23213 (761789), страница 2
Текст из файла (страница 2)
А. Многоцелевые водохранилища
Плотина Гувера на реке Колорадо является выдающимся примером инженерного проекта, предусматривающего использование одного гидротехнического сооружения для многих целей. Бетонная плотина высотой 726 футов и массой 3,25 млн. куб. ярдов преграждает течение Колорадо в Блэк-Каньоне, обеспечивая достаточные запасы воды и полностью регулируя сток ниже по течению. При этом ставятся четыре основные цели. Запасенная вода может отводиться вниз по течению для орошения земель в калифорнийских долинах Импириал и Коа-челла. Ее также можно использовать для удовлетворения бытовых, сельскохозяйственных, торговых и промышленных нужд в количестве' 1500 куб. футов в минуту. Энергия воды, проходящей через плотину, преобразуется в электроэнергию, продаваемую штатам Аризона и Калифорния и Лос-Анджелесу. Часть объема водохранилища, примерно 9,5 млн. акр-футов, резервируется для регулирования пиков паводков, которые могут вызвать разрушительные наводнения ниже по течению, что особенно характерно для долины Импириал. Помимо решения этих четырех комплексных задач (орошения, водоснабжения, выработки гидроэлектроэнергии и борьбы с наводнениями), водохранилище создавалось с целью улучшения условий судоходства в нижнем течении Колорадо. Судоходство имеет чисто теоретическое значение, однако именно ему принадлежит главенствующая роль: улучшение условий судоходства явилось конституционным предлогом для федеральных усилий по осуществлению проекта такой значимости.
Сооружение плотины Гувера было утверждено Законом 1928 г. о проекте Боулдер-Каньон на основе договоренности между штатами. Впервые соглашение о распределении запасов воды было заключено между штатами бассейна реки Колорадо в 1922 г. Однако до 1929 г. Закон не был окончательно ратифицирован из-за поправок, внесенных различными штатами, и позиции Аризоны, отказавшейся от каких-либо соглашений. Подготовка к созданию плотины началась десятью годами раньше, при составлении разработок в Бюро мелиорации, когда были проведены первые серьезные исследования возможности использования реки в качестве источника энергии. Эти исследования привнесли в решение главной задачи уже накопленный опыт по созданию многочисленных менее масштабных и сложных планов использования рек в западных штатах.
К моменту принятия решения о строительстве плотины Гувера в мире уже существовало несколько заслуживающих внимания проектов крупных многоцелевых водохранилищ. Были составлены и многочисленные проекты, преследовавшие две или три цели, однако большинство из них не предусматривало строительства водохранилищ. Последние были характерны преимущественно для Западной Европы и Запада США. В Рурско-Вестфальском районе примерно в конце прошлого века была создана серия из семнадцати небольших плотин. Основным их назначением являлось создание запасов воды для промышленного и городского водоснабжения, для выработки электроэнергии и для ослабления паводков9. Мельничные плотины задерживали воду для нужд промышленности и вращения водяных колес; иногда вода использовалась для водоснабжения городов, но в любом случае это были типично одноцелевые, небольшие но высоте сооружения. С появившейся в 1891 г. возможностью передачи электричества на большие расстояния производство гидроэлектроэнергии стали комбинировать с другими задачами. Так, в 1911 г. на водохранилище Рузвельта на Солт-Ривер в США Бюро мелиорации объединило выработку электроэнергии с созданием запасов воды для орошения. Вопрос же о целесообразности создания водохранилища Хетч-Хетчи на землях национального парка в целях улучшения коммунального водоснабжения и обеспечения электроэнергией Сан-Франциско занимал общественное внимание с 1913 г. вплоть до начала его строительства в 1924 г.
