CC BY
49
УДК 528.482.3
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ КРУПНЕЙШИХ ПЛОТИН МИРА
Наталья Николаевна Кобелева
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, старший преподаватель кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (383)343-29-11, e-mail: [email protected]
Современные ГЭС - это самые крупные сооружения на планете и их влияние на природу, и окружающий ландшафт наиболее существенно. В статье рассмотрена классификация гидротехнических сооружений по условиям использования. Дан анализ состояния 20 крупнейших плотин мира.
Ключевые слова: гидротехнические сооружения, классификация ГТС, плотина, крупнейшие плотины мира.
ASSESSMENT OF WORLD'S LARGEST DAMS CONDITION
Natalia N. Kobeleva
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., a senior lecturer in physical geodesy and remote sensing, tel. (383)343-29-11, e-mail: [email protected]
Modern hydroelectric power stations are the largest constructions on the planet and their influence on the nature, and a surrounding landscape most significantly. In article classification of hydraulic engineering constructions under the terms of use is considered. The analysis of a condition of 20 largest dams of the world is given.
Key words: hydraulic engineering constructions, classification GTS, dam, the largest dams of the world.
Издавна человек пытался строить гидротехнические сооружения, так как во многих районах земного шара в силу временных условий (паводки, разливы, наводнения и др.) невозможно было обойтись без трансформации стока рек [1]. Еще в XXIII в. до н.э. в Китае инженер Юй предложил первые проекты по регулированию и углублению русла рек, а также способы очистки и прокладки водоотводных каналов. На Ближнем Востоке уже несколько тысяч лет назад начинали выстраивать небольшие плотинные «стеночки», а сегодня это дамбы - огромные и мощнейшие сооружения, которые выполняют целый ряд задач, таких как временное удержание воды, разделение акваторий на функционально различные части, защита территорий от затопления и других целей, а для их построения требуются годы.
Гидротехнические сооружения (ГТС) по условиям использования подразделяются на [2] постоянные и временные. Постоянные, в свою очередь, подразделяются на основные и второстепенные сооружения. С точки зрения экологов наибольший вред окружающей среде и народному хозяйству наносят основные ГТС - плотины дамбы, берегоукрепительные и оградительные сооружения, водоприемники и водозаборы и другие виды сооружений, повреждение или разрушение которых ведет к нарушению нормальной работы ГЭС, затоплению и
подтоплению территорий, прекращению деятельности судостроительных заводов, речных портов, прекращению или уменьшению подачи воды для водоснабжения населения и орошения и другие неблагоприятные явления.
Одним из крупнейших гидротехнических сооружений является плотина, как объект, возводимый на пути водного потока для поднятия естественного уровня воды. Данный вид сооружений позволяет извлекать максимальную пользу от действия водной стихии. Современные ГЭС - это самые крупные сооружения на планете и их влияние на природу и окружающий ландшафт наиболее существенно. Удар ГЭС по экологии нашей планеты, несомненно, является очень болезненным, однако, по мнению большинства энергетиков (и правительства) - это справедливая цена за полученное электричество. Как же выглядят нынешние 20 самых высоких плотин мира?
Например, Токтогульская ГЭС, построенная в 1975 году, является наиболее крупной и значимой электростанцией, вырабатывающей до 40% электроэнергии в республике Кыргызстан (рис. 1).
Эта плотина одновременно и ГЭС и источник орошения. Она расположена на реке Нарын в Джалал-абадской области [3]. Токтогульское водохранилище высотой 215 м, объёмом 19,5 км3 и длиной 65 км является крупнейшим водохранилищем не только в Кыргызстане, но и во всей Центральной Азии. Его площадь составляет 284 км2, а средняя глубина около 215 м. Значение Токто-гульского водохранилища для гидроэнергетической отрасли страны поистине бесценно: здесь расположены две мощные ГЭС - Токтогульская и Курпсайская.
Водохранилище состоит из узкого долинного участка непосредственно выше плотины и удлинённого озеровидного расширения (до 12 км) в Кетмень-Тюбинской котловине. Заполнение началось в 1973 году. Осуществляет многолетнее регулирование стока. Проектное колебание уровня бьефа до 63 м. Создано для нужд энергетики и ирригации; строилось водохранилище более 10 лет.
ГЭС Лунтань - компактная бетонная плотина на реке Хоншуйхэ в Китае [3,4]. Её высота 216,5 м; запущена в 2009 году (рис. 2).
