10884

регулировании стока [441]. При том, что для покрытия пиковой мощности, которой начинает недоставать в европейской части страны, специально строится Загорская ГАЭС-2 в Подмосковье.

Т а б л и ц а 12.9

Показатели Чебоксарского водохранилища при отметках подпорного уровня ВПУ= 63,0 и НПУ= 68,0 м БС [441]

Наименование показателей	Значение
Подпорный уровень, м БС	63,0	68,0
Уровень мертвого объема, м БС	63,0	65,0
Форсированный подпорный уровень, м БС, при пропуске
половодья вероятностью превышения: 1 %	67,3	68,2
5 %	65,6	68,0
10 %	64,3	68,0
Площадь зеркала, км2	1 080	2 145
Площадь нормируемых 2-метровых мелководий, км2/%	340 / 31,5	445 / 20,7
Площадь затопленных земель, га	111 833	216 242
Площадь подтопления, га	30 694	70 224
Полный объем, км3	4,6	12,6
Полезный объем, км3	0,0	5,35
Длина водохранилища, км: по р. Волге	260	335
по р. Оке	–	153
Ширина, км: средняя	4,1	4,6
максимальная	15,0	19,0
Глубина, м: средняя	4,2	5,9
максимальная	24,0	30,0
Тип регулирования	суточное	сезонное

Чебоксарское водохранилище при отметке ВПУ = 63,0 м БС не достигает Нижегородского гидроузла и на 60-километровом участке р. Волги от него до г. Нижнего Новгорода (рис. 12.16) сохраняется речной режим расходов и уровней воды, подверженный влиянию только Нижегородской ГЭС. Рис. 12.17 дает представление об этом участке. На снимке, полученном 29 апреля 2001 г. сенсором Aster с космического аппарата Terra, зафиксированы урезы р. Волги. Разрешение снимка 15 м. Сюда же нанесены урезы воды как результат гидродинамического моделирования в программе Stream (разработка университета Карлсруе, Германия) по расходу 3450 м3/с, отмеченному в тот же день гидропостом г. Балахны [323]. Видимые расхождения в положении урезов для данной иллюстрации значения не имеют.

По данным Верхне-Волжского УГМС в естественных условиях до 1941 г. максимальный уровень р. Волги у г. Балахны почти ежегодно превышал отметку 75,0 м БС, а в 1926 г. достиг отметки 76,88 м БС, в период же после постройки ГЭС с 1957 г. по 2003 г только шесть раз превышал

250

Рис. 12.16. Вид вверх по течению на р. Волгу от г. Нижнего Новгорода,

2000-е гг. [photogorky.ru]

Рис.12.17. Космический снимок р. Волги на участке Нижегородская ГЭС – г. Нижний Новгород от 29.04.2001 г. с нанесенными урезами воды по данным моделирования [323]

251

Рис. 12.18. Панорама низконапорного транспортного гидроузла на р. Волге выше г. Нижнего Новгорода по обоснованию инвестиций 2004 г.:

1 – земляная плотина; 2 – водосливная плотина; 3 – здание ГЭС (35 МВт); 4 – судоходный шлюз, с габаритами камер 300х30х5 м; 5 – автодорожный четырехпо-

лосный мост длиной 1710 м над сооружениями гидроузла [432]

Рис. 12.19. Генплан Нижегородского низконапорного транспортного гидроузла по проектной документации 2015 г. [627]

252

отметку 72,0 м БС. Причем последний период содержал как маловодную (1957 – 1977 гг.) так и многоводную (с 1978 г.) фазы, и водность периода не могла повлиять на снижение максимальных уровней. Максимальные расчетные уровни Волги на участке Городец – Н. Новгород различной обеспеченности в зарегулированном режиме на 2,5 – 3,5 м ниже уровней той же обеспеченности в естественных условиях.

В табл. 12.10 указаны минимальные уровни р. Волги, наблюденные на водомерных постах в г. Балахне и г. Н. Новгороде в различные периоды: до 1941 г. – при естественных условиях; в 1942 – 1955 гг. – до постройки Горьковской ГЭС; в 1957 – 1980 гг. – до постройки Чебоксарской ГЭС. Очевидно повышение минимальных уровней в пределах 0,2 – 0,5 м, более существенное в зимнюю межень [679].

