Фотоальбом к статье “Проект приведения Сарезского озера в гарантированное безопасное положение…”
Международная научно-техническая конференция
«Сарезскому озеру – 100 лет»
г.Душанбе. 27-29 сентября 2011 г.
Устный доклад. 15 мин.
«Проект приведения Сарезского озера в гарантированное безопасное состояние и строительство системы Памирских ГЭС».
Л.П.Папырин
Москва, Россия.
Аннотация
В ночь с 18 на 19 февраля 1911 года в центральной части Памира произошло землетрясение. В результате сейсмического воздействия в долине реки Мургаб сошел гигантский оползень, который получил название “Усойский завал”. Отложения завала перекрыли долину реки Мургаб и вызвали образование Сарезского озера. Озеро находится на территории Горно-Бадахшанской автономной области Республики Таджикистан. Одновременно с возникновением озера появилась опасность прорыва его вод через отложения Усойского завала и возникновения катастрофического селевого паводка в долинах рек Бартанг, Пяндж и Аму-Дарья. В опасной зоне по данным МЧС Республики Таджикистан проживает пять миллионов человек.
Сарезская проблема рассматривалась в Правительстве Советского Союза. В соответствии с этим постановлением Совмина СССР в проектно-изыскательских институтах было разработано несколько вариантов схем обеспечения безопасности. Но ни один из этих вариантов не был признан реально выполнимым из-за высокой стоимости и трудности выполнения. Правительство Таджикистана также неоднократно рассматривало эту проблему. Но до настоящего времени никаких реальных мероприятий по приведению Сарезского озера в безопасное состояние не сделано.
В настоящей статье описывается Проект приведения Сарезского озера в гарантированно безопасное состояние и строительство системы Памирских ГЭС. Проект составлен на основании всех имеющихся результатов исследований района Сарезского озера [1,2,3,4,5,].
Ключевые слова: Гударинская ГЭС, Бартангская ГЭС, Сарезская ГЭС, Мургабская ГЭС, Усойский завал, подготовленные к обрушению участки, единое Памирское энергетическое кольцо.
Введение. Освоение высокогорных районов, защита от опасных геологических явлений озер, водохранилищ, населенных пунктов, промышленных объектов, ГЭС представляют исключительно трудную, а порой и неразрешимую научно-техническую проблему. Значительную часть территории таких государств, как Киргизия и Таджикистан, занимают горы. Освоение минеральных и гидроресурсов в горных условиях – актуальная задача этих государств. Для реализации этих задач потребуется поднять на принципиально новый уровень инженерно-геологические изыскания, расчет устойчивости склонов, прогноз землетрясений. И перед этими государствами стоит дилемма: либо не планировать освоение и развитие труднодоступных высокогорных районов в ближайшие десятилетия, а может быть и столетие, либо приступить к освоению хотя бы одного высокогорного района для того, чтобы получить представление о возникающих при этом трудностях и получить необходимый опыт. Попробуем, хотя бы в гипотетическом плане рассмотреть вопрос об освоении долин рек Бартанг и Мугаб. Т.е. приведение Сарезского озера в безопасное состояние, строительство ГЭС, экономическое развитие Горно-Бадахшанской автономной области Таджикистана. В настоящее время в области действуют ГЭС «Хорог» мощностью 9 МВт и ГЭС Памир-1 – 14 МВт. После окончания строительства второй очереди мощность ГЭС Памир-1 будет 28 МВт, т.е. общая мощность Памирских ГЭС в будущем составит 37 МВт. Этой энергии хватит только для энергоснабжения города Хорог и прилегающих к нему населенных пунктов.
Строительство Гударинской ГЭС. Для строительства туннелей, обогрева и освещения поселка строителей нужно электричество. Не обеспечены электричеством все кишлаки долины реки Бартанг и Рушанского района ГБАО.
