Современные проблемы комплексного использования гидроресурсов

Водные ресурсы, и прежде всего речной сток, издавна используются одновременно для различных целей. В современных условиях водные ресурсы кроме энергетических целей (сооружение гидроэнергетических установок) используются также для водоснабжения промышленных предприятий и коммунального хозяйства, орошения земель, водного транспорта, лесосплава, рыбного хозяйства, здравоохранения и т. д.

Еще не так давно водные ресурсы многих районов страны превосходили водопотребление и водопользование отдельными отраслями народного хозяйства могло осуществляться независимо друг от друга. Постепенно в связи с бурным ростом водопотребления, приведших в ряде крупных регионов страны к определенной напряженности водного баланса, это положение стало противоречить задачам развития народного хозяйства страны. Стремление каждой отрасли водного хозяйства получить для себя наибольшую экономическую выгоду, не сообразуясь с потребностью в воде других отраслей, перестало отвечать требованию наибольшей экономической эффективности для народного хозяйства в целом. Планирование развития и управление каждой отраслью в отдельности без должной связи с целями и условиями функционирования других отраслей приводили к серьезному нарушению материального баланса и даже дезорганизации производства. Нарушались требования по охране водных ресурсов и окружающей среды.

Все это потребовало определенной централизации в планировании развития и управлении деятельностью отдельных водопотребителей и водопользователей.

Участники водохозяйственного комплекса, которые используют воду как вещество и изымают ее из данного водоисточника, называются водопотребителями. Эта вода по истечении некоторого времени, иногда достаточно длительного, может вновь поступить в водооборот, но уже, как правило, в другом бассейне. При этом многие водопотребители возвращают воду значительно худшего качества.

Участники комплекса, которые полностью или почти полностью возвращают воду после использования без понижения ее качества (например, ГЭС) или совсем ее не изымают из водотока (например, водный транспорт), называются водопользователями.

Начало комплексному использованию водных ресурсов положено ленинским планом ГОЭЛРО. Водохранилища, построенных по этому плану такие ГЭС, как Волховская, Днепровская, Нижнесвирская и ряд других, не только служили целям гидроэнергетики, но и одновременно способствовали улучшению и развитию водного транспорта и водоснабжения некоторых промышленных предприятий и населенных пунктов.

Опыт показывает, что сооружение того или другого гидроузла будет экономически всегда более эффективно, если при этом одни и те же водные ресурсы одновременно будут удовлетворять потребность не только той отрасли народного хозяйства, для которой в первую очередь построен данный гидроузел, но и ряд других отраслей, т. е. экономически комплексное использование водных, ресурсов всегда выгоднее, чем использование их для какой-либо одной цели.

Большинство участников ВХК удовлетворяет свои потребности в воде с помощью водохранилищ гидроэлектростанций. Поэтому водохранилище каждой ГЭС практически имеет всегда комплексное назначение. Водные ресурсы как уже не раз подчеркивалось выше, велики, но не безграничны. Поэтому вода должна расходоваться каждым ВХК так, чтобы обеспечить наибольший экономический эффект для народного хозяйства в целом, а не какой-либо отдельной отрасли. Однако практическое достижение этого условия встречает немалые трудности. И причиной этому служит, прежде всего то, что интересы отдельных участников ВХК часто противоречат друг другу и удовлетворение их невозможно без компромисса. Так, в результате расхода воды из водохранилищ на орошение, водоснабжение и шлюзование судов уменьшается сток, используемый для выработки электроэнергии ГЭС. Водный транспорт заинтересован в поддержании судоходных глубин в нижнем бьефе ГЭС в навигационный период, и, кроме того, в это же время требуется дополнительная вода для целей орошения, если последняя забирается ниже створа ГЭС. Значит, обе эти отрасли будут требовать от ГЭС повышенных расходов воды летом, как раз тогда, когда энергетика в связи с сезонным спадом спроса на электроэнергию и снижением естественных расходов воды в реке стремится сберечь ее в водохранилище, так как она будет остро необходима в период осенне-зимнего пика нагрузки. Таким образом, в этот период воды может не хватить для одновременного удовлетворения требований водного транспорта и ирригации.

Во время половодий энергетика и необходимость борьбы с наводнениями требуют задержания в водохранилищах возможно большей части стока; для рыбного хозяйства тех рек, нижние участки которых служат местами нереста рыб, необходимо, чтобы часть объема весеннего половодья расходовалась на обеспечение условий для прохода рыб к нерестилищам и их затопление. Это приводит к значительному снижению энергетической эффективности ГЭС.

Имеются и другие противоречия, включая внутриотраслевые и режимные, когда требования водопользователей и водопотребителей не совпадают с естественным режимом водотока.

Достижение оптимального народнохозяйственного эффекта в этих условиях с учетом минимального воздействия на окружающую среду, случайного характера режима речного стока и поддержания заданного уровня надежности эксплуатации сооружений и оборудования комплекса является задачей очень сложной. В основе ее решения лежат так называемые методы многоцелевой оптимизации, требующей определенных вполне обоснованных уступок в удовлетворении требований отдельных компонентов комплекса.

Современные сложные многоцелевые водохозяйственные комплексы, охватывающие нередко своим влиянием большие территории, вместе с тем обычно имеют очень сложные и прочные связи со смежными отраслевыми системами и способствуют более эффективному размещению и использованию производительных сил и планомерной организации охраны окружающей среды. Такими системами прежде всего являются энергетические, а затем транспортные (судоходство и лесосплав) и др. Это обстоятельство дополнительно усложняет задачу оптимального использования водных ресурсов в условиях ВХК.

В РФ действует несколько крупных комплексных гидроузлов. В большинстве их ведущая роль принадлежит энергетике (Волжский, Камский, Днепровский, Ангарский, Енисейский и другие каскады ГЭС). На дальневосточных реках Зее и Бурее наравне с энергетикой большое значение придается борьбе с наводнениями. Примером крупнейшего ВХК служит Волжско-Камский каскад ГЭС, суммарный полезный объем водохранилищ которого составляет около 90 км³. Зарегулированный этими водохранилищами сток перераспределяется внутри года в соответствии с требованиями энергетики, судоходства, рыбного и сельского хозяйства. Полная мощность ныне действующих 11 ГЭС каскада составляет около 11 000 МВт, что позволяет ежегодно вырабатывать более 40 млрд. кВт-ч дешевой электроэнергии.

Волжская вода в настоящее время используется для орошения более 200 тыс. га. По всей длине реки от Калинина до Астрахани установлена глубина не менее 3,25 м, что позволяет значительно увеличить грузооборот и создать наиболее дешевый транспортный путь в европейской части страны. Исключительное значение для обширной территории имеют волжские воды для водоснабжения населения и промышленности.

При таком многоцелевом характере водопользования и огромном его значении для народного хозяйства в нем остро проявляются противоречия между отдельными компонентами. Так, удовлетворение требований рыбного и сельского хозяйства в весенний период вызывает необходимость значительных дополнительных неэнергетических расходов воды, вызывающих ухудшение режимов работы трех нижневолжских ГЭС, в результате чего на них теряется выработка электроэнергии за этот период до 3 млрд. кВт-ч. Из-за покрытия потребностей сельского хозяйства в воде за счет усиленной сработки волжских водохранилищ в теплый период года уменьшается зимняя, т. е. наиболее ценная, выработка электроэнергии гидроэлектростанций и снижаются их располагаемые зимние мощности. Кроме того, при такой сработке водохранилищ снижаются также необходимые глубины для водного транспорта.