Для Южной Америки, Азии или Африки не характерно создание многоцелевых проектов водохранилищ. Это не означает, конечно, что водохранилища там не использовались для нескольких целей или что концепция многоцелевого проекта не привлекала внимания общественности. Ирригационные запруды, созданные в Индии под британским руководством как мера по борьбе с голодом в засушливых районах, предусматривали использование некоторого количества воды для хозяйственно-бытовых нужд, что крайне актуально в безводных районах. На подходящих участках оросительные каналы использовались также для судоходства. Новые знания об электричестве позволили инженерам устанавливать электротурбины иа концах водопроводов для обеспечения городов электричеством. Согласно некоторым проектам по спрямлению русл, генераторы устанавливались в местах навигационных шлюзов. Таким образом, вырабатывалась электроэнергия, которая в противном случае безвозвратно терялась бы. В Восточной Азии водохранилища в низовьях рек сочетали судоходство или регулирование паводков с использованием воды для орошения.
Для низовий некоторых судоходных рек, таких, как Сена, По и Миссисипи, характерен иной вариант многоцелевых проектов, не предусматривающий создания водохранилищ. Спрямление изгибов рек за счет строительства каналов, углубление русл и другие работы позволили одновременно улучшить круглогодичную судоходность этих рек и ускорить протекание паводков и, таким образом, уменьшить площадь затопления и высоту подъема уровня воды. Более того, немецкие и английские инженеры уже в XVII столетии составили проекты отвода паводковых вод и восстановления сельскохозяйственных земель за счет дополнительного дренирования речных берегов и болотистой местности в Кембриджшире и Линкольншире. Строго говоря, дренаж всегда проводится параллельно с противопаводковым контролем, когда последний осуществляется посредством регулирования русла. Прекрасным подтверждением этому являются примеры рек Язу и Чао-Фиа.
Во всех странах мечта о комплексном развитии речных бассейнов далеко опередила действительность. В 1890 г. сэр Уилфред Уиллкокс мечтал о серии плотин двойного назначения на Ниле и рассматривал свой проект нижней Асуанской плотины как предвестник более масштабных проектов в будущем. Немецкий инженер Маттерн, основываясь на работах Интзе и других авторов, в 1902 г. выступал за разработку комплексных проектов как пути к более интенсивному использованию воды. Эти же соображения высказывались и в отчете Комиссии по внутренним водам США в 1908 г. В этом отчете глубоко затрагивались проблемы государственной и частной ответственности за водный транспорт и выработку гидроэнергии, а также вопросы координации федеральной деятельности. Наряду с этим в нем признавалась и возможность сочетания орошения, судоходства, выработки энергии, контроля наводнений, водоснабжения и других аналогичных задач в одних и тех же проектах. В 1915 г. инженер-строитель, профессор Гарвардского университета, писал об электроэнергии:
Эта энергия вырабатывается в результате преобразования энергии речной воды, однако реки могут использоваться и для других целей, таких, как орошение, водоснабжение и судоходство. Действительно, рациональное использование рек подразумевает все четыре варианта водопользования. Одноцелевое освоение реки должно быть максимально согласовано с ее использованием в других целях. Все силы должны быть направлены на получение максимальных преимуществ. Четыре упомянутых выше варианта использования неразрывно связаны между собой. Особенно это относится к двум из них - выработке электроэнергии и судоходству в тех случаях, когда для этого есть экономические возможности.
Учитывая, что борьба за комплексные подходы к использованию рек началась задолго до создания плотины Гувера, закономерен вопрос, почему подобный проект не был осуществлен раньше. Отчасти это объясняется совершенствованием инженерных технологий. Проект многоцелевого водохранилища подразумевает, как правило, возведение более крупных сооружений, что требует улучшения качества фундамента и расчета массы с тем, чтобы выдержать большую нагрузку. Бетон в строительстве высоких плотин не применялся вплоть до начала века, но в 1915 г. он был использован при сооружении плотины Эрроурок высотой 354 фута и, наконец, в плотине Гувера для более надежного крепления больших блоков, до 60 футов в поперечнике.