Для строительства водохранилища предлагается использовать плотину древнего завального озера. В далеком геологическом прошлом в результате перелива воды в правом примыкании плотины возник проран – узкий каньон, глубиной около ста метров. Проран легко можно засыпать набросным взрывом. При первой очереди ГЭС максимальный уровень водохранилища 3030 м. Напор с учетом деривационного туннеля – 250 м. Максимальный объем водохранилища – 0,9 км³. Мощность первой очереди – 60МВт при круглогодичной работе. При строительстве второй очереди за счет прокладки дерривационной трубы и повышения высоты плотины напор можно увеличить до 700 метров, а мощность – до 200 МВт. В дальнейшем, когда будут построены Сарезская и Бартангская ГЭС, Гударинская ГЭС будет работать только в зимний период, и ее мощность в зимнее время удвоится.
Понижение уровня озера путем усиления фильтрации воды через Усойский завал. Изыскания оптимального варианта понижения уровня фильтрации путем усиления фильтрации [7,8] начнутся одновременно с изысканиями для строительства Гударинской ГЭС. Их основная задача определить, удастся ли это сделать без строительства автотропы. Если будет понятно, что не удастся, тогда возможны два варианта. Первый – строительство дороги через перевал Казанкуль из долины реки Кокуйбель к Сарезскому озеру. Второй – транспортировка тяжелых грузов с помощью современных гидросамолетов. После транспортировки необходимых грузов начать процесс усиления фильтрации по одной из описанных выше методик. Для контроля за фильтрацией воды ниже завала на более ровном участке долины необходимо построить автоматический гидропост с непрерывной дистанционной передачей расхода воды. Нужно добиться понижения уровня воды в Сарезском озера не менее чем на 40-45 метров, а в озере Шадау – на 32 м от уровня, при котором производились измерения в 1990 году.
Строительство защитной взрыво-набросной дамбы
высотой 200 м около кишлака Барчадив (в 19 км ниже Усойского завала) и обводных туннелей в правом борту реки Мургаб на четырех разных уровнях (0,50,100,150), пропускной способностью 200 м³/сек каждый. Эта дамба позволит уменьшить расход и высоту волны в реке Бартанг от перелива воды через Усойский завал, если обрушение оползня произойдет в период строительства.
Бартангская ГЭС будет построена на одноименной реке в 20 километрах выше райцентра Рушан. Высота насыпной плотины – 400 метров (абс.отм. 2463 м), максимальный уровень водохранилища – 2400 м. Объем водохранилища – 10 км³. Напор — 400м. Средний расход реки в створе плотины – 130 м³/сек. В летнее время ГЭС будет работать на воде боковых притоков реки Бартанг. В зимнее время на теплой воде Сарезской, Гударинской и Мургабской ГЭС.
Поэтому расход воды в створе ГЭС будет постоянным в течение всего года. Мощность ГЭС — 400МВт. В 4-5 км ниже плотины будет построена защитная дамба, такая же, как у кишлака Барчадив, на случай, если при изысканиях на берегах водохранилища будет пропущен ослабленный участок, который обрушится в озеро и вызовет волну перелива. Кроме этого, будет построен аварийный водосброс пропускной способностью 2000 м³/сек. До проведения мероприятий по ликвидации неустойчивых склонов Сарезского озера водохранилище заполняться не будет для 100-% гарантии безопасности.
Сарезская ГЭС. Электростанция планируется в створе, предложенном в 1932 году Н.А.Карауловым.
Она будет иметь два параллельных транспортных туннеля с отметкой днища 3270м и с выездом на Усойский завал. Наличие двух транспортных туннелей с перемычками между ними позволит при одностороннем движении автотранспорта быстрей проводить их проходку и при необходимости проводить ремонт аварийных участков. Из этих тоннелей будут пройдены скважины глубиной 70-80 метров для изучения технических свойств грунтов в створе гидротуннелей. Пространство между скважинами будет детально изучаться с помощью сейсмического просвечивания и других геофизических методов. Отметка днища входных порталов гидротуннелей -3220м. и их пропускная способность 100 м³/сек каждого. Понижение уровня воды в озере Шадау более чем на 30м, позволит сделать проходку входных порталов без применения кессоннов или других устройств, обеспечивающих вхождение портала туннеля в озеро. Около входных порталов будут построены основные и запасные затворы. Такая система туннелей позволит обеспечить их ремонт и беспрерывную работу, а при необходимости временно увеличивать мощность электростанции. Между озером Шадау и саем Хурмахец будет построен аварийный туннельный водосброс с отметкой днища 3260 м, ограничивающий уровень озера. С помощью техники, прошедшей по транспортным тоннелям, пониженные части завальной плотины будут подняты. По этим же тоннелям будет доставлена техника и материалы для проведения работ по ликвидации оползней и ослабленных участков. Из транспортных тоннелей будут проходиться камеры для установки лебедок, с помощью которых будут подниматься и опускаться основные и запасные затворы, а в случае серьезной поломки затворов, вода будет перекрываться опусканием шандор с помощью таких же лебедок.
