ГЭС без наводнений

Ученые выяснили, как обезопасить различные области России от наводнений и какие гидростанции имеет смысл строить на притоках Амура

Как климат влияет на реки, как спастись от наводнений и как безопасно получать из воды энергию, отдел науки «Газеты.Ru» выяснил, ознакомившись с тремя недавними исследованиями, в которых изучались российские реки.

Энергетики + экологи = наука

Масштабный доклад, над которым работала группа из сотрудников Всемирного фонда дикой природы (признан в РФ нежелательной организацией и иноагентом) (WWF), ученых МГУ имени М.В.Ломоносова и других специалистов из научно-исследовательски организаций, а также экспертов индустриальной группой En+ и входящей в нее энергокомпании «ЕвроСибЭнерго», был представлен нынешним летом в Москве. В ходе работы авторы доклада проанализировали проекты 26 потенциальных ГЭС, а также существующие Зейскую и Бурейскую ГЭС (расположены на притоках Амура реках Бурее и Зее, принадлежат ОАО «РусГидро»). Исследование проводилось по двум направлениям: как ГЭС влияют на экологию, и какой вклад они внесут в социально-экономическое развитие регионов. Задача оказалась очень сложной, признает директор по природоохранной политике WWF Евгений Шварц, поэтому работа продлилась не один год, как планировалось, а целых три.

Почти 300-страничный доклад помимо выводов о влиянии конкретных проектов на экосистемы и экономическое развитие содержит методологию оценки.

«Запланированную мощность ГЭС можно получить с большим или меньшим экологическим ущербом. Задача, которую мы ставили — сделать так, чтобы обеспечить минимальное суммарное воздействие на бассейн Амура. Но это нельзя было сделать без создания методики, которая позволяла бы сравнивать воздействие отдельных ГЭС», — заявил Евгений Шварц.

Для оценки воздействия ГЭС на экосистемы были использованы три основных показателя, которые измеряются площадными значениями: изменение гидрологического режима ниже плотины ГЭС, трансформация водных экосистем выше плотины ГЭС и блокирование речного бассейна. Также в работе использовались два дополнительных показателя – это фрагментация бассейна и изменение стока наносов.

По результатам исследования, наиболее безопасными в экологическом отношении оказались перспективные ГЭС на притоках Амура: Верхне-Ниманская (мощность - 500 МВт) и Усманская (100 МВт) в Хабаровском крае, а также Нижне-Бурейская (320 МВт), Нижне-Зейская (400 МВт) и Гилюйская (462 МВт) в Амурской области. Стоит отметить, что Нижне-Бурейскую ГЭС уже строит ОАО «РусГидро». Неприемлемыми с точки зрения воздействия на экологию, по мнению WWF, являются все проекты на основном русле Амура: Хинганская ГЭС в Еврейской автономной области (1800 МВт), Амазарская ГЭС (1500 МВт) в Забайкалье, Нововоскресеновская ГЭС (300 МВт) и Джалиндинская ГЭС (1000 МВт) в Амурской области.

Социально-экономическая часть исследования включала расчеты по таким факторам, как экономическая эффективность проекта, рост валового регионального продукта, повышение налоговых платежей в федеральный и региональный бюджеты, создание новых рабочих мест, переселение, изменения в рыбном хозяйстве, затопление лесов, сельхозугодий и месторождений полезных ископаемых.

В связи со сложностью расчета в ней не был учтен предотвращаемый за счет строительства ГЭС ущерб от подтоплений и наводнений, а также увеличение грузооборота водного транспорта.

Наиболее эффективными с точки зрения социально-экономического развития регионов бассейна Амура оказались существующие Бурейская и Зейская гидростанции, а также перспективные Амазарская (мощность — 1500 МВт) и Транссибирская (900 МВт) в Забайкалье, Нижне-Зейская и Верхне-Ниманская ГЭС в Амурской области. Наименьший социально-экономический эффект, как выяснилось, имеют Русиновская, Усть-Карская, Чалбинская гидроэлектростанции.

«Идея совместного исследования появилась в начале 2012 года, - рассказали «Газете.Ru» в «ЕвроСибЭнерго». «Компания рассматривала возможность проработки проекта Транссибирской ГЭС мощностью до 900 МВт на реке Шилка (приток реки Амур) в Забайкальском крае совместно с китайской China Yangtze Power Company (управляет крупнейшей в мире ГЭС «Три ущелья»)». За счет запуска Транссибирской ГЭС предполагалось синхронизировать энергосистемы Сибири и Дальнего Востока, обеспечить энергией проекты добычи и переработки полезных ископаемых в Забайкалье, а также создать условия для экспорта «пиковой» электроэнергии в Китай. Компания решила провести детальную оценку целесообразности строительства ГЭС. В марте 2012 года после консультаций с экологическими организациями «ЕвроСибЭнерго» приостановила проработку проекта и договорилась с WWF России о комплексной экологической и социально-экономической оценке существующих и планируемых гидроэлектростанций во всем бассейне Амура.

