка уровенного режима стала основным {актором негативного воздействия Иркутской ГЗС на экосистему озера, а также на природу и хозяйство его побережья. Хотя специальных исследований по влиянию уровенного режима на жизнедеятельность гидробионтоз фактически не проводилось,материалы эмпирических наблюдений показывают прочную, генетически выработанную связь годовых физиологических циклов водных организмов с внутригодовым (сезонным) естественным режимом уровня озера. В внутригодовых колебаниях уровней важнейшую роль играют весенний минимум, который приходился на апрель естественного периода, и осенний максимум в сентябре. Поэтому при эксплуатации Иркутского гидроугла весенний минимум должен приходиться на конец апреля, а осенний максимум не долаен выходить за пределы третьей декады сентября при амплитуде вкутриго-дового колебания уровней воды не больше 80 см.

Исходя из вышеизложенного, экологические требования должны предъявляться к сезонным колебаниям уровней, которые необходимо

максимально приблизить к естественным. По социально-экономическим критериям максимальны» уровень не рекомендуется превышать отметки 457.0 м ТО (НПУ).

В третьей главе представлены результаты сопоставления и оценки различных вариантов режима регулирования Иркутского гидроузла с целью снижения негативных воздействий на прнроднохозяй-ственну» ситуацию в береговой зоне Байкала.

Приведена сравнительная характеристика естественного уро-венного режима оз. Байкал, проектного режима и режима уровней при работе по действующим "Основным правилам использования водных ресурсов водохранилищ Ангарского каскада ГЭС".

При естественном режиме озера наибольший приход воды в озеро в среднем наблюдался в июне, а наименьший - в феврале. Наибольший расход воды из озера приходился на октябрь, а наименьший - на февраль. При зарегулированном режиме Байкала сохраняется гидрологическая инерция мевд приходной и расходной частями водного баланса озера, но, в связи с регулирующей ролью Иркутского гидроузла период инерции несколько возрастает, что связано со временем максимального потребления электроэнергии в холодное время годы.Характер сезонных колебаний уровней Байкала в проектном режиме практически повторяет естественный, но проходит в полосе на 1 м выше, что связано с подпором от плотины гидроузла. Нарушения рекомендаций "Основных правил" приводят либо к преждевременному исчерпанию водных ресурсов водохранилища, как было в конце 70-х - начале 80-х, либо к непредусмотренным частым форси-ровкам уровня вода над НПУ, что наблюдалось в последние 10...15 лет.

Далее в главе излагается предложенный автором режим регулирования водных ресурсов оз.Байкал, приближенный к естественному, когда наибольшее соответствие внутригодовых и многолетних колебаний уровня воды озера естественным колебаниям при наличии Иркутского гадрозла может быть достигнуто при максимальном уменьшении подпора от плотины на пропускную способность истока Ангары S этом случае природный баланс между полезным притоком к озеру и оттоком из него будет практически восстановлен, что приведет, в свою очередь, к восстановлению природных циклов наполнения и сработки Байкала. При этом уровень воды у плотины Иркутской ГЭС должен быть сккаен до минимальной отметки при которой будет возможна эксплуатация 'Иркутской ГЭС, и постоянно поддерживаться на этой отметке.

Водохозяйственные и водноэиергйтические расчеты выполнялись по месячным интервалам времени воднобалансовым методом по 91-летнему гидрологическому ряду с 1904/05 гг. в разрезке с мая по апрель. В качестве начальной базы принята отметка 455.54. м, которая является проектной отметкой ОТО оз. Байкал. При этом водохозяйственный баланс для предлагаемого режима имеет вид:

«на, " V ' ш

где 0Н(5 - суммарный расход воды, поступающий в нижний бьеф Иркутского гидроузла в 1-ом интервале времени; - приток к Иркутскому гидроузлу, который равен пропускной способности истока Ангары и определяется как функция:

°пр! =/ Байкала ^ (2)