Отметка днища выходного портала -3200 м. Абсолютная отметка здания ГЭС – 2450 метров. До начала строительства из района кишлака Пастхуф (около слияния Пянджа и Бартанга) будет построена круглогодичная автомобильная дорога (т.е. с мостами, противолавинными козырьками и тоннелями) к входным порталам транспортных и гидротуннелей Сарезской ГЭС. Длина 130 км, уклон 10м/км. С этой автодороги будет съезд на плотину Бартангской ГЭС и на дорогу к зданию Сарезской ГЭС вдоль левого берега Бартангского водохранилища.
Когда все перечисленные объекты будут готовы, все оползни и ослабленные зоны на берегах Сарезского озера будут ликвидированы запатентованным способом, обеспечивающим возникновение минимальной высоты волны при обрушении оползня в озеро [6].
Сущность способа состоит в следующем. После детального изучения склона намечается положение взрывных скважин, положение и вес в них зарядов. Взрыв всех зарядов производится одновременно. Основная задача взрыва разорвать тело оползня на разновеликие блоки с тем, чтобы они сталкивались между собой как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. При этом чтобы кинетическая энергия блоков расходовалась на саморазрушение, а не на увеличение скорости смещения оползня в целом. Этот способ позволит снизить скорость смещения оползневой массы и разобьет оползень на множество мелких блоков, т.е. трансформирует его в крупнообломочную осыпь, которая медленно сползет в озеро, не вызывая высокой волны. (Прим. №1, Прим.№ 2, Прим. № 3, Прим. № 4).
После завершения строительства туннелей и ликвидации всех опасных участков уровень воды в озере Сарез-Шадау будет поднят до отметки 3260 м, т.е. на 10 метров выше современного уровня. Места втекания воды на верхнем бьефе плотины будут найдены с помощью геофизических методов и закольматированы современными изоляционными материалами. Вода в туннельный водозабор будет поступать с глубины 35-40 метров, с постоянной температурой 5-6 градусов С. Напор воды составит 800 метров. Мощность Сарезской ГЭС при работе только в зимний период составит 750 МВт.
Мургабская ГЭС на реке Мургаб. Расстояние до створа взрывонабросной плотины:
- от устья реки Ак-джилга (левого притока р.Мургаб, вниз) -3 км;
- от устья реки Западный Пшарт (правого притока реки Мургаб, вверх) – 6 км;
- от райцентра Мургаб (вниз по реке) – 70 км;
- от точки впадения реки Мургаб в Сарезское озеро – 22 км.
Уровень водохранилища – 3550 метров. Максимальный напор с учетом прокладки деривационных труб — 250 метров, объем водохранилища – 2,5 км³, мощность – 75 МВт при работе круглый год. По предварительным расчетам заполнение водохранилища будет происходить в течение двух с половиной лет. В этот период приток воды в Сарезское озеро сократится в три раза. Одновременно с усилением фильтрации через Усойский завал понижение уровня воды в Сарезском озере ускорится. Т.е. эти работы нужно производить в такое время, когда для выполнения Сарезкой программы по обрушению оползней и ослабленных участков нужен самый низкий уровень озера. Когда заработает Бартангская ГЭС, Мургабская электростанция будет работать только в зимний период и мощность ее удвоится.
