СПОСОБ СОЗДАНИЯ УСЛОВИЙ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЗАТОПЛЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ БАЛАКОВСКОЙ АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ Российский патент 2013 года по МПК E02B3/00 E02B9/02 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к области проектирования и строительства гидротехнических сооружений, предназначенных для защиты объектов, размещенных в зоне возможного воздействия на них водных масс, которые могут прорваться из водохранилищ, расположенных выше защищаемого объекта, в случае разрушения их подпорных плотин при землетрясениях.

Уровень техники

По информации (1), размещенной на портале Госкорпорации по атомной энергии (www.minatom.ru), Балаковская АЭС расположена на левом берегу реки Волги в 10 километрах северо-восточнее города Балаково Саратовской области. Левобережная часть реки Волги, на которой расположена площадка АЭС, - низменная. Балаковская АЭС, как водопользователь, обеспечивается водой из реки Волги по открытому подводящему каналу к водоему-охладителю, вдоль которого размещены все корпуса энергоблоков. Уровень зеркала Саратовского водохранилища, из которого поступает вода в водоем-охладитель Балаковской АЭС, имеет отметку +28 метров по балтийской системе высот, а уровень воды в Жигулевском водохранилище достигает отметки +53 метра. В связи с тем, что Саратовская ГЭС, плотина которой поддерживает запас воды в Саратовском водохранилище, не имеет накопительного водоема, вся вода, поступающая через плотину Жигулевской ГЭС, пропускается транзитом в Волгоградское водохранилище. Указанная взаимосвязь в функционировании Жигулевской и Саратовской ГЭС отмечена в «Заключении независимой экспертизы проекта достройки Балаковской АЭС», результаты которой представлены на пресс-конференции в Москве 4 ноября 2005 года (2). По мнению членов комиссии, в состав которой входили кроме независимых экспертов также и активисты Балаковского отделения Всероссийского общества охраны природы, «выбор площадки для размещения новых энергоблоков Балаковской АЭС крайне неудачен с точки зрения устойчивости грунтов, сейсмичности, опасной близости к крупному промышленному городу Балаково и реке Волга, имеющей питьевое и водохозяйственное значение». Директор программы по ядерной и радиационной безопасности Российского Зеленого Креста, заместитель председателя экспертной комиссии Владимир Кузнецов заявил: «авторы проекта произвольно спроектировали все значения из расчета 6 баллов для случая проектного землетрясения и 7 баллов для случая максимального проектного землетрясения. Такая постановка вопроса абсолютно недопустима по отношению к АЭС. Все это усугубляется возможностью затопления площадки АЭС водой из Жигулевского водохранилища в случае разрушения плотины Жигулевской ГЭС по причине землетрясения или другого события. Опасность повышается еще и в связи с тем, что на площадке Балаковской АЭС предполагается хранить отработавшее ядерное топливо и радиоактивные отходы». В корреспонденции журналиста Сергея Хазова, размещенной 19 сентября 2008 года на сайте svobodanews.ru под заголовком «В ожидании землетрясения. Жигулевская ГЭС угрожает жителям Тольятти» (3), сообщается: «… в весеннее половодье гидроэлектростанция начинает сбрасывать с верхнего бьефа на нижний большие объемы воды. Падающий с сорокаметровой высоты поток вызывает большую волну, которая разрушает берег, и микроземлетрясения в прилегающих к ГЭС территориях. И четверть века назад, сразу после постройки, и сейчас в квартирах блочных многоэтажек в Комсомольском районе Тольятти стены трясутся так, что звенят люстры. По данным самарского министерства по чрезвычайным ситуациям сегодня в Тольятти на особом учете состоит 122 дома. У всех зданий есть трещины строительных и внутренних конструкций, межпанельных стыков, сверхнормативный крен или иные дефекты и симптомы разрушения. Всего в зоне потенциальной угрозы разрушения рядом с Жигулевской ГЭС находится 309 домов жилой площадью более миллиона квадратных метров, из них более половины - высотой девять и более этажей». «Из-за колебаний грунтов активизируются оползни и обвалы. Колебания усиливаются при расходах воды свыше 12 тысяч кубометров в секунду, при расходах свыше 16 тысяч кубометров в секунду ситуация не поддается регулированию. В 2005 году в паводковый период в соответствии с планом Федерального агентства водных ресурсов министерства природных ресурсов России максимальные расходы воды составили 30 тысяч кубических метров в секунду, что вдвое больше допустимых по сейсмобезопасности норм». Собственный корреспондент газеты «Труд» в Самаре Петров Александр опубликовал 27 января 2007 года в выпуске №014 статью под заголовком «Плотина дышит на ладан» (4), в которой сообщается, что «… в случае