Водозаборный узел Верхнебалкарской МГЭС: проектные решения и охрана окружающей среды

ВОДОЗАБОРНЫЙ УЗЕЛ ВЕРХНЕБАЛКАРСКОЙ МГЭС: ПРОЕКТНЫЕ РЕШЕНИЯ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.

Рубин О.Д., Батранюк Г.Н.

ЗАО «Инженерный центр сооружений, конструкций и технологий в энергетике».

Кульбаев А.В.

Кабардино-Балкарский филиал ОАО «РусГидро».

Волшаник В.В.

МГСУ

Верехнебалкарская МГЭС деривационного типа проектируется на р. Черек-Бал-карский в Кабардино-Балкарии. Установленная мощность станции - 14,8 МВт, средне-многолетняя выфаботка электроэнергии - 76 млн. кВт*ч.

В состав сооружений МГЭС входят:

- водозаборный гидроузел (ВГУ),

- напорный деривационный трубопровод в траншее,

- здание станции с отводящим каналом и повышающей подстанцией.

Створ ВГУ находится в 9 км выше по течению от с. Верхняя Балкария. Длина деривации - 5,8 км. Здание станции - в 3,3 км от села.

ВГУ является ключевым сооружением в составе деривационной МГЭС, от работы которого в значительной степени зависит техническая и экологическая безопасность всего гидроэнергетического объекта.

Конструкция и параметры ВГУ определяются его функциональным назначением и особенностями природных условий речного бассейна.

Для оценки современно состояния природной среды в районе предполагаемого строительства Верхнебалкарской МГЭС с 2007 г. проводятся комплексные исследования по специальной программе.

Черек-Балкарский - типично горная река с большими скоростями течения, половодьем в теплое время года и довольно устойчивой меженью в осенне-зимний период. Некоторые ее характеристики даны в таблице 1.

Таблица 1

Характеристики реки Черек-Балкарский

Гидропост Длина км Площадь водосбора км2 Средняя высота водосбора м Лесистость % Ледники % Модуль стока л/с*км2 Среднегодовой расход воды, 95% м3/с

с.Бабугент 51 695 2590 5 20 31,6 26,25

Бурное течение реки препятствует ее промерзанию в зимнее время, способствует образованию шуги.

Река характеризуется высоким качеством воды. По уровню развития гидробионтов относится к олиготрофному типу. Основой ихтиофауны является такой ценный вид рыб, как ручьевая форель. Это наиболее уязвимый компонент водной экосистемы.

Следует отметить, что до зарегулирования р. Терек форель совершала дальние миграции вверх по течению, в том числе и в р. Черек-Балкарский. После постройки ряда плотин доступ рыбы к средним и верхним участкам бассейна Терека прекратился.

Рыбопродуктивность р. Черек-Балкарский в настоящее время невелика и составляет 30 кг/га. Средняя численность молоди форели в створе водозабора МГЭС - 9 экз. на 1000 м3.

Рельеф района размещения станции - сильно пересеченный. На участке деривации длиной ~ 6 км река имеет естественное падение высоты в 212 м.

Коренными породами на участке основных сооружений МГЭС являются скальные и полускальные грунты изверженных пород гранитоидов разных геологических формаций среднепалеозойской системы, кристаллические сланцы девонской системы и мета-морфизированные кварцево-биотитовые сланцы, кварциты, песчаники нижнего и среднего отделов каменноугольной системы, глинистые сланцы, песчаники и порфириты плинсбахского яруса нижнего отдела юрской системы.

Согласно данным инженерно-геологических изысканий в районе строительства МГЭС, на участке ВГУ преобладают крупнообломочные флювиогляциальные и аллю-виально-пролювиальные отложения, по бортам делювиальные и коллювиальные отложения: валунно-галечниковые грунты с песчано-гравийным заполнителем до 30%, с крупными валунами, достигающими в диаметре 3,0 м. Обломки окатаны в пределах русла реки и надпойменных террас, по бортам - обломки угловатые и представлены магматическими и метаморфическими породами. Вскрытая мощность отложений в данном районе, по результатам бурения, 10,0 м.