Единое Памирское энергетическое кольцо. АРУ Сарезской ГЭС с помощью кабельных тоннелей и подводных высоковольтных кабельных линий, проложенных по дну Сарезского озера будет соединена КЛЭП-220 с АРУ Мургабской ГЭС. Последняя с помощью КЛЭП-220 и ЛЭП-220 будет соединена с райцентром Мургаб. От райцентра Мургаб до Ишкашима, а затем по реке Пяндж ЛЭП-220 будет построена до АРУ Бартангской ГЭС. АРУ Бартангской ГЭС будет соединена с АРУ Сарезской ГЭС с помощью КЛЭП-220 и ЛЭП-220. Таким образом, будет построено единое Памирское энергетическое кольцо. К нему будут подключаться магистральные ЛЭП меньшей мощности, которые будут протянуты к наиболее крупным потребителям. Общая мощность Памирской системы ГЭС будет равна в летний период – 400 МВт, в зимний -1300 МВт.
Заключение
1.Предложенный проект позволит привести Сарезское озеро гарантированно в безопасное состояние.
2. Мощность предлагаемой энергетической системы достаточна для освещения и отопления всех населенных пунктов, снабжения электроэнергией всех предприятий ГБАО и поставки части электричества на экспорт.
3. Осуществление данного проекта вызовет необходимость перенесения на новые места всех населенных пунктов в долине реки Бартанг, что приведет к их благоустройству.
4. Гидромелиоративное и сельскохозяйственное освоение всех ровных и склоновых участков в долине реки Бартанг. Великий биолог двадцатого века Николай Иванович Вавилов во время пребывания на Памире в 1916 году сделал интересное открытие. Он заметил, что многие виды растений из равнинных районов, выращенные на Памире на высотах от двух до двух с половиной тысяч метров, биологически более активны, достигают больших размеров и дают рекордные урожаи плодов. Так, в кишлаке Басид в верховьях Бартанга растет яблоня, которая плодоносит два раза в год. Для реализации идеи Н.И.Вавилова профессор А.В.Гурский организовал в Хороге Памирский ботанический сад и двадцать пять лет был его директором. После отъезда А.В.Гурского из Хорога об этой идее забыли, и Памирский ботанический сад начал работать, как обычный садовый питомник. Если будут реализованы природные возможности долин Бартанга, Язгулема, Ванча, Нульванта и прилегающей к Калайхумбу территории, то они позволят не только накормить голодный Памир, но и производить экологически чистую сельскохозяйственную продукцию и лекарственные травы на экспорт.
5. Большое количество электричества позволит построить отапливаемые поселки и животноводческие помещения на восточном Памире, выращивать на корм скоту быстро созревающий ячмень, который вывели российские селекционеры на биостанции Чечекты. Все это позволит поднять животноводство на восточном Памире на новый уровень.
6. Наличие достаточного количества электричества будет стимулом для дальнейшей геологической разведки недр Памира и добычи таких полезных ископаемых: золото, серебро, олово, поделочные камни, а возможно и алмазы.
7. Современная автомобильная дорога и транспортные тоннели позволят построить в долине Бартанга и на Сарезском озере небольшие туристические отели и сделать туризм одной из основных статей дохода.
8. Чистая вода водохранилищ позволяет строить форелевые хозяйства и разводить форель (вместо лжеосмана и маринки, которые сейчас есть в Сарезском озере и реке Мургаб).
9. Экологически чистые целебные травы и источники термо-минеральных вод позволят строить современные здравницы.
10. Проект приведения Сарезского озера в гарантированное безопасное состояние и строительство системы Памирских ГЭС. Предусматривается: первоначальное понижение уровня Сарезского озера и строительство защитной дамбы и плотины. Ликвидацию всех оползней и ослабленных участков с помощью, разработанного автором способа трансформации грандиозных оползней в крупнообломочные осыпи. Строительство четырех электростанций и Памирского энергетического кольца. Общая мощность 4-х Памирских ГЭС летом – 400 МВт, а зимой -1300 МВт. (Сейчас общая мощность двух Памирских ГЭС 21 МВт и планируется ее увеличение на 14 МВт, т.е. всего 35 МВт). Мощность предлагаемой энергетической системы достаточна для освещения и отопления всех населенных пунктов, снабжения электроэнергией всех предприятий ГБАО и поставки части электричества на экспорт. Общая стоимость проекта – 7 миллиардов долларов США. Стоимость изыскательских работ – 700 миллионов долларов США.