Рис. 1. Токтогульская ГЭС Рис. 2. ГЭС Лунтань
ГЭС является важным строительным объектом в плане масштабного освоения западного Китая. Гидроэлектростанция Лунтань находится в Гуанси-
Чжуанском автономном районе на Юго-Западе Китая. Общая мощность ее агрегатов составляет 6,3 миллионов киловатт-часов электроэнергии. В год она вырабатывает 18,7 миллиардов киловатт- часов электроэнергии.
Плотина (ГЭС) Сяовань - расположена на крупнейшей реке Юго-Восточной Азии - Меконге, текущей по территории Китая, Мьянмы, Таиланда, Лаоса, Камбоджи, Вьетнама (рис. 3).
Рис. 3. ГЭС Сяовань
Строительство плотины завершено в марте 2010 года, а пуск последнего гидроагрегата состоялся в 2013 году [4,5]. Сяовань представляет собой арочную плотину высотой 292 м с проектной мощностью ГЭС - 4,2 миллионов киловатт-часов, среднегодовая выработка - 19 миллиардов киловатт-часов электроэнергии. Основное предназначение арочной плотины - это выработка электроэнергии.
Плотина Глен-Каньон расположена в штате Аризона, в ущелье Гранд-Каньон [3] - в районе весьма живописных ущелий. По решению Конгресса США в 1956 году была построена дамба для создания запасов воды реки Колорадо, а теперь благодаря плотине Глен-Каньон появилось второе по величине искусственное озеро в США, разлившееся перед запрудой, названное Lake Powell (озеро Пауэлл). Строительство плотины было организовано ради него, а производство электроэнергии - всего лишь побочное следствие создания этого красивого водохранилища Высота дамбы - 178 м над уровнем реки Колорадо. Общая мощность гидроагрегатов, установленных в машинном отделении, составляет 1,3 миллионов ватт-часов электроэнергии.
Плотина Дворжак - высотой 219 м является третьей по высоте гравитационной плотиной в Соединенных Штатах и самой высокой строго вертикальной бетонной плотиной в Западном полушарии [5]. К созданию этой плотины приступили в 1966 году, и уже через 6 лет в 1973 она была пущена в эксплуатацию. Плотина образует водохранилище длиною более 80 км.
Плотина Контра, расположенная в Швейцарии, является достопримечательностью государственного масштаба [3,5]. Это уникальное архитектурное сооружение (фактически ГЭС) также известно под названиями дамба Верзаска или дамба Локарно. На возведение дамбы было потрачено более четырех лет, а ее строительство было завершено в 1965 году. Сама же Контра - это арочная плотина над швейцарской рекой Верзаска, высота которой составляет 220 м.
Плотина Гувера - одна из крупнейших гидроэлектростанций страны, построена на границе двух штатов - Невады и Аризоны, в которых действуют разные часовые пояса. Когда-то её называли плотиной Боулдера [4,5]. Нынче же плотина Гувера - это бетонное рукотворное чудо архитектуры, расположенное в Черном каньоне реки Колорадо мощностью 2,1 миллионов киловатт-часов электроэнергии. Это самая высокая дамба в Западном полушарии; высота плотины над уровнем реки Колорадо - 221 м. 17 мощных генераторов производят 4 миллиарда киловатт-часов энергии в год. Содержание и обслуживание плотины Гувера полностью окупается за счет продажи энергии и денег от туристов из многих стран.
Плотина Луццоне, построена в 1963 году в Швейцарии [5], известна своей самой высокой в мире искусственной стеной на одной из ее сторон. Достигает 225 м в высоту, объем водохранилища составляет 87 миллионов м3.
Плотина Бхакра одно из крупнейших комплексных гидроэнергетических сооружений Индии. Эта бетонная гравитационная плотина на реке Сатледж находится недалеко от границы между штатами Пенджаб и Химачал-Прадеш [3,5]. Построена в 1963 году, имеет важное значение для развития сельского хозяйства и промышленности на равнинах верхнего Ганга, Пенджаба и северной части Раджастхана, где имеются плодородные, но засушливые почвы. Достигает 226 м в высоту, объем водохранилища составляет 9870 миллионов м3.
Плотина Карун-4 - расположена на реке Карун на юго-западной части Ирана [4,5]. Это 230 м арочная бетонная плотина является самой высокой плотиной в Иране. Ширина плотины по гребню - 440 м, объем водохранилища 2,2 км3. Мощность ГЭС 1 миллион киловатт-часов электроэнергии (4 гидроагрегата по 250 000 киловатт часов). Это очень мощная арочная плотина, задачей которой является электроснабжение и борьба с наводнениями в республике.
Плотина Шибуйя построена в 2008 году в Китае [3,4]. Она работает не только как ГЭС, но и как сооружение для предотвращения наводнений, также её используют для навигации, туризма и рыболовства. Достигает 233 м в высоту, объем водохранилища составляет 4580 м3.