		Т а б л и ц а 12.10
Наблюденные минимумы уровней воды р. Волги
	[458; 679]
Периоды	Уровни воды (м БС) и даты наблюдений
наблюдений	г. Балахна	г. Н. Новгород (Сормово)
До 1941 г.	64,49 (16.09.1939)	62,06 (17.10.1882)
1942 – 1955 г.	65,22 (20.11.1944)	62,40 (21.11.1944)
1957 – 1980 гг.	64,72 (06.12.1975)	62,78 (07.11.1975)

Вместе с этим за десятилетия функционирования Нижегородского (Горьковского) гидроузла в нижнем бьефе произошла глубинная эрозия русла Волги примерно на 1,0 – 0,5 м (соответственно, у г. Городца и г. Балахны), что привело к падению судоходных глубин в камерах шлюза и на перекатах реки. В период навигации ГЭС подает в нижний бьеф среднесуточный расход воды 1100 м3/с для обеспечения судоходства. В итоге, с учетом среднесуточного графика работы ГЭС (см. рис. 12.14), на лимитирующих перекатах гарантированная судоходная глубина 3,5 м выдерживается лишь 2 – 3 часа в сутки (табл. 12.11), что затрудняет транзитное плавание большегрузных судов [679].

Проблема не нова: этот участок лимитирует осадку судов с момента пуска Горьковской гидроэлектростанции [7]. Для обеспечения судоходных глубин необходим подпор уровня воды. Подпор логично осуществить повышением уровня Чебоксарского водохранилища до проектной отметки НПУ = 68,0 м БС [345; 679], хотя при этом и потребуется более глубокое регулирование высоких половодий р. Волги для предотвращения затопления окраин заречной части г. Нижнего Новгорода (табл. 12.12).

253

Т а б л и ц а 12.11

Глубины на перекатах р. Волги в нижнем бьефе Нижегородской ГЭС при среднесуточном расходе воды 1100 м3/с

[679]

Перекаты			Глубина в часы суток, м
	8 ч	12 ч	14 ч	16 ч	18 ч	20 ч	22 ч	24 ч
Городецкий	2,60	3,30	3,40	3,50	3,20	3,00	3,00	3,00
Н. Кочергинский	3,20	3,20	3,50	3,90	3,50	3,20	3,10	3,10
Н. Ветлянский	3,00	3,10	3,40	3,80	3,50	3,30	3,20	3,20

Т а б л и ц а 12.12

Максимальные уровни воды р. Волги у г. Нижнего Новгорода* по данным Верхне-Волжского УГМС [679]

		Подпорный уро-	Уровни половодий (м БС) веро-
	Период наблюдений	вень Чебоксар-	ятностью превышения
		ского водохрани-	1 %	10 %
		лища, м БС
	1887…2006 гг.	63,0	76,26	74,07
	1936…2006 гг.	63,0	73,73	72,05
	(после строительства верх-
	неволжских водохранилищ)
	Прогноз	68,0	76,1	74,7

* Отметки основной территории заречной части города 75,0 – 78,0 м. Уровень начала затопления окраин заречной части 72,0 м (1994 г.)

Имеется «Обоснование инвестиций завершения строительства Чебоксарского гидроузла» с повышением уровня водохранилища до НПУ= 68,0 м [441]. Однако неодолимым препятствием для реализации проекта в течение многих лет выставляется обязательность колоссальной финансовой компенсации ущерба от затопления отчужденных под водохранилище территорий Марийской республики и Нижегородской области [345]. Главы этих регионов против. Сенаторы (областные), выражающие на лицах счастье, никогда не смогут сказать губернатору, что мол Вы не правы [690]. Проект достройки последней ступени Волжского энергетического каскада остановлен.

Но большегрузам плавать надо. Туда и обратно. Для обеспечения профицита государственного бюджета. В 2000 г. Российская Федерация вступила в «Европейское соглашение о важнейших внутренних водных путях международного значения» от 1996 г. Магистральный водный путь Санкт-Петербург – Рыбинск – Нижний Новгород – Казань – Волгоград – Астрахань получил международное значение [128; 625; 644].