11. Чистая вода в Сарезском озере обусловлена наличием глубинной (70-80 м) зоны фильтрации воды через завальную плотину. При прохождении через озеро вода отстаивается от взвеси. Солевые растворы, которые могут образовываться в результате растворения солей на бортах озера, опускаются вниз в застойную зону. На всех четырех ГЭС водозаборные устройства будут находиться на глубине от 20 до 40 метров от уровня воды, что позволит сохранить чистую ультрапресную воду. Среднегодовой расход воды с минерализацией 250-280 мг/литр ниже плотины Бартангской ГЭС будет равен 130 м³/сек, т.е. в три раза больше, чем на Сарезском озере. Если эта вода понадобится потребителям, то длина водовода сократится почти на 200 километров, причем в самой трудной для строительства водовода части.
12. Проект приведения Сарезского озера в гарантированное безопасное состояние и строительство системы Памирских ГЭС. Предусматривается: первоначальное понижение уровня Сарезского озера [7,9] и строительство защитной дамбы и плотины. Ликвидацию всех оползней и ослабленных участков с помощью, разработанного автором способа трансформации грандиозных оползней в крупнообломочные осыпи [6]. Строительство четырех электростанций и Памирского энергетического кольца. Общая мощность 4-х Памирских ГЭС летом – 400 МВт, а зимой -1300 МВт. (Сейчас общая мощность двух Памирских ГЭС 21 МВт и планируется ее увеличение на 14 МВт, т.е. всего 35 МВт). Мощность предлагаемой энергетической системы достаточна для освещения и отопления всех населенных пунктов, снабжения электроэнергией всех предприятий ГБАО и поставки части электричества на экспорт. Общая стоимость проекта – 7 миллиардов долларов США. Стоимость изыскательских работ – 700 миллионов долларов США.
13. Итак, для того чтобы поднять на современный уровень жизнь в Горно-Бадахшанской области Таджикистана и получить опыт освоения высокогорных районов, нужно реализовать проект стоимостью семь миллиардов долларов США, который окупится за 10-15 лет после окончания строительства, а затем начнет постоянно на протяжении многих лет приносить значительную прибыль.
Но в ближайшие годы разумнее затратить всего 30-35 миллионов долларов США на понижение уровня Сарезского озера на 50 метров естественным путем. Это гарантия того, что при катастрофе уменьшатся разрушения в пределах ГБАО, а в низовьях Аму-Дарьи их не будет. Одновременно с понижением уровня Сарезского озера путем усиления фильтрации, в верховьях реки Гудары построить одноименную ГЭС, используя в качестве плотины прорванную плотину древнего завального озера. К плотине озера есть грунтовая автомобильная дорога. Мощность двух очередей Гударинской ГЭС с деривационными туннелями или трубами будет равна 200 МВт, а стоимость строительства в три раза меньше, чем варианта Сарезской ГЭС мощностью 150 МВт, предлагаемого швейцарской фирмой STUCKY [8]. Когда Таджикистан станет богаче и будет иметь более развитую экономику, можно продолжить реализацию проекта строительства системы Памирских ГЭС и приведение озера в гарантированно безопасное состояние.