Совместная работа WWF, «ЕвроСибЭнерго» и En+ – прецедент в истории российской гидроэнергетики, когда к экологической оценке проектов ГЭС помимо надзорных госорганов привлекаются также независимые экологические организации. По словам генерального директора «ЕвроСибЭнерго» Вячеслава Соломина, «в России есть все предпосылки для развития гидроэнергетики, и привлечение независимых экологов к оценке перспективных проектов ГЭС — залог того, что эти проекты будут соответствовать высоким экологическим стандартам». Он отметил, что компания учтет результаты совместного с WWF исследования при проработке новых проектов ГЭС.

Ранее экологи как правило выступали не партнерами, а оппонентами нового строительства. WWF, например, высказывался против строительства новых ГЭС в Хорватии и Боснии, поддерживал десятилетний мораторий на сооружение новых дамб на Меконге. В России экологи громко протестовали против строительства Эвенкийской гидростанции.

Сотрудничество экологов и энергетиков сегодня имеет смысл еще и с той точки зрения, что гидроэнергетика всему миру находится на стадии активного развития. По данным International Hydropower Association за два последних года в мире были введены в эксплуатацию 80 ГВт новых ГЭС — примерно 8% мощностей, построенных ранее за всю историю человечества. Лидером по вводам является Китай, который в 2014 году ввел 22 ГВт. В тройке лидеров также Бразилия и Малайзия, которые прирастили собственные мощности на 3 ГВт каждая, Канада, которая добавила 1,7 ГВт и Турция - 1,4 ГВт. В России были запущены около 1 ГВт мощностей: Богучанская ГЭС и восстановленные гидроагрегаты на Саяно-Шушенской ГЭС. При этом РФ обладает вторыми по размеру в мире гидроэнергетическими ресурсами - за счет энергии рек можно производить более 800 млрд. кВтч электроэнергии, т.е. около 75% годового энергопотребления страны. Однако гидропотенциал в России освоен только на 20%, тогда как в развитых странах этот показатель составляет более 50%. По данным экспертов, Норвегия получает свыше 95% энергии от ГЭС, Австрия - свыше 65%, Канада - более 60%. Наибольшая часть неосвоенного гидроэнергетического потенциала России сконцентрирована на Востоке страны. И, в частности, в бассейне Амура, который является одной из крупнейших рек мира. В настоящее время в российской части бассейна Амура эксплуатируются всего две ГЭС — Зейская ГЭС установленной мощностью 1330 МВт и Бурейская ГЭС на 2010 МВт, в китайской части уже построены 18 гидростанций. Так что если в России где и будут строить новые крупные ГЭС, так это на Востоке. О соответствующих планах в прошлом году объявила «РусГидро», которая прорабатывает варианты строительства четырех гидростанций (Нижне-Зейской, Селемжинской, Гилюйской и Нижне-Ниманской ГЭС) для защиты от паводков.

Данное исследование особенно актуально, ведь у местных жителей свежи воспоминания, как в середине лета 2013 года юг Дальнего Востока России и северо-восток Китая оказались подвержены катастрофическим наводнениям, вызванными интенсивными затяжными осадками, что привело к последовательному увеличению уровня воды в реке Амур.

На территории России тогда погиб один человек, а вот в Китае количество жертв превысило сотню.

Чем море теплее — тем опаснее река

Впрочем, еще более страшным оказалось наводнение, которое в начале июля 2012 затопило город Крымск Краснодарского края. За полтора дня на него выпала практически пятимесячная норма осадков. В результате город оказался затоплен — при этом погибли 156 человек, а пострадавшими от стихии признаны были признаны 53 тысячи человек, из которых 29 тысяч утратили имущество. Наводнению сопутствовали колоссальные разрушения. Произошло это во многом из-за халатности властей и служб, которые никак не предупредили местных жителей о вероятности катастрофы. Впоследствии российские специалисты дали наводнению статус выдающегося, а зарубежные эксперты охарактеризовали его как внезапный паводок.

Общий ущерб от наводнения, по оценкам экспертов, составил не менее 20 млрд рублей.

Наводнению в Крымске посвящена статья, которую российские ученые написали вместе с немецкими коллегами, а затем опубликовали в престижном научном журнале Nature Geoscience. Исследователи решили изучить наводнение по прошествии трех лет по причине того, что оно явилось одним из самых значительных по последствиям экстремальных событий последних лет.

Читайте также

«Экстремальность осадков в Крымске связана с увеличением температуры поверхности Черного моря, которая за последние тридцать лет увеличилась примерно на 2°C. При прохождении циклона какой наблюдался во время экстремальных осадков 6-7 июля 2012 года в условиях более холодной температуры моря как в 1980-х годах таких экстремальных осадков бы не было», — рассказал «Газете.Ru» один из авторов исследования, доктор физико-математических наук, ведущий сотрудник Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН и руководитель Лаборатории климатологии Института географии РАН Владимир Семенов.

