§ 34. Учимся с «Полярной звездой» (9). Решаем проблему: преобразование рек

Комплексная инженерно-техническая и хозяйственная деятельность человека, направленная на коренное изменение естественного гидрологического режима рек для удовлетворения нужд общества.

• 1. Главные цели — надёжное получение дешёвой электроэнергии, создание круглогодичных глубоководных транспортных систем, сезонное регулирование стока, орошение засушливых сельскохозяйственных угодий и водоснабжение промышленных центров.
• 2. История в России — до 1920-х гг. на равнинных реках ГЭС не возводились из-за опасности затопления ценных земель; в советский период создание Волжско-Камского и сибирских каскадов обеспечило мощную базу индустриализации страны.

Высокотехнологичный комплекс гидротехнических сооружений и оборудования, преобразующий механическую энергию текущей воды в электрическую энергию.

• 1. Используемый ресурс — функционирует на основе неисчерпаемой возобновляемой энергии речного стока, обеспечивая минимальную себестоимость вырабатываемого киловатт-часа по сравнению с ТЭС.
• 2. Скорость запуска и манёвренность — выходит на полную рабочую мощность всего за несколько минут (в отличие от ТЭС, требующих 2–3 дня), что делает ГЭС незаменимым регулятором суточных пиковых нагрузок в единой электросети.

Искусственный крупный водоём, создаваемый в долине реки путём перекрытия её русла плотиной для накопления, долговременного хранения воды и планомерного регулирования её стока.

• 1. Гидрологическая функция — аккумулирует избыточные весенние талые и паводковые воды, предотвращая катастрофические наводнения, и гарантирует достаточный уровень воды в русле в периоды летней и зимней межени.
• 2. Экологические издержки — приводит к затоплению сотен тысяч гектаров плодородных пойменных земель, подъёму уровня грунтовых вод, замедлению скорости речного самоочищения и интенсивному «цветению» воды.

Крупнейшая ступенчатая система гидроузлов, водохранилищ и гидроэлектростанций в европейской части России, возведённая на реках Волга и Кама.

• 1. Энергосистема — включает более десятка мощных ГЭС (Рыбинскую, Нижегородскую, Самарскую, Саратовскую, Волгоградскую и др.), образующих становой хребет энергоснабжения европейской части страны.
• 2. Регулирование пиков — служит безальтернативным источником покрытия утренних и вечерних пиковых скачков энергопотребления, удерживающим баланс всей объединённой энергетической системы.

Кратковременные суточные периоды максимального потребления электроэнергии населением и промышленностью (утром при начале рабочего дня и вечером).

• 1. Технологическое ограничение — электрическую энергию в промышленных масштабах невозможно запасать впрок: генераторы обязаны вырабатывать ровно столько энергии, сколько потребляется в каждую секунду, иначе произойдёт системная авария сети.
• 2. Манёвренное покрытие — именно гидроагрегаты ГЭС обладают способностью мгновенно включаться в сеть и так же быстро отключаться по мере спада потребления.

Непрерывная магистральная сеть внутренних судоходных путей с гарантированными глубинами, объединившая с помощью каналов и водохранилищ бассейны пяти морей.

• 1. Транспортное значение — связала Балтийское, Белое, Каспийское, Азовское и Чёрное моря, обеспечив прямое бесперевалочное плавание крупнотоннажных судов класса «река-море».
• 2. Экономический выигрыш — резко удешевила перевозку массовых грузов (металла, зерна, нефти, леса, стройматериалов) по сравнению с железнодорожным транспортом.

Исторические предпосылки и цели базировались на жизненно важных потребностях развития экономики страны в XX веке:

• Энергетический дефицит: до 1920-х гг. ГЭС на равнинных реках не строили из-за угрозы затопления обширных территорий. Однако быстрый рост городов и промышленности Европейской России требовал колоссального количества энергии. Месторождения газа Западной Сибири и нефти Волго-Уральского района ещё не были открыты, а дальние перевозки угля по железным дорогам стоили слишком дорого;
• Развитие транспорта: железнодорожная сеть не справлялась с растущими грузопотоками. Речной транспорт был значительно дешевле, но Волга («главная улица России») весной страдала от разрушительных паводков, а летом катастрофически мелела, прерывая судоходство;
• Комплексные цели: создание плотин позволило решить триединую задачу: получить дешёвую возобновляемую электроэнергию, создать Единую глубоководную транспортную систему и гарантировать орошение засушливых сельскохозяйственных земель Поволжья.