по кривой = / (г) при уровне воды у плотины 454.0 м; Байкала I ~ средний уровень Байкала в 1-ом интервале времени, который в свою очередь, определяется соотношением притока к озеру и оттока воды из него в Ангару. Ход уровня воды в оз.Байкал при режиме регулирования стока, приближенном к естественному, полученный в результате расчетов по многолетнему ряду с 1904-05 по 1994-95 гг. полностью повторяет природные колебания оз.Байкал располагаясь на 5-20 см вше естественного. Наибольший диапазон внутригодовых колебаний уровня составляет в расчетном году 1.61 м (1973-74 гг.), сохраняется природный цикл наполнения и сработ-ки оз.Байкал, в естественных границах находится и интенсивность наполнения Байкала. На рис.1 показаны кривые обеспеченности уровня озера в естественных условиях (до строительства Иркутского гидроузла) и в условиях предлагаемого режима. Результаты расчетов основных водохозяйственных и водноэнергетических показателей Иркутской ГЭС при его работе в проектном (регламентируемом "Основными правилами") и предлагаемом, квазиестественном режимах приведены в таблице 1.

По разработанной наш модели переход к режиму работы оз. Байкал, приближенному к естественному, предполагает, что многолетнее регулирование стока Ангары в ее верхнем течении (т.е. приток к Иркутскому гидроузлу) будет осуществляться за счет естественной пропускной способности ее истока, что имело место до возведения гидроузла, т.е. искусственное управление притоком к Иркутскому гидроузлу в соответствии с потребностями водопользо-

обеспечен и ость, Vn

Рис.1. Крише ^ксиеченноети уровней сз.Байжал ь естественных условиях

И ':( fV'4\f4l'lv Ht'" t l'V -If-MÎM ÎI №'Т[.р'1

Таблица 1. Основные водохозяйственные и водноэнергетические показатели Иркутской ГЭС

Показатель Величина в рехшч

проежнол предлагаелол

1 *

Максимальный на конец месяца уровень

Байкала в расчетном ряду, м 457,44 457,06

Минимальный на конец месяца уровень

Байкала в расчетном ряду, м 455,54 455,06

Максимальный диапазон колебаний уров

ней Байкала в году, м 1,31 1,61

Минимальный диапазон колебаний уров-

ней Байкала в году, м 0,48 0,43

Максимальный диапазон колебаний уров

ней Байкала за многолетие, м 1,90 2.01

Обеспеченность по числу бесперебой-

ных месяцев среднемесячного (средне-

суточного) гарантированного навига-

ционного расхода воды 1500 м3/с, % 95 84

Среднемесячный (среднесуточный) рас-

ход воды в нижнем бьефе Иркутского

гидроузла за У-Х, мэ/с обеспеченнос-

тью 95% по числу бесперебойных меся-

цев 1500 1260

Обеспеченность по числу бесперебой-

ных месяцев гарантированного по ус-

ловиям работы водозаборов расхода

воды 1300 мэ/с, % 99 77

Расход воды в нижнем бьефе Иркутско-

го гидроузла, ма/с обеспеченностью 9< ?% 1300 830

Среднемногслетняя выработка электро-

энергии, млн.КВтч 4,0 3,9

Гарантированная мощность обеспечен-

ностью 95% по числу бесперебойных

месяцев, МВт 340 250

Обеспеченность по числу бесперебойных месяцев среднемесячной мощности

340 МВт, % 95 64,7

Мощность Иркутской ГЭС, МВт:

- установленная 660 660

- располагаемая в январе

обеспеченностью 95% 660 295

Г

т

2

3

вателей и водопотребителей будет практически исключено. При этом Функши управляемого многолетнего регулирования стока р.Ангары и межбассейнового компенсированного регулирования мощности Енисейских ГЭС будут возложены на Братское водохранилище. Уменьшение суммарного полезного объема водохранилищ многолетнего регулирования приведет к снижении регулирующей способности гидроузлов, а, следовательно, и к снижению регламентируемой в настоящее время "Основными правилами" гарантированной водо- и энергоотдачи как отдельных гидроузлов, так и каскада в целом. Вместе с тем, предлагаемый режим регулирования позволяет при сохранении естественного цикла наполнения и сработки оз.Байкал влиять на приток к Иркутскому гидроузлу в особо многоводные годы, обеспечивая безопасность расположенного в его нижнем бьефе г.Иркутска, что позволит ограничивать пропускную способность истока Ангары до требуемой величины при возникновении угрозы затопления города. В настоящей работе рассмотрен диапазон максимально допустимых расходов вода от проектного 6000 мэ/с до расхода, близкого к полной пропускной способности Иркутской ГЭС, равного 3500 м3/с (рис.2,3,4).

В основу разработанной математической модели, используемой при водохозяйственных и водноэнергетических расчетах режима работы Ангарского каскада ГЭС, положено уравнение водного баланса, которое отражает закон сохранения массы и в общем виде записывается для 3-го створа в 1-ом интервале времени как:

°нб31 = °пр31 " °отбЛ " евод51 ~ епотЛ' (3)

где <Зн(щ- расход воды в нижнем бьефе гидроузла, расположенного в 3-ом створе; приток к 3-му расчетному створу в 1-ом ра-

счетном интервале (расчетная величина); 0отб11- отбор воды выше

Рис. 2- Кривые обеспеченности уровней о*. Бай кат при его режиме, приближенном к естественному, и ограничении расхода воды в черте г.Иркутска

Условные обозначения:

(2)- при иаксимально допустимом расходе воды

в черте г.Ирку-гсха 6000 и-/с

О)- тоже при4500 и^/с

(3)- то же при 3500 мЗ/с

Рис"5' Ход уровня оз.Байкал при пропуске максимальных расходов воды вероятностью превышения 1%

Условные обозначения:

1 - при максимально допустимом расходс воды

в черте г-Ирхутсха 6000 м3Л

2 - го лее при 4500 м3/с

3 - то зее при 3500 и3/о

ЮССО.й

3

■ЗЛГП. ГН_

р. МО/С

СУ1-»

7000.

о ю

2 Ю О

■и О X о

о а_

I

а : 1 1 г-1 -- 1 1 1

1 №

-) 3 ,-й />

/

/ 11 к

3 ■■' А лК 1 1 1 (У

Гг^-л-Л. 1

3 I 1 3 ! ' 5 1 ! ГгН \ ■■ 1 1 1 1

пинт.» ТШП!!!!'!!!!;!:!:1!!) ТПНГГГТГГ ТПТТТ!Т7Т? : Г'П ГТ

6 ни

Рис. -у. Пропуск максимальных расходов воды вероятностью превышения 1% через Иркутский гидроузел при режиме работы оз. Байкал, приближенном к естественному

Усяозпые обозначения:

1 - пвдрограф притока к оэ.БаЯвм вероятностью превышения 1% 7 - гидрограф р.Ирхут вероятностью превышения 1% 3 - расходы воды в черте г.Иркутаса при ограничении до 6000 м3/с 4-тожедо4500и3/с 5 - то асе до 3500 м3/с

а.

3-го расчетного створа в 1-ом расчетном интервале для водохозяйственного комплекса; Оводд- расход воды в водохранилище, расположенном в З-ом створе (расчетная величина).

С другой стороны, расход воды в нижнем бьефе гидроузла состоит из трех слагаемых:

°нбЛ в °гэс31 " °х.сбр.31 " °фил.31 и)

где Чгэс-м- расход воды через турбины ГЭС, расположенной в .¡-ом створе; сбр ^ - расход воды холостого (помимо турбин) сброса воды; Офил.^ - потери воды на фильтрацию в обход подпорных со-оруженийГ"

Одновременно осуществляется расчет энергетических показателей ГЭС каскада - средаеинтервальной мощности и интервальной выработки электроэнергии. Водный баланс Иркутского гидроузла рассчитывается по (1).