разрушения плотины Жигулевской ГЭС, по мнению кандидата геолого-минералогических наук, директора Волжского отделения Института геологии и разработки горючих ископаемых Андрея Александрова, частично будут затоплены Самара, Сызрань, Октябрьск и еще около 200 населенных пунктов. На территории возможного затопления проживает более 400 тысяч человек и расположены свыше 80 хозяйственных объектов, в том числе и предприятия химической промышленности. Нет гарантии, что при таком развитии ситуации огромный напор воды выдержат находящиеся ниже по Волге плотины Саратовского и Волгоградского гидроузлов». Главный инженер этого Федерального государственного унитарного предприятия Николай Яковлев сообщил, что «… когда полвека назад начали строить ГЭС в Жигулях, о геологических разломах под ней не знали. Этот район вообще не считали сейсмоопасным. А сейчас на карте сейсмического районирования России Жигулевский полигон отнесен к семибальной зоне!». 8 декабря 2008 года в 91 номере тольяттинской «Новой газеты» в корреспонденции «В Тольятти фундаменты домов трескаются из-за работы Жигулевской ГЭС» (5) сообщается: «Шесть лет независимых исследований показали, что трещины в фундаментах домов Комсомольского района Тольятти возникают благодаря работе Жигулевской ГЭС - самой мощной электростанции в Волжском гидроэнергетическом каскаде. В районе фиксируется сейсмическая активность, из-за которой уже пострадали около двухсот домов. В настоящее время тольяттинские парламентарии размышляют, закладывать ли средства на ремонт зданий в городской бюджет или возложить эту обязанность на энергетиков. Руководство ГЭС на встрече с депутатами заявило, что готово к совместным действиям в решении вопроса воздействия Жигулевского гидроузла на окружающую территорию». 5 января 2006 года на вопрос корреспондента «Вестей» (размещен на сайте vesti.ru, индексирован 20.09.2008 года) о том, как предотвращать катастрофы, которые могут произойти из-за халатного отношения конкретных лиц к своим обязанностям, руководитель МЧС РФ С.К.Шойгу сообщил (6): «… среди объектов, которые были построены до пятидесяти лет назад, угрозу обрушения имеют 60 процентов. Взять, например, проблему Тольятти. Рядом Жигулевская ГЭС. Зона не сейсмичная. Там все спокойно, там нет никакой «балльности» высокой и прочих вещей. Но при начале сброса воды через Жигулевскую ГЭС свыше 12 тысяч кубов в секунду начинается микровибрация. И все, что расположено на берегах, а там больше 300 домов, 1,2 миллиона квадратных метров жилья, - все это трясет. И появляются микротрещины, здания начинают давать крен. Сегодня таких зданий, по-моему, 109, за которыми мы постоянно ведем контроль. Раньше давали разрешения на строительство этих домов в силу слабой изученности района, в связи со слабой проработкой возможных последствий». 27 октября 2006 года В.И.Уломов, доктор физико-математических наук, профессор геофизики, главный научный сотрудник лаборатории континентальной сейсмичности и прогноза сейсмической опасности Института физики Земли Российской академии наук, опубликовал рецензию (7) на «Отчет» под названием «Определение параметров сейсмических воздействий в районе расположения Жигулевской и Воткинской ГЭС», составленный в ЦСГНЭО (Центр службы геодинамических наблюдений в энергетической отрасли) филиала ОАО «Инженерный центр ЕЭС», в которой показал на конкретных примерах, что «… большинство аргументаций, приведенных в «Отчете», неправомерно. Не корректно и преднамеренное снижение оценок сейсмической опасности, отраженных на картах ОСР-97 для грунтов II категории (по СНиП II-7-81*) в баллах шкалы MSK-64». Далее профессор Уломов В.И. разъясняет авторам «Отчета», что «Комплект карт ОСР-97, утвержденный в марте 1998 года Российской академией наук и отмеченный в 2002 году Государственной премией РФ в области науки и техники, выявил территории, которые ранее недооценивались в отношении сейсмической опасности. Следовательно, новые оценки сейсмической опасности на картах ОСР-97 не завышены, как это пишут авторы «Отчета», а приближены к реальным природным условиям. Заниженными же на 2-3 балла оказались оценки карты ОСР-78 и всех предыдущих устаревших карт. Для гидротехнических сооружений, расположенных на территории Восточно-Европейской платформы, сейсмические воздействия прежде вообще не могли оцениваться, поскольку официального сейсмического районирования этой территории в то время не существовало». Профессор Уломов В.И. заканчивает рецензию таким выводом: «на основе приведенных в «Отчете» ЦСГНЭО материалов нет никаких оснований снижать оценку сейсмической опасности, указанную на картах ОСР-97 и в списках населенных пунктов в СНиП II-7-81∗ для грунтов II категории районов гидротехнических сооружений Воткинской ГЭС, Жигулевской ГЭС и Камской ГЭС».