В бассейне проявляются такие опасные геодинамические явления, как сели, оползни, лавины и т.п. Выявлены места их локализации.

Так, в 200м выше створа ВГУ с левого берега р. Черек-Балкарский впадает селенос-ная р. Саулдарсу, конус выноса которой оттесняет русло реки к скальному выступу на правом берегу. Длина русла р. Саулдарсу составляет 4,5 км. Водокаменные сели дождевого генезиса объёмом до 50 тыс. м3 сходят по ней с повторяемостью один раз в 4 - 25 лет.

Сейсмичность изучаемого района - 9 баллов.

Район предполагаемого строительства МГЭС по ботанико-географическому районированию входит в зону высокогорных широколиственных лесов Большого Кавказа.

Почвы в зоне строительства относятся к аллювиальному типу (горно-луговые и горно-лесные бурые), носят эрозионный характер.

Площадка строительства располагается вблизи границ Кабардино-Балкарского высокогорного заповедника. Почвенно-растительный покров и животный мир вне границ заповедника испытывают многолетнее воздействие экстенсивного хозяйствования.

В целом экологическое состояние района строительства оценивается нами как удовлетворительное и достаточно стабильное.

Исходя из назначения ВГУ и геоэкологических особенностей района его размещения, сформулируем основные требования к его компоновке и конструктивным решениям.

Узел должен обеспечить:

- гарантированное поступление воды на станцию в течение всего года,

- безаварийный пропуск высоких паводков,

- защиту деривационной системы от наносов, шуги и льда,

- защиту ихтиофауны,

- санитарный попуск в нижний бьеф.

В соответствии с этими требованиями определен следующий состав сооружений ВГУ:

- каменно-земляная плотина высотой до 12 м и длиной - 68 м, создающая подпорный бьеф на реке (100*100 м);

- шлюз-регулятор, состоящий из оголовка паводкового водосброса и водозаборного сооружения с рыбозащитным устройством и отстойником;

- водоприемник;

- рыбоход;

- канал отвода селевых масс, разгрузка которых возможна по р. Саулдарсу с автоматическим водосбросом.

Подпорный уровень ВГУ составляет 1370,0 м, форсированный - 1371,0 м.

Бетонные сооружения ВГУ размещаются в пределах поймы и первой надпойменной террасы р. Черек-Балкарский, а плотина - в русле реки на отметке дна 1364 м.

Проектом принята каменно-земляная плотина из гравийно-галечникового грунта и валунов с суглинистым экраном и понуром.

Паводковый водосброс представляет собой двухпролетный водослив с широким порогом шириной пролета 4 м. Сопряжение с нижним бьефом проектируется через консольный сброс.

Водосброс, перекрываемый сегментными затворами, обеспечивает пропуск паводковых расходов воды, попуски воды в нижний бьеф, шугомусоросброс и промыв отложившихся в верхнем бьефе перед водозабором наносов.

Удаление наносов перед порогом водозабора осуществляется путем создания высоких придонных скоростей воды за счет подъема сегментных затворов в периоды, приуроченные к пропуску паводков.

Водозаборное сооружение проектируется с двумя водозаборными отверстиями шириной 2 м. Порог водозаборных отверстий расположен на 2 м выше отметки порога водослива водосброса, что препятствует попаданию влекомых наносов в водозабор.

Работа затворов водозабора производится в автоматическом и ручном режимах. В оголовке водозаборного сооружения предусматриваются также аварийные затворы.

Водоприемник МГЭС размещается в конце отстойника и выполняется с двумя водоприемными отверстиями. Расчетная водозаборная способность каждого пролета равна 5,0 м3/с

Удержание горизонта воды в отстойнике на отметке НПУ во время полной или частичной остановки работы МГЭС регулируется автоматической работой водосброса, устраиваемого в левой стенке отстойника. Отметка порога водослива автоматического водосброса равна 1370,1 м, длина водосливного фронта 14 м, максимальная пропускная способность при ФПУ равна 20 м3/с.

Деривационный трубопровод МГЭС проектируется из трубы диаметром 2,0 м и толщиной стенок от 10 до 32 мм. Трубопровод прокладывается в траншее глубиной от 2 до 4,5 м с обратной засыпкой грунта.