В рамках главы подробно рассмотрены алгоритмические графы имитационной модели функционирования Ангарского каскада гидроузлов (рис.5), а результаты расчетов сведены в табл.2, которые показывают, что сработка Братского водохранилища для обеспечения суммарной гарантированной мощности Ангаро-Енисейского каскада 9300 МВт при снятии с Байкала управляющих функций, приводит к более раннему исчерпанию его многолетних ресурсов, что резко (на 800 МВт) уменьшает величину суммарной мощности с заявленной надежностью (95%).

На рис. 6 показаны кривые обеспеченности суммарной мощности ГЭС Ангаро-Енисейского каскада. Сопоставление кривых обеспеченности уровней воды в Братском водохранилище (рис.7) показывает, что при таком режиме имеет место снижение уровней воды в водохранилище, что скажется на условиях эксплуатации причалов на акватории самого водохранилища и на условиях обеспечения навигационных условий на Нижней Ангаре (рис.8).

В четвертом разделе рассмотрены результаты прогноза уроненного режима оз.Байкал при различных вариантах снижения НПУ Иркутского гидроузла. Параметры водохранилища по рассмотренным вариантам снижения НПУ приведены в табл. 3.

При анализе результатов расчетов исследовались: обеспечение проектных водо- и энергоотдачи Иркутского гидроузла и Ангарского каскада в целом, продолжительность работы Иркутской ГЭС при пониженных напорах, возможность участия Иркутской ГЭС в суточном регулировании мощности, соответствие рассматриваемых режимов

Ввод ксхояной гнфоркы."КИ

Я с т о

1 К М 1

Определяется сток череп исток Акгирм и уроненный режим сл Бийхал

Определяется сток через исток Ангары к уровениый режим еп Байкал

Ра*ч« всднсгэнерготичссюа

жжамтелеЛ Иркутской ГЭС

Расчет притока к Братской ГЭС

Оиредьтенио *одоовд*н Братского •одахрвдитоеда дя* обеспе» чегодк кзвигахдожикх условий на Нкзсксй Акгаре и оиредмиосс энергвтачеаоа БрвтсхойГЭС

х

Определение эпергоотяачи Усть-ИгслмскойГЭС

Определение величины раогода юям на воапосту Бсгучалы

Требования по обеспечению

навкганиониь« усюаий да

НнянеЙ Ангаре н А)

р1счгт вогтоэиергеггичесш« показателей ИрхутскоЙ ГЭС

Расчет приток* к Братской ГЭС

А.

Определение энерчэощгачк

БрхтскоЛ ГЭС в соиаецгаии с требованиям сксккы к о6е*ь-пвчеиоо суммарной гаракпфо-жикей жергосшпчи Ангар©-Енисейского касхада ГЭС и дкепотчероэтм грвфнхок

X

Определите эд^ергосшачи Устъ-ИлэыскойГЭС

.., г....... \ Определенно суммарной эиерго-оигачк Братской и Уса-Илимяо» ГЭС

)

Данные об эиергостлаче ИркутаиЛ ГЭС

Данные об Енисейских ГЭС

энергоотдаче

Требования к суммарной экергостяаче АмгарО'

Енисейского каскада

Результаты еодохочяйсгвеккьп к эодно-жергетн-чееккх расчетов по месячным интервалам времени

I

_*_

Статн»*п<ческая оСрабстхв результатов воло.хсояй-стэейных к вояноэнергетичесюсс расчетов

_I_

Печать результатов расчетов

Рис. 5 Графическая схема имитационной модели

Ы.Изш

Рис. 6 Кривые обеспеченности суммарной мощности ГЭС Ангасю- Енисейского касада

Условные обозначения:

1 - при суммарной гарантированной мощности Ангаро-Енисейского каскада 9800

МВт и работе каскада а соответствии с требованиями современных Осноных правил использования водных ресурсов водохранилищ Ангарского каскада ГЭС