Чиркейская ГЭС расположена на реке Сулак в Республике Дагестан [3,4]. Она построена в сейсмически активном районе, в сложных геологических условиях. Строительство было начато в 1964 году, а последний четвертый агрегат ввели в работу 1976 году (рис. 4).
Рис. 4. Чиркейская ГЭС Это самая крупная ГЭС на Северном Кавказе и самая высокая российская -232,5 м. Она построена в узком Чиркейском ущелье. Установленная мощность
ГЭС - 1 миллион киловатт-часов электроэнергии, среднегодовая выработка 2,47 миллиарда киловатт. Чиркейская ГЭС, учитывая её маневренные возможности, стала основной регулирующей станцией в Объединенной энергосистеме Юга России.
Плотина Эль Кахон - это гигантский строительный проект [4,5]. Официальное название данного сооружения звучит как Центральная гидроэлектростанция им. Франциско Моразана. Дамба расположена в Западном Гондурасе на реке Сантьяго в Мексике. Её высота составляет 226 м, а длина - 282 м. Суммарная мощность электростанции составляет 0,7 киловатт-часов электроэнергии. Уникальность ГЭС состоит в том, что она имеет самую высокую каменно-набросную с железобетонным противофильтрационным экраном плотину в мире.
Плотина Оровилл расположена на реке Фитер (приток реки Сакраменто) в штате Калифорния (США) [3,5]. Построена в 1961-68 годах. Земляная насыпная дамба высотой 235 м является самой высокой в США; объем водохранилища составляет 4299 миллионов м3. Основная задача - это обеспечение водоснабжения населения и борьба с наводнениями, а также попутная выработка электроэнергии.
Плотина Эртан - арочная плотина высотой 240 м, расположена на реке Ялонг, притоке Янцзы (провинция Сычуань, юго-запад Китая). Объем водохранилища составляет 5800 миллионов м3[5].
Саяно-Шушенская ГЭС - уникальная арочно-гравитационная плотина -это крупнейшая ГЭС в России и шестая по величине в мире. Плотина выстроена на реке Енисей возле города Саяногорска (рис. 5).
Рис. 5. Саяно-Шушенская ГЭС
Конструкция плотины не имеет аналогов в мировой и отечественной практике. Высота сооружения 242 м, длина по гребню 1074,4 м, ширина по основанию - 105,7 м и по гребню - 25 м. Плотина очерчена по напорной грани радиусом 600 м. Эксплуатационный водосброс предназначен для сброса избыточного притока воды в половодье и паводки, который не может быть пропущен через гидроагрегаты ГЭС, либо аккумулирован в водохранилище.
Плотина Мика, расположенная в Канаде на реке Колумбия, тоже входит в число величайших архитектурных сооружений [4]. Она имеет высоту 243 м.
В результате строительства плотины образовалось невероятно красивое озеро Кинбэскет, которое выглядит настолько безупречно, что его совершенно не хочется считать искусственным. Цель строительства была единственной - дамбу строили для генерации электроэнергии, но со временем постройка внушительных размеров начала привлекать любопытных туристов со всех стран.
Плотина Деринер находится на реке Чорох в 5 км восточнее от турецкого города Артвин [5]. Плотина ГЭС Деринер - бетонная арочная, высотой 249 м и длиной по гребню 720 м. Это самая высокая плотина в Турции; выше, чем самая высокая плотина в России (Саяно-Шушенская), но в мировом рейтинге она не входит даже в первую десятку.
Плотина Лаксива - арочная плотина Лаксива высотой 250 м, расположена на реке Хуанхэ в провинции Цинхай (северо-запад Китая) [3].
Плотина Мовуазен высотой 250 м, живописно смотрится на фоне горы Мон Блан де Шейлон [3,4]. По высоте эта вторая плотина в Швейцарии и 8-я в мире. Первоначальная высота плотины была 237 м. В 1991 году надстроили еще 13 м, причиной тому стала потребность в увеличении объема водохранилища в зимний период. Благодаря этой плотине в швейцарских Альпах появилось озеро Мовуазен. Оно является одним из крупнейших водохранилищ в Швейцарии. Помимо выработки электроэнергии, плотина служит для контроля паводков, предотвращая наводнения.
Обобщая вышесказанное, отметим, что на сегодняшний день гидроэлектростанции - это комплекс сложных гидротехнических сооружений и оборудования, которые играют важнейшую роль в предотвращении наводнений, стихийных катастроф, а также выработке электроэнергии [6,7]. Важнейшим гидротехническим сооружением является плотина. Мы рассмотрели только двадцать самых высоких плотин мира, спроектированные человеком.
