В гидроэнергетике осуществлять преимущественно сооружение гидроузлов, позволяющих комплексно решать задачи производства электроэнергии, орошения земель, обеспечения народного хозяйства водой, развития судоходства, и рыбоводства.
Из Директив XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971 - 1975 годы.
Кристалл высотного здания на развилке Ленинградского и Волоколамского шоссе на северо-западе Москвы стал одним из новых символов нашей столицы - наряду с иглой Останкинской телебашни, и трилистником здания СЭВ. Издалека видно это без малого тридцатиэтажное здание, где разместился Всесоюзный ордена Ленина проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт «Гидропроект» имени С. Я. Жука. «Гидропроект» знают во всех концах нашей страны, и за ее пределами - всюду, где поднимаются плотины электростанций, прокладываются каналы, строятся шлюзы, возводятся промышленные сооружения, задуманные, рассчитанные, спроектированные сотрудниками этого крупнейшего института.
В его составе изыскательские, исследовательские, экономические подразделения, не говоря уже о проектных. В институте работает более 17 тысяч человек - целая армия специалистов. У «Гидропроекта» 11 отделений и филиалов во многих республиках, в том числе крупное Среднеазиатское отделение в Ташкенте, Казахский филиал в Алма-Ате - он охватывает также районы Центральной Сибири; Армянское, и Грузинское отделения - одни из старейших.
В республиках трудятся многочисленные национальные кадры гидроэнергетиков - опытные проектировщики, исследователи, изыскатели. Вместе с москвичами, ленинградцами, сибиряками они ведут громадную работу по рациональному использованию гидроэнергетических ресурсов страны, обеспечивая подъем социалистической экономики на общее благо всех народов Советского Союза. По проектам института, и всех его отделений сооружено около 200 крупных, и средних ГЭС в нашей стране.
Немало объектов построено, и за ее рубежами. Это, например, известный во всем мире Асуанский гидротехнический комплекс на Ниле; гидроэлектростанция Тхак-Ба в Демократической Республике Вьетнам; гидроузел Араке, построенный совместно с Ираном. Крупный гидроузел Табка сооружается по проекту института в Сирии, на реке Евфрат. «Гидропроект» участвует в проектировании гидроузлов в Индии, Бразилии, Норвегии, Чили, Канаде - всего в 17 государствах. Большую работу ведет институт, и в социалистических странах.
О работе института в беседе с нашим корреспондентом Б. Головиным рассказывают главный инженер «Гидропроекта». И. Сапир, заместитель начальника и главного инженера института Э. Роот, заместитель главного инженера К. Кузьмин, начальник технического отдела Л. Шейнман, заместитель начальника научно-исследовательского сектора Л. Золотов, ведущие сотрудники института В. Замахаев, Л. Лентяев, В. Панфилов.
Корреспондент. Любое сооружение, воплотившее идеи, заложенные в проектах вашего института, в своем роде единственное. Ни гидроэлектростанции, ни шлюзы, ни каналы не «тиражируются». Нет двух одинаковых проектов «Гидропроекта».
Существует ли, однако, общий, единый подход, который определяет решение столь разнообразных инженерных задач?
И. Сапир. Принципы «Гидропроекта» - в комплексном, всестороннем рассмотрении, и решении гидротехнических проблем. Сооружение ГЭС, тем более крупной, сказывается на значительной территории, меняет ее экономику и ее природу. На базе дешевой электроэнергии возникают мощные промышленные узлы, целые энергопромышленные комплексы. Сооружение гидроузлов в районах, где испытывается недостаток водных ресурсов, имеет огромное значение для сельского хозяйства.
К. Кузьмин. Возьмите, к примеру, Токтогульский гидроузел на реке Нарын, в Киргизии. Энергия ГЭС мощностью 1,2 миллиона киловатт послужит развитию народного хозяйства всего Среднеазиатского экономического района. Создаваемое водохранилище (емкостью 19 миллиардов кубометров) позволит оросить сотни тысяч гектаров новых земель в низовьях Сырдарьи, и обеспечить водой весь бассейн этой крупнейшей реки Средней Азии.