Вся вышеизложенная информация с достаточной убедительностью позволяет сделать вывод о том, что первостепенной задачей в обеспечении сбережения людей, проживающих в долине Волги, является необходимость осознания возникшей опасности представителями властей всех уровней. На эту проблему обращает внимание в своей публикации (4) корреспондент газеты «Труд» в Самаре Александр Петров: «к мнению геологов местные власти относятся скептически. А геологи твердят свое: плотина Жигулевской ГЭС стоит на разломе, сейсмическая активность региона растет…».

Раскрытие изобретения

Для предотвращения затопления площадки Балаковской АЭС волной прорыва, которая может образоваться в случае разрушения сооружений Жигулевской гидроэлектростанции из-за перемещений грунтов по линиям глубинных разломов, пересекающих створ плотины, представляется целесообразным осуществить мероприятия по повышению устойчивости земляной плотины Жигулевской ГЭС к любым воздействиям на нее за счет увеличения ее ширины с обязательным размещением во всей длине и на всю высоту достраиваемой части не менее двух вплотную расположенных рядов крупногабаритных ячеек заводского изготовления со смещением стыков между ячейками в одном ряду относительно стыков между ячейками в соседнем ряду на половину длины ячейки, а для устранения вибраций под основанием гидросооружений Жигулевской ГЭС необходимо весь избыточный сток волжской воды направить по руслу реки Уса после его углубления и расширения в акваторию Саратовского водохранилища через водопропускные тоннели в районе населенного пункта Переволоки, где ширина перешейка между Жигулевским и Саратовским водохранилищами не превышает двух километров.