Метод грунтовой засыпки мусора в гигантские сооружения, такие, как Форт-Пек на Миссури, до недавнего времени не применялся, поскольку он, хотя и основан на использовании более дешевого материала, зависит от наличия мощных землеройных машин и точного знания способов обработки основной породы, что стало реальностью только начиная с 20-х годов нашего века. До тех пор, пока не были введены новые технологии, строительство больших земляных плотин, особенно на реках в семиаридных и аридных районах, было достаточно рискованным предприятием.
Помимо проектирования и строительства плотин, имелись и другие технологические достижения. Наиболее значительным из них было, вероятно, быстрое совершенствование способов передачи электроэнергии на большие расстояния в период между 1900 и 1925 гг. Таким образом, расстояние в 100 миль, считавшееся электрическими компаниями в 1910 г. нерентабельным, оказалось коротким по сравнению с 200-мильной линией электропередач, которую в 1929 г. южнокалифорнийские деловые круги планировали присоединить к плотине Гувера. При многоцелевом использовании одного гидротехнического сооружения выработка электроэнергии с коммерческой точки зрения, несомненно, является наиболее выгодной сферой деятельности. При коммунальном водоснабжении могли окупиться крупные капиталовложения, но транспортировать и продавать электроэнергию было не так-то легко. Как только стала возможна дешевая передача электричества на большие расстояния, оживление на рынке электроэнергии начало расти с головокружительной скоростью. Выработка предназначенной для продажи электроэнергии, наряду с орошением или противопаводковой защитой, сделала заманчивыми многие проекты, раньше привлекавшие мало внимания19. Получению электроэнергии отводилась основная роль на плотине Гувера, в первых французских планах освоения Роны в 1933 г. и на большинстве многоцелевых сооружений в Индии, таких, как плотина Бахра в верхнем течении реки Сатледж.
Однако частные электрические компании в США энергично противились объединению мощностей по выработке энергии на федеральных водохранилищах. Отчасти это объяснялось угрозой их монополии в условиях, когда государство наделено привилегиями, отчасти - глубокой озабоченностью непосредственным участием правительства в выработке электроэнергии, что предусмотрено конституцией. Когда возникло предложение объединить в одном проекте получение электроэнергии и улучшение судоходства, являвшегося исключительной прерогативой федерального правительства, возникли определенные сложности. Основная их причина заключалась в том, что от частных компаний нельзя было ожидать принятия на себя прямой ответственности за обеспечение судоходства или за борьбу с наводнениями, а также бескорыстной поддержки проектов освоения земель. Со своей стороны,сторонники федеральной гидроэнергетики противились любому предоставлению полномочий частным компаниям на одноцелевых объектах под контролем государства. Закон о водохранилищах 1906 г. стал в США первой попыткой в законодательном порядке решить вопросы строительства на судоходных реках, осуществляемого не на Федеральном уровне, и особое внимание уделил созданию благоприятных условий для судоходства и миграций рыб. Затем последовала продолжительная дискуссия, кульминацией которой стало принятие в 1920 г. Закона о развитии федеральной гидроэнергетики, значительно более точно регулировавшего частное строительство21. Полемика шла также между государством и отдельными штатами. Так было, например, в 1908 г. в Нью-Йорке, когда Комиссия штата по водообеспечению выдвинула предложение о государственном строительстве водохранилища на реке Сакандога для ослабления наводнений и выработки электроэнергии.
Оппозиция многоцелевым проектам поддерживалась также инерцией при проектировании и широко распространенным мнением о том, что на базе безопасного и рентабельного проекта обычно невозможно сочетать выработку электроэнергии с другими задачами. Так, изучение множества учебников по инженерно-строительному делу, изданных в течение трех первых десятилетий века, свидетельствует о незначительном внимании к многоцелевым проектам либо даже об их полном игнорировании. В отчете специального комитета Американского инженерно-строительного общества о достигнутых успехах при решении проблем наводнений на Миссисипи в 1916 г. отмечалось:
Существует широко распространенное заблуждение, будто одно и то же водохранилище можно одновременно использовать для ослабления наводнений, увеличения низкого расхода воды в реке и выработки гидроэлектроэнергии, которая может передаваться на расстояние. Однако использование водохранилища для решения любой из этих задач, как правило, мешает эффективному решению других... Тем не менее наш комитет не собирается в целом осуждать использование водохранилищ для нескольких целей. Он верит, что практическое решение проблемы наводнений в некоторых долинах будет осуществляться за счет разрешения акционерным обществам строить водохранилища, в которых часть воды может быть использована для выработки электроэнергии, а оставшиеся запасы — для предотвращения наводнений.