Сравнительный анализ на основе данных учебника выявляет принципиальные различия:

• Используемые ресурсы: ГЭС используют неисчерпаемую кинетическую энергию текущей воды (возобновляемый ресурс), тогда как ТЭС сжигают исчерпаемое невозобновляемое ископаемое топливо (уголь, нефть, мазут, природный газ);
• Быстрота запуска в работу: гидроагрегаты ГЭС запускаются и выходят на полную проектную мощность всего за несколько минут. ТЭС (особенно паротурбинные) требуют от 2 до 3 суток на растопку котлов и разогрев теплоносителя;
• Продолжительность и стоимость строительства: строительство ГЭС длится много лет и требует колоссальных капитальных затрат (миллиардные инвестиции в плотины и шлюзы). ТЭС с парогазовыми установками возводятся значительно быстрее — около 3 лет — и стоят существенно дешевле;
• Влияние на окружающую среду: ГЭС не загрязняют атмосферу вредными выбросами золы, сажи и парниковых газов, однако их водохранилища затопляют гигантские площади плодородных пойменных земель. ТЭС, напротив, занимают компактную территорию, но вызывают сильное загрязнение воздуха выбросами оксидов серы, азота, углекислого газа и тяжёлых металлов (особенно при работе на угле).

Сторонники гидротехнического строительства приводят четыре фундаментальных аргумента:

• Создание Единой глубоководной транспортной системы европейской части России, позволившей судам класса «река-море» беспрепятственно проходить между Каспийским, Балтийским, Белым, Чёрным и Азовским морями, что сберегло огромные государственные средства на сооружении дорогостоящих железных дорог;
• Обеспечение надёжности электроэнергетики: ГЭС Волжско-Камского каскада служат главным и безальтернативным источником покрытия утренних и вечерних пиковых нагрузок;
• Развитие агросектора: водохранилища дали возможность оросить миллионы гектаров засушливых земель Нижнего Поволжья и стабилизировать урожаи зерновых и овощных культур;
• Хозяйственная адаптация: за десятилетия экономика страны полностью адаптировалась к новому гидрологическому режиму (созданы городские водозаборы, благоустроены речные набережные, порты и зоны отдыха).

Противники зарегулирования равнинного стока акцентируют внимание на невосполнимом природном ущербе:

• Замедление самоочищения: создание плотин превратило быструю реку в цепочку малопроточных озёр; скорость течения упала в десятки раз, процессы биологического самоочищения затормозились, а водохранилища превратились в отстойники промышленных и бытовых стоков с ежегодным токсичным «цветением» сине-зелёных водорослей;
• Потеря плодородных земель: затоплены сотни тысяч гектаров ценнейших пойменных заливных лугов и чернозёмных пашен; под воду ушли старинные города (например, Молога) и сотни сёл, жители которых были вынуждены осваивать менее продуктивные земли;
• Удар по ихтиофауне: бетонные плотины перекрыли естественные миграционные пути на нерест ценных проходных пород рыб (осетровых Волги и Каспия), что привело к резкому сокращению их популяции;
• Подтопление и заболачивание: подъём уровня воды в водохранилищах спровоцировал подъём уровня грунтовых вод на прилегающих территориях, вызвав заболачивание прибрежных угодий, оползни и разрушение (абразию) берегов.

Современный географический и экологический подход требует не радикального сноса плотин, а разумной модернизации и экологической компенсации:

• Невозможность простого демонтажа: спуск водохранилищ обнажит миллионы гектаров заиленного, загрязнённого тяжёлыми металлами дна, превратив долины рек в пылящие ядовитые пустыни, разрушит водоснабжение городов-миллионников и лишит энергосистему манёвренной мощности;
• Модернизация гидроузлов: замена устаревших турбин на более экологичные и эффективные рыбопропускные гидроагрегаты, укрепление оползневых берегов;
• Жёсткий экологический контроль: строительство современных многоступенчатых очистных сооружений на всех промышленных и коммунальных предприятиях Волжского бассейна для прекращения сброса неочищенных вод;
• Рациональный попуск воды: соблюдение научно обоснованного гидрологического графика весеннего спецпопуска воды через плотины для залива Волго-Ахтубинской поймы и успешного нереста рыбы.