И. Сапир. Таким образом, гидротехнические проблемы всегда связаны с комплексом важных народнохозяйственных проблем, в совместном решении которых наглядно проявляются преимущества социалистической системы хозяйства.
Водные ресурсы по территории нашей страны распределены неравномерно. Наиболее обжитые районы Европейской части Союза, Средняя Азия, Казахстан находятся в зоне дефицита воды. На территорию, где сосредоточено четыре пятых всего населения и промышленности страны, приходится всего 14 процентов водных ресурсов. Между тем страна наша ими богата, и притом весьма, но богатства эти природа сосредоточила в основном на Севере и в Сибири.
Несоответствие природных ресурсов народнохозяйственным потребностям усугубляется еще одним природным фактором сезонной неравномерностью речного стока. Он наиболее интенсивен, как известно, вес-^ ной. Максимальная же потребность в электроэнергии (для ГЭС, следовательно, в расходе воды) приходится на зиму, а максимальная потребность в воде (для сельскохозяйственных нужд) - на лето. Решить задачу сезонного перераспределения воды позволяет сооружение водохранилищ, регулирующих сток.
К. Кузьмин. При проектировании комплексных гидроузлов необходимо примирять противоречивые интересы потребителей. Наилучшее решение этой задачи достигается при сооружении каскадов гидроузлов. Например, при совместном использовании строящихся гидроузлов Тюямуюнского на реке Амударья в Узбекской ССР, Нурекского, и проектируемого Рогунского на реке Вахш в Таджикской ССР. Максимальные попуски воды из водохранилищ будут смещены по сезонам. Кстати, для Рогунского узла проектируется высочайшая в мире 350-метровая плотина.
И. Сапир. В Советском Союзе более двух тысяч водохранилищ. В последнее время в печати появлялись статьи, авторы которых под флагом охраны природы призывали больше не строить водохранилища. Это - явное заблуждение. Расход воды у нас растет столь высокими темпами, что к 1985 году весь сток таких рек, как Волга, Днепр, Сырдарья, и некоторых других необходимо полностью зарегулировать. Весенние паводки не должны бесконтрольно уходить в море, воду надо задерживать, и строго по графику, который диктуется нуждами народного хозяйства, распределять и направлять на поля. Это можно сделать, только создавая водохранилища. Разумеется, нужно неукоснительно осуществлять при этом все необходимые защитные мероприятия, и ограничивать по возможности площадь затопления. Мы с этим полностью согласны и над этим работаем, но в принципе без создания водохранилищ народное хозяйство нормально развиваться не может.
В свое время «Гидропроскт» разработал Генеральную схему комплексного использования, и охраны водных ресурсов СССР до 1985 года. Теперь мы развиваем ее на период до 2000 года. К концу века, когда естественный сток рек в наиболее обжитой части Советского Союза будет полностью зарегулирован, настанет пора территориального перераспределения водных ресурсов в стране.
В. 3амахаев. На очередь станут проекты переброски стока северных, и сибирских рек в районы, испытывающие недостаток воды. Разрабатывая сейчас научные основы будущих инженерных решений, мы стремимся увязать свои схемы не только с планами размещения водоемких отраслей производства, и потребностями орошаемого земледелия, но, и с необходимостью охраны природных ресурсов, в частности с потребностями рыбного хозяйства. Это диктует, например, заботу о поддержании уровня Каспийского моря, и водно-солевого баланса Азовского моря. Над всеми этими проблемами работают наши гидрологи, гидротехники, экономисты, биологи, географы, океанологи.
И. Сапир. Надо заметить, что после создания несколько лет назад Министерства водного хозяйства СССР разработку этих проблем возглавили проектные организации нового министерства. Мы сотрудничаем с ними, так, как много лет работали над этим. По нашим проектам построено несколько крупных каналов, Так, канал Северный Донец - Донбасс обеспечил в шестидесятых годах водой район Горловки - Донецка, а сейчас развитие промышленности потребовало сооружения нового крупнейшего канала по нему в Донбасс придет днепровская вода.