Прим.№ 1. Поверхность смещения Правобережного оползня является плоскостью только в первом приближении. На представленных разрезах (рис.10,11,12) нанесены ее осредненные значения. При планировании формы и размеров блоков нужно учитывать изменение векторов наклона этой поверхности для того, чтобы блоки смещались по ней в максимально разных направлениях, сталкиваясь и мешая друг другу двигаться с большой скоростью. При этом верхние уже разрушенные слои оползня будут расчленены на еще большее количество мелких блоков. Оползень превратится в крупнообломочную осыпь, и его погружение в озеро не вызовет возникновения высоких волн. Но тем не менее, нужны дополнительные меры безопасности, страхующие от ошибок в расчетах и возможности одновременного обрушения двух ослабленных участков. Прим.№ 2. Примером аналогичных взрывов является ликвидация МЧС РФ двух домов в Москве на улице Гурьянова, пришедших в непригодное для проживания состояние в результате теракта. Работники МЧС разместила в этих домах большое количество небольших зарядов ВМ. При этом учитывалось строение зданий и их прочностные свойства. После единовременного взрыва дом был разорван на блоки, которые, падая, разрушали друг друга. Поэтому дом опускался медленно и плавно, и все блоки превратились в груду обломков. Разлета осколков при этом практически не было, т.к. заряды ВМ были небольшими и были распределены по всему дому, радиус сейсмически опасного воздействия был минимальным. Рядом стоявшие дома не пострадали ни от разлета осколков, ни от сейсмического сотрясения. Сложность ликвидации Сарезских оползней состоит в том, что мы не имеем крупномасштабных планов и разрезов их строения. Не знаем их прочностных свойств. Для помещения зарядов нужно бурить скважины. Но все это выполнимо. А принцип трансформации оползня в крупнообломочную осыпь такой же, как и разрушение указанных домов взрывом. Прим.№ 3. Политическим аналогом этого способа может быть развал Советского Союза. Когда в результате предательской деятельности руководства СССР и России, все республики начали двигаться в разных направлениях, создавая помехи и проблемы друг другу. Энергия населявших СССР народов пошла не на развитие экономики и создание материальных ценностей, а на создание новых армий, границ, таможней, остановку заводов, передачу своим потенциальным противникам военных объектов, беспорядочное переселение людей и разжигание взаимной вражды. Прим.№ 4. Разработанный мною способ я обсудил с к.т.н. инженером-полковником Владимиром Семеновичем Гаваза, бывшим начальником кафедры Военно-инженерной академии имени В.В.Куйбышева, а сейчас генеральным директором ООО “НПО Юниэкспл”. Принцип он одобрил и сказал, что когда потребуется, его предприятие сможет выполнить эту работу.
Литература 1.Ю.Акдодов, Ю.М.Казаков, В.В.Лим, Л.П.Папырин, Г.А.Прокофьев, В.С.Гончаров и др.
2.Ю.М.Казаков, Ю. Акдодов, В.В.Лим, Г.В.Шафиев, А.И. Чижаньков, Л.П.Папырин, К.А.Гулакян «Детальные инженерно-геологические исследования оползнеопасных склонов Сарезского озера за 1988-1990 г.г.» Душанбе, 1990г.
3. Л.П.Папырин и др. “Отчет о инженерно-геологических исследованиях
в районе Сарезского озера и долин рек Мургаб и Бартанг
за 1975-1977 годы”. Геофизические работы. Душанбе.1977год. ТГФ.
4. Л.П.Папырин, Л.А.Шалюпа “Результаты инженерно-геологических
исследований для прогноза дальнейшего развития оползней в нижней части
Сарезского озера за 1982-1984 годы”(геофизические работы), Душанбе, 1984г, ТГФ.
5. Л.П.Папырин “Комплексные инженерно-геологические исследования
в районе Сарезского озера для оценки устойчивости склонов и прогноза
развития геологических процессов за 1985-1987 годы”
(геофизические работы), Душанбе. 1987г. ТГФ.
6. Л.П.Папырин «Способ понижения высоты и уменьшения энергии
волн в глубоком водоеме, при обрушении в него оползневого
массива». ЕВРАЗИЙСКИЙ ПАТЕНТ № 002565. Выдан 27 июля 2002 года.
7. Л.П. Папырин «Способ стабилизации и понижения уровня воды горного
завального озера». Решение о выдаче ЕВРАЗИЙСКОГО ПАТЕНТА
от 17 марта 2003 года.
8. Л.П.Папырин «Итоги Международной технической конференции
«Сарезское озеро: современное состояние, проблемы безопасности и перспективы рационального использования его водных ресурсов»
г.Нурек, Таджикистан, 2-4 сентября 2009 г. http://sarez-lake.ru/itogi-megdynarodnoi-tehnicheskoi-konferencii.
9. Г.П.Постоев, Л.П.Папырин «Способ понижения уровня воды
горного завального озера». Патент СССР № 177499. Заявка № 485937
от 22 июня. Приоритет изобретения – август 1990 г.