2 - то же при режиме работы оз.Байкал, приближенном к естественному

3 - при суммарной гарантированной мощности Ангаро-Енисейского

каскада 9600 МВт и режиме работы оз.Байкал, приближенном к естественному

402.0

401.0

t. м

о. о 3-

¿00. о

333.0

5 397.0 : О

о. гл 396.0

335.0

7Э3.0

d d 1 - \ L

§ ч

I

d ч

j аГ

1 \

j \

а а -1

d 3

J ^КГТП.'Л шипи !) П11111 nifJJjJJi птиц л:н ¡¡г. 1 гиттгпл i !.'1Г!П!1

SO

70

P.%

100

Риа

; Кривые обеспеченности уровней воды Братского водохранилища за период навигации при режиме работы оз. Байкал, приближенном к естественному

Условные обозначения:

1 - при суммарной гзрангирогаиной мощности Ангвро-Енисейасаго хаекща

9800 МВт и работе каскада в сосггвстсгвяи с требованиями современных Осионьк правил иопсотьзоваиая водных ресурсов водохранилищ Ангарсюто каскада ГЭС

2 - то эсе при режиме работы оз.Байкал, приближением х естественному

} = при суииарюп гарантированной мощности Ангаро-Енисейсхого каскада 9600 МВт л режиме работы оз.Взйгал. приближенном к естественному

Рис. 8 Кривые обеспеченности летних расходов воды на конпрольном водпосгу Богучаны

Условные обозначения:

1 - при суммарной гарантированной мощности Акгаро-Енисейсхаго каскада

9800 МВт л работе каскада в соответствии с требованиями современных Осноных правил использования водных ресурсов водохранилищ Ангарсхого каскада ГЭС

2 - то хе прп режиме работы оз.Байкал, приближенном к естественному

3 - при суммарной гарантированной мшиоаи Ангаро-Ениссйдага сааяда 5600

МВт я режима ра&та оз.Байкал, приближенном к естественному

Таблиир 2. Основные показатели многолетнего режима работы Ангарского-каскада ГЭС

Показатель Значение поназатемг при режие Байкала

псоем-нол преолагаелсл при оил-ларной гарантии АЕ, каскада, мВт

9800 | 9ЫХ)

Обеспеченность навигационных условий на Братском водохранилище

(391,7 м) по числу бесперебойных

месяцев, % 94 92,7 76,3

Обеспеченность по числу беспере-

бойных месяцев суммарной гаранти-

рованной мощности ГЭС Аягаро-Ени-

сейского каскада, % 95 91,5 96,4

Суммарная гарантированная мощность

ГЭС Авгаро-Енисейского каскада 95%

обеспеченности, МВт 9800 9000 9600

Среднемноголетняя выработка

электроэнергии, млрд.КВтч:

- Иркутской ГЭС 4.0 3,866 3,866

- Братской ГЭС 22,5 22,454 22,593

- Усть-Илимской ГЭС 21,2 21,332 21,320

- Ангарского каскада 47,7 47,652 47,780

Объем воды за многолетие, посту-

пивший в нижний бьеф через тур-

бины, км3:

- Иркутской ГЭС 58,33 59,73 59,73

- Братской ГЭС 89,52 90,68 90,63

- Усть-Илимской ГЭС 98.93 99,55 99,48

естественному ходу уровня озера.

С понижением отметки НПУ и уменьшением полезного объема Байкала основные водохозяйственные и водноэнергетические показатели как Иркутской ГЭС, так и каскада в целом ухудшаются. При переходе от варианта к варианту средняя многолетняя выработка электроэнергии каскада уменьшается на 140...¿50 млн.КВтч, снижается обеспченность гарантированных расходов з нижнем бьефе Иркут-

Таблица 3. Проектные и расчетные параметры водохранилища Иркутской ГЗС

Р е ж и л работы Параметры, водограмииш

ИП7, л У МО, л Полезный объел войохранимт, кл

Базовый (проектный) 457" ,0 455,54 46,0/26,8*

Расчетный 456,3 455,54 39,7

456,6 455,54 33,4

456,4 455,54 27,1

Прилечаше: » - в знаменателе объем сезонной составляющей.