Л. Шейнман, Прообразом будущих каналов, которые перебросят воду северных, и сибирских рек на юг, и в' центральные районы страны, может служить 400-километровый канал Иртыш - Караганда. Он полностью утолил «жажду» промышленного района Темир-Тау - Караганды, а при дальнейшем развитии «напоит», и район Джезказгана. Западнее Москвы начато осуществление проекта Вазузской гидротехнической системы. Чистая вода речки Вазузы, притока верхней Волги, придет в Москву. В свое время Москва получила воду самой Волги (от проектировщиков канала имени Москвы, кстати, ведет свое летосчисление «Гидропроект»), теперь настала очередь ее притока.
И. Сапир. Все же основное внимание наш институт уделяет гидроэнергетике. Она развивается в нескольких направлениях. Во-первых, это - сооружение станций «классического» типа, например, Чебоксарской на Волге, и Нижне-Камской, Рижской, и Даугавпилсской на Даугаве, второй очереди Днепрогэса, Ингурской в Грузии, станций на Кольском полуострове. Во-вторых, проектирование, и строительство новых гидроэнергетических гигантов в Восточной Сибири, на Ангаре, и Енисее, таких, как уже действующие Братская, и Красноярская ГЭС или строящиеся Саянская, и Усть-Илимская ГЭС. В-третьих, сооружение ГЭС при гидроузлах комплексного назначения, главным образом для целей орошения, в республиках Средней Азии, и в Казахстане. О некоторых из них мы уже говорили. Наконец, разрабатывается ряд проектов станций принципиально иного типа - гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС) для европейской части страны, например, Загорской, и Каунасской ГАЭС мощностью примерно по одному миллиону киловатт. Прообраз этих станций - Киевская ГАЭС уже действует, и служит для нас, как бы испытательным полигоном.
Л. Шейнман. В чем достоинства ГАЭС? С их помощью целесообразно покрывать «пиковые» нагрузки в энергосистеме. Суточное потребление энергии, как известно, неравномерное. После ночного «провала», а также по вечерам нагрузка резко возрастает. В энергосистеме Центра прирост достигает миллиона киловатт в минуту. В момент начала интересного хоккейного матча разом включается потребитель мощностью 600 тысяч киловатт! Надо учитывать тенденцию к дальнейшему обострению этих «пиков» по мере развития бытового потребления, транспорта, ликвидации ночных смен. Между тем мощные агрегаты тепловых, и атомных станций предназначены для стабильной нагрузки. В этих условиях ГАЭС, отдающая энергию в сеть в часы «пик», и потребляющая её в часы «провалов», позволяет выравнивать график работы энергосистемы *.
И. Сапир. Еще один пример «комплексного стиля» работы института. Он связан с развитием атомной энергетики. Совсем недавно считалось, что по мере того, как будет возрастать роль атомных, и крупных тепловых электростанций, значение гидроэнергетики должно уменьшаться. Однако за последние годы выяснилось, что это не так. Дело тут, и в лучшей способности ГЭС покрывать «пиковые» нагрузки, и в том, что атомные, и тепловые станции расходуют много воды для охлаждения. Оказалось целесообразным проектировать их в едином комплексе. В институте начата проектная разработка таких комплексов.
Л. Шейнман. Сами наши проекты по своему содержанию тоже комплексные. Кроме основных' сооружений, проектируются электротехническая и гидромеханическая части ГЭС, их автоматизация, и телеуправление, сантехника, архитектура сооружений, организация строительных работ, разрабатываются проекты поселков и подсобных предприятий. Все эти работы проводятся в контакте с другими проектными, исследовательскими, конструкторскими институтами, с заводами, и строительными организациями.