254

В 2003 г. Министерство транспорта РФ выступило с идеей строительства на р. Волге выше г. Нижнего Новгорода на расстоянии 42 км от Нижегородской ГЭС низконапорного транспортного гидроузла с НПУ = 68,0 м БС по примеру транспортных гидроузлов, действующих на р. Оке и Нижнем Дону. В 2004 г. появилось обоснование инвестиций [432]. Гидроузлом (рис. 12.18) собирались решить две транспортные проблемы: обеспечение гарантированных судоходных глубин на вышележащем участке Волги и создание автомобильного перехода через реку на трассе Москва – Киров в обход Нижнего Новгорода, необходимого городу. Держать подпор будут только в период навигации, половодья пропускать через водосливную плотину и по пойме. Напор на гидроузле при НПУ = 68,0 м БС равен 4 м, подпорный уровень – ниже максимальных наблюдаемых уровней половодья (табл. 12.13), зона затопления при НПУ не выходит за пределы русла с отметками бровок поймы 69,0 – 70,0 м. В камерах нижнего шлюза Нижегородского гидроузла при отметках порогов 64,0 м БС гарантируется глубина 4,0 м в маловодные годы [432]. В 2007 г. нижегородский губернатор с идеей выразил согласие. Марийской республики она не коснулась.

				Т а б л и ц а 12.13
	Наблюденные максимумы уровня воды р. Волги в 1990 – 2000-е
			[432; 679]
Годы		Уровни воды (м БС) и даты наблюдений
		Гидропост №7	Гидропост г. Балахна	Гидропост
		г. Городец		г. Н. Новгород
				(Сормово)
1998		71,86 (4.05)	70,94 (4.05)	70,01 (4.05)
1999		72,90 (23.04)	72,21 (26.04)	71,61 (26.04)
2001		71,46 (27.04)	70,82 (26.04)	70,43 (27.040
2002		70,54 (2.05)	69,33 (3.05)	67,53 (9.05)

Выпущена проектная документация по гидроузлу, датированная 2015 г. [627], заказанная Федеральным агентством морского и речного транспорта. Проект оптимизирован: автоперехода через Волгу нет (рис. 12.19).

На рис. 12.20 проиллюстрирован режим уровней р. Волги на участке верхнего бьефа низконапорного транспортного гидроузла [421].

В 2019г. были как бы начаты подготовительные работы в районе створа. Но проект [627] не прошел госэкспертизу и завис.

255

Рис. 12.20 Судоходные уровни р. Волги и верхнего бьефа низконапорного гидроузла [421]

Не известно, что накладнее – принимать ошибочное решение или не принимать никакого. Стоило иметь в виду, что при возникновении условий для повышения уровня Чебоксарского водохранилища до проектной отметки НПУ = 68,0 м в целях энергетики, гидротехнические сооружения низконапорного узла окажутся водному транспорту ненужными [679].

В 2021 г. Министерство транспорта начало другой вариант: объявлен аукцион на инженерные изыскания, проектирование, строительство третьей камеры с пониженным днищем в составе нижнего шлюза Нижегородского гидроузла и канализацию судового хода по р. Волге от г. Городца до устья р. Оки (854,5 – 895 км), обеспечивающих глубину для прохода и шлюзования большегрузных судов. Завершение работ – конец декабря 2024 г. Цена контракта 21,77 млрд рублей, источник финансирования – средства федерального бюджета [МК, 2021. – 24 – 30.11]. Чебоксарское водохранилище остается при ВПУ = 63,00 м БС.

256

ГЛАВА 13. ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ВОДОХРАНИЛИЩАХ

13.1. Течения, водообмен

Течения в водохранилищах представляют собой перенос водных масс под воздействием различных факторов, таких как приток речных вод и их сток через гидроузел, ветер, плотностная неоднородность вод, изменение атмосферного давления и др.

Различают две группы течений по характеру их распространения.

1.Течения, наблюдаемые по всей акватории водохранилища, в том числе в прибрежной зоне: стоковые, ветровые, волновые, плотностные, бароградиентные, сейшевые, внутриволновые, инерционные. Среди них наибольшую повторяемость имеют стоковые и ветровые течения.

2.Течения, наблюдаемые только в прибрежной зоне: вдольбереговые ветровые, вдольбереговые волноприбойные, разрывные. В этой группе наиболее интенсивно проявляются вдольбереговые ветровые течения.

Течения по устойчивости подразделяются на постоянные и временные, по глубине различаются поверхностные, глубинные и придонные, по форме движения могут быть прямолинейные и циркуляционные, по физическим свойствам – холодные и теплые [122].