По его словам, увеличение осадков при повышении температуры моря происходит крайне нелинейно. Резкое увеличение осадков, согласно модельным экспериментам, происходит при превышении порогового значения (примерно 22 градуса в среднем для моря), которое было превышено в начале XXI века.

«Что интересно, при дальнейшем увеличении температуры, осадки не повышаются, оставаясь на современном — высоком — уровне», — отметил Владимир Семенов.

При этом ученые исследовали только причину выпадения экстремальных осадков. По их мнению, наводнение может быть связано с дополнительными факторами, которые они не рассматривали — дамбами, рельефом, состоянием русла. При этом условия для выпадения экстремальных осадков были, в частности, речь идет о прохождении циклона над побережьем и достаточно высокой температурой моря, повысившейся по сравнению с 1980 годами.

В рамках исследования ученые использовали американскую региональную модель высокого разрешения WRF, которая представляет собой очень популярный инструмент для регионального прогноза и моделирования.

Владимир Семенов рассказал, что существующие модели прогноза погоды не предсказали магнитуды осадков, существенно их занизив из-за низкого пространственного разрешения.

Воспроизвести такие осадки оказалось возможным лишь при разрешении примерно в 1 км, что пока недостижимо для глобальных моделей прогноза.

«Наводнение и его последствия, опять же, связаны с множеством других фактором — например строительством домов вдоль русла реки, что обсуждалось в прессе. Все это выходит за рамки нашего исследования», — уточнил исследователь, добавив, что ученые могут говорить лишь о том, что вероятность таких событий существенно возрасла с потеплением моря.

А как реки текли раньше?

В еще одном недавнем исследовании было показано, что эволюция главных речных долин Центральной и Восточной Европы определяется глобальными изменениями климата в Северном полушарии, хотя это и не единственный фактор, определявший деятельность рек в течение последних 60 тысяч лет. Результаты анализа ученые опубликовали в последнем номере журнала Quaternary International.

Изучением того, как вели себя реки в геологическом прошлом, занимается палеогидрология рек, научное направление, родившееся на стыке двух других геолого-географических дисциплин — геоморфологии и палеогеографии.

По словам российского участника исследования Андрея Панина, сотрудника географического факультета МГУ, это сравнительно молодое направление, возникшее около 30-40 лет назад. «В развитии этого направления, — говорит он, — уже прошел период первоначального накопления натурной информации подобно тому, как в физике при изучении нового эффекта происходит набор экспериментальных данных, и в последние 10-15 лет, одновременно с продолжающимся систематическим пополнением банка данных, начались попытки синтеза этих данных для поиска общих закономерностей в крупных регионах. Наша работа относится как раз к числу таких синтетических исследований».

В ходе работы изучались долины таких крупных европейских рек, как Висла, Северная Двина, верхний и средний Днепр, средний и нижний Дунай. Участники публикации каждый в своем регионе детально исследовали строение «своих» речных долин, разделяли их дно на разновозрастные участки, созданные блужданием речных русел в разное время и в результате смогли реконструировать вид и размеры речных русел для каждого такого участка.

В результате получилась картина изменения рек с течением времени, то есть того, как там менялись величины стока воды, как углублялось или наращивалось дно речных долин и т.д.

Затем на все это наложили картину потеплений и похолоданий климата Северного полушария, происходивших в период с 60 до 8 тысяч лет назад и четко зафиксированных ледовыми скважинами в Гренландии по изотопно-кислородному составу льда — соотношению тяжелого и легкого изотопов кислорода (18O/16O) в атмосферных осадках зависит от температуры воздуха, и все изменения этих соотношений записались в гренландских льдах.

В ходе такого сопоставления выяснилось, что основные события в истории речных долин центра и востока Европы в большинстве своем совпадают с основными климатическими изменениями, происходившими в Северном полушарии.

Правда, в каждом случае эти изменения носили индивидуальный характер, который зависел от множества неклиматических причин, таких, как удаленность речных долин от океанов, рельеф местности, близость горных массивов, характер почвы, наличие ледников и вечной мерзлоты, сейсмическая активность и т.п.

Немалую роль играла также специфика реакции местной растительности на изменения климата.

В результате частота и мощность паводков на реках значительно изменялась, трансформировались их русла — реки то меандрировали (формировали излучины), то разбивались на рукава. Например, в бассейне среднего Днепра в его российской части (в частности, река Сейм, на которой стоит город Курск) выявлено две эпохи, когда сток рек возрастал в 3-4 раза по сравнению с современным - между 30-40 тысяч лет назад и 13-18 тыс.л.н. Во вторую из этих эпох следы мощного речного стока известны по всей Центральной и Восточной Европе, в первую (более древнюю) эпоху — пока только в Сандомирском бассейне на юге Польши. Иначе говоря, эти эпохи роста стока имели более или менее общий характер.

Результаты исследования позволят лучше понять реакцию рек и их русел на изменения климата в прошлом.

В свою очередь, это будет способствовать более надежному прогнозированию возможных изменений природной среды при разных сценариях будущих изменений климата.