Корреспондент. Готовая продукция института - проект, тысячи, десятки тысяч чертежей, которые должны воплотиться в реальность гидротехнических сооружений. Но ни один проект не мог бы появиться на свет без изысканий и исследований. Каково их место в технологическом процессе создания проектов?
Э. Роот. Изысканиями занимаются более 40 наших комплексных экспедиций, специализированных партий, и отрядов. Стоимость изысканий составляет приблизительно половину всех проектных работ. Огромный объем необходимой для проектировщиков информации дают изыскатели-топографы и геодезисты, гидрологи, геологи, геофизики. Они применяют сложную современную аппаратуру, совершенные методы изысканий, и исследований, в значительной части разработанные в самом институте. Изыскания ведутся в самых разнообразных природных условиях - на мягких грунтах Прикамья, и в скалистых горных районах Тянь-Шаня, и в зоне вечной мерзлоты.
В последнее время на реках Сибири, Средней Азии, Закавказья стали строиться плотины высотой свыше 100 метров. Когда лет пятнадцать назад мы стали перебазироваться с мягких, рыхлых грунтов (где были пионерами возведения крупных плотин) в районы скальных грунтов, то готовы были вздохнуть с облегчением скала представлялась куда более надежной опорой, чем пески или глины. Однако на деле природа поведения скальных оснований оказалась весьма сложной, особенно в горных сейсмических районах. Очень прочная, твердая сама по себе, скальная порода в массиве обычно рассечена трещинами и разрывами. Эти нарушения сплошности значительно ослабляют массив. Создается угроза смещения даже под действием испытываемых плотиной статических нагрузок, не говоря уже о землетрясениях. В этом смысле показательна история того же Токтогульского гидроузла. Вернее сказать, его предыстория.
В. Панфилов. Первоначально на Токтогуле предполагалось поставить плотину арочной конструкции. Участок створа представляет собой узкое горное ущелье с обрывистыми склонами высотой примерно полтора километра. Берега этого глубокого каньона имеют сложный рельеф с изборожденной трещинами поверхностью. Изыскания показали породы очень слабы, и, чтобы врезать в них плотину, придется снимать толстый слой снизу доверху. На крутых склонах это было бы очень сложной, долгой, и дорогой работой. Было решено от арочной конструкции в данном случае отказаться.
Л. Шейнман. Ввиду необычных условий сооружения высотной плотины в этом сейсмическом районе в институте был объявлен творческий конкурс на ее проектирование. Технический совет выбрал наилучший из 15 представленных проектов. Группа молодых инженеров во главе с С. Березинским разработала принципиально новую конструкцию плотины гравитационного типа, при которой нагрузки распределены, и по дну основания, и по его бортам. Так, результаты изысканий заставили пересмотреть проект Токтогульской ГЭС. Хотя, скажем, для Ингурской ГЭС, сооружаемой в условиях, во многом сходных, традиционная арочная плотина (с высотой 270 метров!) была признана наилучшим вариантом. И эти решения были, в частности, подтверждены нашей математической лабораторией по разработанной в ней методике расчета арочных плотин на заданную сейсмостойкость. Основанные на теории оболочек расчеты с помощью современных ЭВМ позволяют определить для произвольной арочной плотины максимальные пики ускорений при возможном землетрясении.
Вообще в ходе проектирования работа изыскателей, исследователей, проектировщиков зачастую так тесно связана, переплетена, взаимозависима, что подчас невозможно в точности определить, какая часть работы «вспомогательная», а, какая «основная»?
Л. Золотов. Мы экспериментируем в тесном контакте с проектировщиками, проверяя, обосновывая, подправляя проектные решения, а иногда, и подсказывая их. В лабораториях, и на полигонах исследуются компоновки гидроузлов, схемы перекрытия русел, различные гидродинамические явления, подбираются противофильтрационные, и дренажные устройства, изучаются характеристики гидромашин, определяются основные параметры турбинного, и генераторного оборудования. Широко проводятся исследования напряженного состояния конструкций, и оснований на моделях различного типа, испытываются строительные материалы, разрабатываются новые методы измерений, и образцы аппаратуры. По масштабам работы научно-исследовательский сектор «Гидропроекта» под стать крупному научному институту.