Основные параметры ВГУ Верхнебалкарской МГЭС приведены в таблице 2.

Класс сооруженийШВ ТЭО (проекте) предусматривается компактное размещение сооружений ВГУ. Площадь постоянного землеотвода под него не превысит 0,6 га, на период строительства потребуется 0,7 га. Минимален объем лесосводки - требуется удалить лишь несколько деревьев и кустарников. Плодородный слой почвы снимается со стройплощадки, а в дальнейшем после завершения работ используется для рекультивации.

Таблица 2

Параметры водозаборного гидроузла

№ Наименование параметров Единицы Величина

п.п. измерения параметра

1 Объем стока и расхода: - среднемноголетний - отбираемый при макс. расходе - 9,6 м3/с млн. м3 369,0 165,7

2 Расход водозабора: - летне-весенний (макс.) - зимний (мин.) м3/с 9,6 0,82

3 Максимальные расходы воды: - расчетные 3% - расчетные 1% - расчетные 0,5% м3/с 86,8 159,9 235,3

4 Среднемноголетний твердый сток, в т. ч. - взвешенных, - влекомых тыс.м3/год 350,0 280,0 70,0

5 Класс сооружений III

Такой подход существенно ограничивает техногенное воздействие на прибрежные экосистемы, хотя полностью избежать ущербов растительности (утрата под сооружениями) и объектам животного мира (утрата под сооружениями, действие отпугивающего фактора) не удается. В соответствии с действующим законодательством ущербы будут компенсированы соответствующими выплатами.

Выполненные нами прогнозные расчеты, сравнение с объектами-аналогами, экспертные оценки показали, что строительство ВГУ в такой компоновке не приведет к сколь-либо заметным изменениям местного климата, состава воздушных масс, геологических и гидрогеологических условий. Поэтому в районе размещения узла не ожидается изменения почвенно-растительного покрова и условий обитания животных, за исключением участков под ее сооружениями.

Воздействие строительного периода на окружающую среду будет непродолжительным и ограниченным по масштабу (21 месяц, 12 единиц техники, 60-100 строителей).

Заметным изменениям будет подвергаться водная среда. Согласно прогнозным расчетам улучшение качества воды ожидается в зоне подпора, некоторое снижение - на участке деривации. Однако превышений ПДК не прогнозируется ни по одному показателю. Ниже здания станции после водовыпуска показатели будут отвечать нормативным требованиям.

Существенно воздействие МГЭС на водную биоту. Оно выражается:

- в снижении рыбопродуктивности участка реки между ВГУ и зданием МГЭС;

- гибели части планктона, кормовых организмов при попадании в ВГУ, деривационную систему, прохождении турбин МГЭС;

- нарушении миграционных путей рыб, кормовых, нагульных, нерестовых зон.

Ущерб рыбным запасам, если не принимать никаких мер, может составить 22,9т в

Разработанный для ВГУ Верхнебалкарской МГЭС рыбоохранный комплекс1 включает в себя:

- водоструйное устройство «Объемный гидравлический экран» на водозаборе, препятствующее попаданию рыб в тракты станции;

- систему искусственных рифов, устанавливаемых в зоне подпора и выполняющих функцию рыбообитаемых убежищ;

- лестничный рыбоход через плотину, обеспечивающий пополнение генофонда форели в верхнем бьефе за счет рыб, поднимающихся из низовьев реки.

Рыбоохранный комплекс обеспечивает защиту свыше 70% молоди рыб размером до 15 мм, что соответствует нормативным требованиям.

Отметим, что образование зоны подпора создаст благоприятные условия для околоводных животных и птиц. Можно ожидать некоторого роста их численности на участке ВГУ.

Природоохранным целям также служат благоустройство и озеленение стройплощадки по завершению работ, устройство на ней ливневой канализации, установление водоохранной зоны.

При условии выполнения предусмотренных природоохранных мероприятий ВГУ Верхнебалкарской МГЭС будет соответствовать требованиям экологической безопасно-

Статья представлена Редакционным советом Вестника МГСУ

[1] Разработчики - Филлипов Г.Г., Иванов А.В. (Институт «Гидропроект»).