Осуществление изобретения

В случае принятия решения об увеличении ширины земляной плотины Жигулевской ГЭС со стороны верхнего бьефа граница достраиваемой части в акватории Жигулевского водохранилища может проходить параллельно дополнительному судовому ходу №1 на участке от 1669 километра до 1671 километра (1671 километр дополнительного судового хода №1 соответствует 1661 километру основного судового хода), а со сторон волжских протоков к водосливной плотине и к плотине с гидроагрегатами границы достраиваемой части земляной плотины должны стыковаться с концами существующей земляной плотины. Для сооружения достраиваемой части земляной плотины можно будет использовать крупногабаритные камни и отходы щебеночного производства Жигулевского комбината стройматериалов, а изготовление крупногабаритных ячеек можно будет организовать в акватории залива у населенного пункта «Яблоневый овраг». Транспортировку сплоток из ячеек от места изготовления до мест установки их в соответствии с проектными координатами в акватории Жигулевского водохранилища, имеющего в этих местах глубины до 40 метров, целесообразнее осуществлять вместе с понтонными блоками, конструкция которых содержится в описании к патенту РФ №2246421 (8). По мере отсыпки крупногабаритных камней в акваторию верхнего бьефа по линиям границ достраиваемой части земляной плотины можно производить установку на дно водохранилища сплоченных ячеек в соответствии с проектными координатами и заполнять ячейки намывным грунтом, который будет поступать от земснарядов, используемых при углублении и расширении русла реки Уса. До начала проходки тоннелей в коренных породах под перешейком между акваториями Жигулевского и Саратовского водохранилищ в районе населенного пункта «Переволоки» необходимо завершить строительство новой ГЭС, гидроагрегаты которой будут использовать энергию воды, поступающей по водопропускным тоннелям из Жигулевского водохранилища, имеющего отметку +53 метра по балтийской системе высот, в Саратовское водохранилище, имеющее отметку +28 метров. Для пропуска воды мимо гидроагрегатов в случаях их остановки должны быть сооружены водосбросные камеры с затворами. Одновременно с сооружением объектов новой ГЭС необходимо построить входные оголовки водопропускных тоннелей, предназначенные для приема воды из акватории Жигулевского водохранилища. Каждый такой оголовок должен быть оборудован устройствами для предотвращения попадания рыб в камеру с водным затвором. Необходимое количество водопропускных тоннелей протяженностью по два километра можно будет построить либо с применением той технологии, какая была использована, например, при строительстве ГЭС на реке Ингури в Грузии во второй половине двадцатого века, либо с использованием «Способа проходки горного тоннеля без вывоза породы на дневную поверхность», защищенного патентом РФ №2319836 (9). Для предотвращения образования волны прорыва из Жигулевского водохранилища до ввода в эксплуатацию всех вышеперечисленных объектов представляется безотлагательным начать немедленное понижение уровня воды в Жигулевском водохранилище до минимально необходимого. Кроме уменьшения вероятности образования волны прорыва при понижении отметок водной поверхности Жигулевского водохранилища, это мероприятие создает реальные предпосылки для начала строительства защитной дамбы, которая надежно защитит все объекты, размещенные вблизи акватории Саратовского водохранилища, в первую очередь в Самаре, от затопления их после подъема уровня воды в Жигулевском водохранилище в случае возможного разрушения железобетонной плотины Жигулевской ГЭС. Например, на острове «Ширяевский» перед горами «Жигулевские ворота» могут быть построены сейсмоустойчивые сооружения, которые будут свободно пропускать весь волжский сток при существующем уровне воды в Волге на этом участке, а при возможном подходе волны прорыва со стороны плотины Жигулевской ГЭС защитят от затопления Самару и другие населенные пункты на берегах Саратовского водохранилища. В качестве образцов конструкций гидротехнического сооружения для пропуска водных масс под многометровым слоем песка, можно использовать те, которые были применены при строительстве водопропускных тоннелей в русле реки Пионерка в Волгограде перед заполнением ее долины намывным грунтом. Конструкция затворов, предназначенных для регулирования объемов воды, которые можно вводить в водопропускные тоннели со стороны Жигулевской ГЭС, известна. Кроме водопропускных тоннелей на острове «Ширяевский» необходимо построить судоходные шлюзы, предназначенные для пропуска судов как при существующем уровне воды в Волге на этом участке, так и при повышении уровня воды перед защитной дамбой в случае возможного подхода волны прорыва со стороны Жигулевской ГЭС. После завершения сооружения водопропускных тоннелей и судоходных шлюзов на острове «Ширяевский» можно будет открыть движение судов через эти шлюзы, а существующие протоки между островом «Ширяевский» и берегами Волги перекрыть сейсмоустойчивыми дамбами. При доведении высоты всего комплекса гидротехнических сооружений на острове «Ширяевский» до уровня проезжей части на существующей плотине Жигулевской ГЭС можно будет гарантировать надежную защиту территорий на берегах Саратовского водохранилища от затопления. В связи с реальностью обеспечения надежной защиты территорий на берегах Саратовского водохранилища можно ожидать, что жители Самарской и Саратовской областей примут активное участие в инвестировании сооружения защитной дамбы путем покупки акций открытого акционерного общества «Жигулевские ворота», которое может быть создано с участием местных органов самоуправления. Существенная доля доходов, которые могут быть получены в процессе функционирования этого народного предприятия, будет поступать от арендаторов проезжей части защитной дамбы. Например, устройство на дамбе железнодорожных путей позволит обеспечить соединение железнодорожной станции Сызрань с железнодорожным узлом в Самаре, минуя плотину Жигулевской ГЭС, что снимет часть нагрузки с Сызранского железнодорожного моста. Можно также ожидать переключения части перевозок с участка «Сызрань - Тольятти - Курумоч» федеральной автомагистрали М5 на многополосную автодорогу с переходом Волги по проезжей части защитной дамбы, так как участники движения на дамбе будут чувствовать себя в большей безопасности по сравнению с проездом по плотине Жигулевской ГЭС. Можно также прогнозировать, что в перспективе именно через защитную дамбу будет пролегать трасса межконтинентальной дороги с экипажами на магнитном подвесе, по которой пассажиры, не переносящие авиаперелетов, смогут, комфортно устроившись в спальных вагонах, в течение нескольких часов доехать из европейских стран в Китай и даже в Америку по плотине между Чукоткой и Аляской. Например, поезда «Транспортного комплекса», конструкция которого раскрыта в описании изобретения, защищенного патентом РФ №2185985 (10), способны перемещаться со скоростью 500 километров в час с гарантией безопасности движения, так как между самой нижней деталью каждого движущегося вагона и стационарными устройствами дорожного полотна всегда имеется воздушный зазор.