ского гидроузла и на Нижней Ангаре, увеличивается число случаев снижения уровней воды в Братском водохранилище до минимально допустимых по условиям навигации. Уровень оз.Байкал раньше и чаще достигает отметок, при которых'Иркутский гидроузел вынужден переходить на работу при уровне воды у плотины, сниженном до отметки 454,0 м для обеспечения полной пропускной способности истока Ангары, что приводит к понижению напоров и располагаемых мощностей ГЭС.

Приведенные результаты расчетов регулирования водных.ресурсов оз.Байкал получены в предположении сохранения современных требований к водоотдаче Иркутского водохрашшщаггарантированных расходов воды для обеспечения коммунального и промышленного водоснабжения ( 1300 мэ/с ), водного транспорта (1500 м3/с) и энергоотдачи Ангарского каскада ГЭС. Применительно к этим требованиям были разработаны условные диспетчерские правила, отражающие принципы регулирования полезного притока к озеру и позволяющие оценить га целесообразность.

В четвертой главе рассмотрены вопросы, связанные с решением методических и практических задач реконструкции берегозащитных сооружений на оз.Байкал при ограниченном регулировании его уро-венного режима.

Подробно рассмотрен опыт эксплуатации применяемых берегоукрепительных сооружений на Кругобайкальском участке ВСЯЩ до и после строительства Иркутского гидроузла.

На основе анализа состояния подводных ряжевых волноломов и эффективности их работы, восстановление этих сооружений не рекомендуется, производство ремонта существующих берегозащитных со-

ору;кений затруднено из-за подтопления Байкалом на глубину до 1,0 .,.1,5 м и требует больших затрат.

В главе также приведены методические вопроса обоснования берегозащитных мероприятий на оз.Байкал. При этом выделяются два принципиально возможных направления поиска инженерных решений берегозациты:

1. Снижение емкости вдолыЗереговых потоков наносов до реальной их мощности за счет искусственной трансформации волновой энергии на гидротехнических сооружениях различной конструкции.

2. Повышение реальной мощности вдолыЗереговых потоков наноса до их емкости за счет размыва волнением искусственно созданной я периодически восстанавливаемой береговой полосы.

Исходя из анализа мирового и отечественного опыта и состояния применяемых на оз.Байкал берегозащитных сооружений.в качестве основного природоохранного мероприятия для защиты берегов, земляного полотна железной дороги и существующих берегоукрепительных сооружений, почти повсеместно требующих ремонтновос-становительных работ, рекомендуется в сосредоточить максимум усилий на строительстве искусственных каменистых пляжей - волно-гасяшх берм из несортированной горной массы, разработанной в Черноморском отделении ЦНММС. Предаарителные расчеты по определении параметров сооружений - волногасящих берм из несортированной горной массы при переходе уровенного режима оз.Байкал, приближенному к естественному показывают значительное сокращение затрат на берегозащитные мероприятия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные исследования влияния регулируемого уровенного режима оз.Байкал на природно-хозяйственную ситуации прибрежной зоны озера и на режим работы Ангарского каскада ГЭС выявили возможность эксплуатации Иркутского гидроузла при уровенном режиме Байкала, максимально приближенном к естественному, при котором уменьшаются негативные последствия от повышения уровня озера.

Основные результаты работы, которые представляют предмет зашиты, сводятся к следующему:

1. Многолетние колебания элементов водного баланса оз.Байкал, регламентированные существующими "Основными правилами", з основном соответствуют изменчивости естественного уровня озера. Подпор от плотины Иркутской ГЭС солее существенно отразился на

внутригодовом распределении стока из озера. При этом увеличилась продолжительность стояния максимума осень», что оказывает наибольшее негативное влияние на экосистему Байкала и природно-хо-зяйственную ситуацию прибрежной зоны.

2. Уменьшение допустимого максимального расхода воды з нижнем бьефе Иркутского гидроузла с 6СС0мэ/с по действующим "Основным правилам" до 3500...¿000 мэ/с с целью защиты г.Иркутска от затопления вызывает частые и продолжительные подъемы уровня оз. Байкал над НПУ 457,0 м (ТС), не предусмотренные проектом Иркутской ГЭС,что влечет, в конечном счете, негативные социально-экономические последствия.