Л. Лентяев. Вот конкретный пример творческого содружества исследователя с проектировщиком. Тут уже не раз упоминали Токтогульскую ГЭС. Так вот, плотина ее ставится не только в узком ущелье, но, и на повороте реки. Это создает дополнительные сложности. Сбрасываемый через плотину поток, если его не направить в сторону, станет бить о берег, размоет его. Чтобы предотвратить это, нам пришлось подбирать к водосбросным лоткам наконечники, которые поворачивали бы струю. Делается это на моделях разных масштабов. Кроме того, потребовалось добиться, чтобы струя не падала в одну точку, иначе она размоет дно. Ясно, что без таких экспериментов грамотно запроектировать плотину невозможно.
В. Панфилов. Другой пример - исследование на моделях напряженного' состояния при работе сооружения. По тем параметрам, которые проектировщик получил от изыскателей, далеко не все можно рассчитать в той сложнейшей системе, которую при совместной работе составляет сооружение с основанием. Разумеется, и с конструкцией тоже немало проблем, но ее мы создаем сами, она более или менее однородна по своим свойствам, тогда, как работающий заодно с нею естественный массив неоднороден, анизотропен, и это создает проблему № 1, и при расчете, и при моделировании, и при строительстве. Моделировать прочность массива приходится не только в пределах упругости, но и в пластичной стадии, и притом на моделях из неоднородных материалов, имитируя природные трещины. Чтобы представить сложность эксперимента на такой геомеханической модели, скажу лишь, что модель основания Токтогульской плотины собрана из сотни кусков, а испытываемые ею нагрузки создаются несколькими сотнями домкратов и натяжных устройств, и регистрируются сотнями датчиков.
И. Сапир. В нашей беседе мы часто ссылались на пример Токтогула. Конечно, можно было бы иллюстрировать наш разговор рассказом и о других проектах. Но проект Токтогульской ГЭС действительно показателен во многих отношениях, и, как комплексный гидроузел, сооружение которого скажется на экономике нескольких братских республик, и, как образец решения сложных инженерных задач при изысканиях, исследованиях, проектировании, и, как пример строительства в исключительно трудных условиях. Словом, объект «комплексно показательный» для сегодняшних работ «Гидропроекта»
Л. Золотов. Следует заметить, что исследования не кончаются с началом строительства. По его ходу и даже в начале эксплуатации станции ведутся натурные наблюдения за состоянием, и работой сооружений.
И. Сапир. Проектировщики тоже продолжают действовать в контакте со строителями. На той же Токтогульской стройке совместно разработан прогрессивный способ послойной укладки бетона в массивные гидротехнические сооружения, позволивший заметно снизить стоимость бетонных работ и резко повысить производительность труда.
Для оперативного обеспечения строительства проектно-сметной документацией на стройплощадках работают группы рабочего проектирования. Полезный вклад вносят проектировщики, и в организацию строительных работ. Например, пусковые схемы, разработанные для Нурекской и Колымской ГЭС, обеспечивают намного более быстрый ввод станции в действие, задолго до окончания всего строительства. При этом уже строители могут пользоваться энергией сооружаемого гидроузла.
«Гидропроекту» поручаются важнейшие задания, и за пределами традиционной деятельности института. Так, мы выполнили проект организации промышленного строительства для Волжского автозавода в Тольятти, а теперь выполняем аналогичный проект для Камского автозавода, причем одно лишь «попутное» предложение заменить столбчатые фундаменты под заводские цеха буронабивными сваями позволит существенно ускорить крупнейшую стройку пятилетки.
Это лишний раз говорит о большом инженерном опыте, накопленном нашим институтом, перед которым стоит немало крупных задач по ускорению научно-технического прогресса.