Десятью годами позже в одной из работ по гидроэнергетике все еще отстаивалась примерно та же точка зрения. Одно целевой подход продолжал существовать. И вероятно, наиболее показательным примером этого было создание Управления защиты природных ресурсов долины Майами. По новому природоохранному законодательству штата Огайо, принятому после катастрофического паводка 1913 г., Управлением были проведены работы по спрямлению русла и построено пять противопаводковых водохранилищ без регулируемых отверстий в плотине для предотвращения любого повторения пиков наводнений. Единственная цель при проектировании водохранилищ заключалась в достаточно длительной аккумуляции паводковых вод во избежание разлива реки ниже по течению. У каждого из водохранилищ была установлена дощечка с надписью:
Водохранилища Управления защиты природных ресурсов долины Майами предназначены для предотвращения наводнений. Их использование для выработки электроэнергии или для образования запасов воды создаст угрозу городам, расположенным ниже по течению.
На протяжении двадцати лет после 1908 г. организации, занимавшиеся изучением водных ресурсов, получали указания или разрешения со стороны федеральных органов исследовать другие возможные варианты использования воды в дополнение к основным стоящим перед ними задачам. Так, Бюро мелиорации было поручено исследовать возможность выработки электроэнергии, а затем и муниципального водоснабжения. Перед Корпусом инженеров ставилась задача объединить производство гидроэнергии и судоходство, а в дальнейшем и противопаводковую защиту. Федеральная комиссия по энергетике должна была учесть этот комплекс целей при пересмотре и выдаче лицензий на строительство электростанций. Тем не менее не было строгой регламентации ожидаемых результатов, и различные ведомства относились к этим указаниям скорее как к рекомендациям, чем как к директивам. В эти годы соответственно мало внимания уделялось и контролю за загрязнением воды. И хотя всегда проявлялась забота о сохранении рыбных запасов в водохранилищах, по мере укрупнения проектов и усиления конкуренции между федеральными органами наносился ущерб интересам рекреации, сохранения мест обитаний диких животных и эстетического восприятия природы. Природоохранным организациям пришлось приложить немало усилий, чтобы добиться серьезного внимания со стороны проектировщиков.
Расширение объема общественных работ в США в период с 1933 по 1939 г., вызванное необходимостью выхода из экономической депрессии, обусловило широкое распространение идеи комплексного планирования по всей стране. Благодаря значительным субсидиям и ссудам для целей уменьшения безработицы была построена целая серия новых водохранилищ, служивших двум или более задачам. Как правило, планы создания этих водохранилищ проходили экспертизу различных водохозяйственных организаций. Непосредственные выгоды от них ощущались достаточно широко, но их создание было под силу лишь федеральным органам, так как только они могли определить размер государственных субсидий. В дополнение к проекту комплексного развития бассейна реки Теннесси Бюро мелиорации приступило к реализации проектов Гранд-Кули, развития Центральной долины Калифорнии и Коло-радо-Биг Томпсон, а Корпус инженеров занялся проектами Бонневилль, Форт-Пек и верхнего Огайо. Различные объединения, созданные в отдельных штатах, такие, как Управление энергетики и ирригации штата Небраска и Комитет по защите реки Маскингем в Огайо, получили федеральную помощь. В отчетах Комитета долины Миссисипи и Национального комитета по природным ресурсам, а также их преемников большое внимание уделялось вопросам создания многоцелевых водохранилищ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