3. Перестройка уровенного режима Байкала стала основным фактором негативного воздействия Иркутской ГЭС на экосистему озера, а также на природу и хозяйство его побережья.

Форсяровка уровня озера выше НПУ и искусственное увеличение продолжительности стояния осеннего максимума усугубляют состояние природно-хозяйетвеяной обстановки прибрежной зоны озера. Поэтому экологические требования долины предъявляться к сезонным колебаниям уровней, которые необходимо максимально приблизить к естественным. По социально-экономическим критериям максимальный уровень не должен превышать отметку 457,0 м (ТС).

4. Наибольшее соответствие внутригодовых и многолетних колебаний уровня оз.Байкал естественным колебаниям при наличии Иркутского гидроузла может быть достигнуто при максимальном уменьшении влияния подпора от плотины на пропускную способность истока Ангары. При этом функции управления многолетним регулированием стока р.Ангары и межбассейновым компенсированным регулированием мощности Енисейских ГЭС будут возложены на Братское водохранилище, что в итоге приведет к снижению гарантированной мощности ГЭС Ангаро-Енисейского каскада на 200 МВт.

5. Уничтожение природных галечных пляжей в результате строительства Иркутской ГЭС и повышения уровня оз. Байкал привело к массовому применению бетонных берегозащитных сооружений, особенно на всем протяжении Кругобайкальского участка ЗСЖЦ. В услозиях превышения отметки НПУ 457,0 м (ТС) защита земляного полотна этими сооружениями от размывов не гарантируется,так как в результате истачивания галькой, ударов золн, зимнего замораживания и весеннего размораживания до 40% сооружений находятся в аварийном состоянии.

Поэтому для защиты берегов, земляного полотна железной до-

рога и существующих берегоукрепительных сооружений в ближайшё! перспективе рекомендуется сосредоточить усилия на строительств! искусственных каменистых пляжей из несортированной горной масс! и крупновалукного аллювия, что обеспечит восстановление экологического равновесия на берегах я природного берегового ландшафта

Предварительные расчеты но определению парзметроз берегоз; ¡цитяых сооружений - волнсгэсяпих берм из несортированной горно! массы в условиях предлагаемого уровенного режима оз.Байкал показывают на существенное снижение объемов берегозащитных работ.

Основные положения и содержание работы излскены в следугад публикациях:

а) Монографии:

1. Проблемы охраны озера Байкал и природопользования в Ба1 кальском регионе. Ежегодный доклад Правительственной комиссш по Байкалу за '1993 год/ М.:Гидрометеояздат, 1994- 4,1 п.л. (в соавторстве) .

2. Проблемы охраны озера Байкал и природопользования в Ба{ кальском регионе в 1994 г. Ежегодный доклад Празительственно{ комиссии по Байкалу / М.: Изд.центр "Метеорология и гидрология",

1995. 5,3 п.л. (в соавторстве).

3. Проблемы охрани озера Байкал и природопользования в Ба! кальском регионе в 1995 г. Ежегодный доклад Правительственно! комиссии по Байкалу / м.: Изд.центр "Метеорология и гидрология",

1996. 5,3 п.л. (в соавторстве).

4. Бурятия: природные ресурсы./ Улан-Удэ, Мзд-во БГУ, 199£ 10 п.л. (в соавторстве).

б) статьи:

5. Водные ресурсы бассейна р.Уды: формирование, водохозя? ственный баланс и экологическое состояние //Материалы Всероссийского совещания по Байкалу. Байкальск, 1995. 0,3 п.л. (в соавторстве)..

6. Проблемы эколого-экокомического обоснования рациональнс го использования водных ресурсов оз.Байкал в целях гидроэнергетики // Жидкость: проблемы и решения. (Мат-лы'П регион, конф.). Улан-Удэ, БЫ СО РАК. 1996. 0,2 П.Л.