Основные виды течений в водохранилищах – стоковые и ветро-

вые. Стоковые течения наиболее развиты в районах выклинивания подпора, также вдоль русел бывших рек в глубоководных зонах водохранилищ. Так,

вРыбинском водохранилище вдоль русел рек прослеживаются три основных водных потока – волжский, моложский и шекснинский (рис. 13.1). Наиболее мощный из них волжский поток, несущий воды, сбрасываемые из Угличского водохранилища. Скорости в этом потоке во время пропуска половодий могут достигать 1 м/с. Центральная часть водохранилища характеризуется слабой проточностью. В период отсутствия ледяного покрова схема стоковых течений усложняется наложением ветровых течений. При скорости ветра 5 м/с уже на глубине 2 м волновое перемешивание воды

257

Рис.13.1. Схема течений в Рыбинском водохранилище в зимний период:

1, 2 – направления течений, надписаны скорости течений, см/с [92, 122]

практически отсутствует, а при скорости ветра 10 м/с оно достигает глубины 6 м. С увеличением скорости ветра перемешивание распространяется до дна. Поскольку повторяемость скорости ветра 6 – 10 м/с составляет для июня 41 %, а октября 56 %, в открытой части Рыбинского водохранилища при средней глубине его 5,6 м частым и интенсивным перемешиванием охватывается практически вся водная толща [92].

Если объем водохранилища незначителен в сравнении с объемом воды, протекающей через него, то на всем протяжении водоема наблюдается течение, аналогичное течению в реке, но с меньшими скоростями. Так, в Чебоксарском водохранилище, эксплуатирующемся с отметкой ВПУ = 63,0 м, выражено стоковое течение. Его скорости существенно убывают с приближением к плотине гидроузла по сравнению с речной частью, при этом теряется устойчивость направления течения [421].

В Красноярском водохранилище (см. рис. 11.3) по характеру проявле-

258

ния течений выделяются три района: верхний – участок переменного подпора, средний – озеровидные плесы, нижний – приплотинный район. На верхнем участке наблюдается лишь стоковое течение, скорость которого здесь падает от бытовой в реке до 0,2 м/с. Протяженность участка изменяется от 30 км при притоке 2500 м3/с до 150 км при притоке 10000 м3/с. В средней части водохранилища водная поверхность не имеет больших уклонов и влияние приточности и сбросов здесь наименьшее. Скорость стокового течения по длине среднего участка изменяется мало и составляет 0,05

– 0,06 м/с, достигая 0,10 – 0,25 м/с в русловой зоне водохранилища. В нижнем приплотинном районе на протяжении 70 км из-за малой ширины водохранилища скорость стокового течения выше, чем в озеровидных плесах, и равна 0,25 – 0,30 м/с. Увеличение сбросов воды через ГЭС ведет к усилению течения на всем протяжении приплотинного района.

В июле-августе-сентябре над Красноярским водохранилищем повторяемость ветров до 5 м/с составляет 80 – 90 %, более 10 м/с – менее 1 %. При уменьшении скорости стокового течения до 0,2 м/с начинает сказываться проявление ветровых течений. При дальнейшем ослаблении стокового течения ветровые течения в летне-осенний период могут преобладать, и тогда суммарное течение носит смешанный характер. Например, на приплотинном участке при ветре 5 м/с северной четверти наблюдалось ветровое противотечение со скоростью 0,3 м/с и глубиной проникновения более 10 м. В озеровидных плесах ветровое течение наблюдалось со скоростью 0,45 – 0,50 м/с, а глубина проникновения его достигала 25 – 30 м [545; 673; 676].

На озеровидных плесах водохранилищ в связи с развитием ветровых течений могут возникать вихревые циркуляции площадью до нескольких десятков км2 [112]. Подобное зафиксировано на космическом снимке Куйбышевского водохранилища у г. Ульяновска (рис. 13.2). С правого берега в водохранилище сбрасываются стоки коммунального хозяйства города, возле точек сбросов наблюдается противотечение; в центральной части водохранилища течение носит характер замкнутой циркуляции.

Течения в прибрежной зоне водохранилищ стимулируются ветро-

вым волнением. При подходе волн к берегу под острым углом возникают вдольбереговые течения. Принос воды волнами и вдольбереговыми течениями вызывает повышение уровня воды у берега. Подъем воды у берега приводит к появлению силы, направленной по нормали от него. Вследствие этого возникают донные и разрывные течения. В результате возникновения донных, разрывных и вдольбереговых течений, а также переноса воды

259