Одними из главных и незаменимых видов натурных наблюдений за состоянием плотин являются геодезические исследования гидротехнических сооружений [8-9]. Они направлены на решение трех взаимосвязанных проблем: наблюдение за процессами перемещений точек сооружений, анализ результатов наблюдений и прогнозирование процессов перемещений наблюдаемых точек. В настоящее время геодезические исследования развиваются и совершенствуются в большей степени в части повышения оперативности и точности наблюдений, тогда как анализу и, особенно, прогнозированию уделяется в них недостаточное внимание.
Процесс построения прогнозных моделей для изучения процесса перемещений высоких плотин начинается с тщательного изучения природы и структуры объекта исследования, чтобы правильно сориентироваться в характере проявления причинно-следственных связей, которые присущи изучаемому процессу исследования [10-15]. И только в результате анализа этих связей имеется возможность грамотно выбрать качественную форму и метод математического описания исследуемого процесса, определить необходимые объемы и точность наблюдений, выработать тщательную методику прогнозирования и пути эффективного использования конечных результатов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гидротехнические сооружения / Л. Н. Рассказов, В. Г. Орехов, Н. А. Анискин,
B. В. Малаханов, А. С. Бестужева, М. П. Саинов, П. В. Солдатов, В. В. Толстиков. - Часть 1. Учебник для вузов. - Москва: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008. - 576 с.
2. Гидротехнические сооружения / А. Г. Беспалов, А. Л. Сальников, О. Н. Беспалова,
C. А. Давыдова : учебное пособие. - М.: КНОРУС; Астрахань: АГУ, ИД «Астраханский университет», 2016.- 94 с.
3. Самые высокие дамбы мира [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.fresher.ru/2013/06/23/samye-vysokie-damby-mira/
4. РусГидро [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://blog.rushydro.ru/
5. Самые высокие плотины мира [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://iformatsiya.ru/samyy-bolshoy/860-samye-vysokie-plotiny-v-mire.html
6. Методика определения критериев безопасности гидротехнических сооружений // РД 153-34.2-21.342-00. М.: РАО «ЕЭС России». - 2001. - 22 с.
7. Вульфович Н. А., Гордон Л. А., Стефаненко Н.И. Арочно-гравитационная плотина Саяно-Шушенской ГЭС (Оценка технического состояния по данным натурных наблюдений) // Известия Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им. Б. Е. Веденеева. - СПб., 2012. - 204 с.
8. Гуляев Ю. П., Хорошилов В. С. Математическое моделирование. Анализ и прогнозирование деформаций сооружений по геодезическим данным на основе кинематической модели : учеб. пособие. - Новосибирск : СГГА, 2012. - 93 с.
9. Гуляев Ю. П., Хорошилов В. С., Лисицкий Д. В. О корректном подходе к математическому моделированию деформационных процессов инженерных сооружений по геодезическим данным // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2014. - № 4/С. - С. 22-30.
10. Гуляев Ю. П., Хорошилов В. С. Математическое моделирование. Прогнозирование деформаций сооружений гидроузлов по геодезическим данным (динамическая модель) : учеб. пособие. - Новосибирск : СГГА, 2014. - 78 с.
11. Хорошилов В. С., Павловская О. Г. Математическое моделирование оползневых процессов по геодезическим данным в условиях проведения взрывных работ и вывоза грунта // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2014. Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 8-18 апреля 2014 г.). - Новосибирск : СГГА, 2014. Т. 1. - С. 156-161.
12. V. Khoroshilov, O. Pavlovskaya. Special Aspects of Mathematical Landslide Processes Modeling by Geodetic Data during Blasting Operations and Transportation of Big Soil Masses // International Workshop, 14-15 April 2014. Novosibirsk, Russian Federation. - 2014. - Р.123-126
13. Гуляев Ю. П., Хорошилов В. С., Кобелева Н. Н. Построение прогнозной математической модели процесса перемещений плотины Саяно-Шушенской ГЭС (2004-2007 гг.) // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2015. - № 4. - С. 16-20.
14. Прогнозирование процесса перемещений плотины Саяно-Шушенской ГЭС на этапе эксплуатации 2007-2009 годов / Ю. П. Гуляев, В. С. Хорошилов, Д. В. Лисицкий, Н. Н. Кобелева // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2015. - № 5/С. - С. 23-28.
15. Кобелева Н. Н., Хорошилов В. С. Построение прогнозной математической модели процесса перемещений плотины Саяно-Шушенской ГЭС // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2015. XI Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 13-25 апреля 2015 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2015. Т. 1. - С. 214-220.
© Н. Н. Кобелева, 2017