Источники информации

1. Информация с официального портала Государственной корпорации по атомной энергии (www.minatom.ru) о Балаковской АЭС.

2. Информация с сайта Беллона.Ру от 04.11.2005 года «Общественная экспертиза против строительства второй очереди Балаковской АЭС».

3. Корреспонденция Сергея Хазова «В ожидании землетрясения. Жигулевская ГЭС угрожает жителям Тольятти» на сайте svobodanews.ru, размещенная 19.09.2008 года.

4. Статья корреспондента газеты «Труд» в Самаре «Плотина дышит на ладан», размещенная в выпуске №014 газеты «Труд» за 27.01.2007 года.

5. Информация в тольяттинской «Новой газете» «В Тольятти фундаменты домов трескаются из-за работы Жигулевской ГЭС» за 08.12.2008 года.

6. Интервью с руководителем МЧС РФ С.К.Шойгу, размещенное на сайте vesti.ru 05.01 2006 года, индексированное 20.09.2008 года.

7. Рецензия доктора физико-математических наук, профессора геофизики, главного научного сотрудника лаборатории континентальной сейсмичности и прогноза сейсмической опасности Института физики Земли РАН В.И.Уломова на «Отчет» под названием «Определение параметров сейсмических воздействий в районе расположения Жигулевской и Воткинской ГЭС», составленный в ЦСГНЭО (Центр службы геодинамических наблюдений в энергетической отрасли) филиала ОАО «Инженерный центр ЕЭС» в 2005 году.

8. Патент РФ №2246421 МПК 7, B63C 7/08, опубликован 20.02.2005 года в Бюллетене №5 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

9. Патент РФ №2319836 МПК, E21D 9/06, E21C 37/18 (2006.01), опубликован 20.03.2008 года в Бюллетене №8 Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.

10. Патент РФ №2185985 МПК 7, B60L 13/00, опубликован 27.07.2002 года в Бюллетене №21 Российского агентства по патентам и товарным знакам.

Изобретение относится к гидротехническому строительству сооружений, предназначенных для защиты объектов, размещенных в зонах возможных затоплений. Способ включает в себя направление большей части волжского стока из Жигулевского водохранилища в обход существующих гидросооружений Жигулевской ГЭС по долине реки Уса для ввода его в водопропускные тоннели под перешейком между акваториями Жигулевского и Саратовского водохранилищ, предназначенные для подачи воды на лопасти гидротурбин новой гидроэлектростанции в районе населенного пункта «Переволоки» Самарской области, а также и для холостого сброса воды в акваторию Саратовского водохранилища. Изобретение позволяет повысить степень защиты сооружений, расположенных в зонах возможного прорыва водных масс. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ создания условий для предотвращения затопления территории Балаковской атомной электростанции, включающий использование методов повышения устойчивости гидротехнических сооружений от воздействия землетрясений, отличающийся тем, что для исключения вибраций плотины Жигулевской гидроэлектростанции и грунтов под ее основанием, способных создать условия для прорыва водных масс из Жигулевского водохранилища в акваторию Саратовского водохранилища с выходом волны прорыва на территорию Балаковской атомной электростанции, необходимо направить большую часть волжского стока в обход гидросооружений Жигулевской ГЭС по долине реки Уса после углубления и расширения ее русла до района населенного пункта «Переволоки» Самарской области, где ширина перешейка между Жигулевским и Саратовским водохранилищами составляет два километра, и осуществить ввод регулируемого положением затворов объема воды во входные оголовки водопропускных тоннелей, выходные оголовки которых соединены с трактами для подачи воды к гидротурбинам новой гидроэлектростанции и к водосбросным устройствам, предназначенным для пропуска воды в акваторию Саратовского водохранилища, минуя гидротурбины новой ГЭС, в результате чего уровень воды в акватории Саратовского водохранилища можно будет поддерживать на оптимальных отметках для стабилизации поступления волжской воды в водоем-охладитель Балаковской АЭС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в районе приближения к правому и левому берегам Волги гор «Жигулевские ворота» необходимо построить сейсмоустойчивую защитную дамбу с водопропускными устройствами и шлюзами, предназначенную для удержания всей массы воды Жигулевского водохранилища в случае возможного разрушения существующих гидросооружений Жигулевской ГЭС из-за подвижек земной коры по линиям выявленных геологических разломов под плотиной ГЭС, что предотвратит выход волны прорыва в акваторию Саратовского водохранилища и затопление территорий в Самаре, в Самарской и Саратовской областях.