Почти ежегодно независимо от притока воды в водохранилища на гидроузлах осуществляют ее холостые сбросы. Они стали обыденным явлением, и не вызывают сомнения в их необходимости даже тогда, когда нет нужды в санитарном, судоходном или ином специальном пропуске воды.

Для обеспечения гидрологической безопасности любого гидроузла должно быть предусмотрено заполнение полезного объема водохранилища при максимальном прогнозируемом притоке воды в половодье, который может сформироваться в самый короткий расчетный период времени. Остальной объем необходимо пропустить через гидроузел без превышения максимально допустимого расхода воды, на который рассчитан нижний бьеф. Такая схема регулирования называется последовательной.

В случае прогнозируемого катастрофического притока, превышающего расчетные показатели, холостой сброс воды должен начинаться заблаговременно, то есть еще до заполнения полезного объема водохранилища. Такая схема регулирования называется параллельной. Заблаговременное начало холостого сброса в этом случае является основным фактором гидрологической безопасности.

Отличие последовательной схемы регулирования от параллельной состоит в том, что первая создает резерв для гидрологической безопасности в виде полностью заполненного водохранилища, а вторая реализуется исключительно за счет использования резерва гидрологической безопасности гидроузла и его нижнего бьефа.

Можно, для примера, выделить три главные взаимосвязанные причины снижения гидрологической безопасности Саяно-Шушенского гидроузла: отказ от освоения реки, начиная с ее верховий, недостаточный объем водохранилища и заблаговременный холостой сброс воды в нижний бьеф для снижения сбросного расхода. Все эти причины вызваны отсутствием наглядной математической расчетной модели (гидрографа) половодья или дождевого паводка.

В настоящее время расчеты регулирования предстоящего стока приходится производить, распространяя на будущий сток характеристики прошедшего периода. Обосновывается это тем, что многовековые изменения климата, ландшафта и стока происходят крайне медленно, поэтому могут не учитываться в период срока работы водохранилища. Поэтому считается возможным на будущее экстраполировать средние величины, общие характеристики изменчивости стока и т.п.

Принято считать, что проектные гидрологические расчеты позволяют выяснить возможные режимы работы водохранилища, но не позволяют установить будущий календарный срок наступления того или иного режима. Между тем для каждого створа реки должна существовать индивидуальная математическая модель, согласно который необходимо рассчитывать строящийся там гидроузел и его нижний бьеф. Она позволит, в том числе, заранее определить максимальный расход и объем притока воды, и своевременно принять необходимые меры для обеспечения безопасности гидроузла.

Гарантия гидрологической безопасности не может быть обеспечена, если не соблюден баланс максимальных объема и расхода притока воды, и не предусмотрены аккумуляция и сброс воды без участия турбин ГЭС. Одновременная работа всех турбин ГЭС с максимальной нагрузкой должна рассматриваться в качестве одного из условий гидрологической безопасности.

Если энергосистема и энергоемкие предприятия, а с ними и ГЭС перестают по каким-либо причинам работать, то независимо от этого на реке должна обеспечиваться гидрологическая безопасность, в том числе должны гарантироваться санитарный и судоходный пропуски воды при любом уровне заполнения объема водохранилища.

Для гарантии санитарного, судоходного и специального попусков воды все крупные гидроузлы должны иметь два водосброса: один - с глубинным водозабором, расположенным ниже уровня мертвого объема водохранилища, другой - с поверхностным водозабором. Водосбросы должны быть рассчитаны с некоторым запасом на пропуск максимального расчетного сбросного расхода и запитаны от независимого энергетического источника, а нижний бьеф должен быть обустроен на пропуск этого максимального расчетного сбросного расхода в половодья и дождевые паводки.

После аварии 2009 года на Саяно-Шушенском гидроузле одной из главных для анализа должна была стать проблема его гидрологической безопасности. Половодье начинает формироваться с осени предыдущего года и мониторинг на площади водосбора должен осуществляться непрерывно на основе новейших технологий.

Расход притока воды в створе Саяно-Шушенского гидроузла может в течение года изменяться в 100 раз в половодье и в 65 раз в трудно прогнозируемый дождевой паводок. Вот почему важнейшими параметрами регулирования стока воды на Енисее являются расчетное время половодья, когда происходит наиболее опасный для гидротехнического сооружения приток воды, и вероятная кумуляция, то есть скопление максимально большого объема воды на площади водосбора за ограниченный временной интервал, в дождевой паводок.

Строящийся для Саяно-Шушенского гидроузла дополнительный береговой водосброс запроектирован для последовательной схемы регулирования (пороги на высоком уровне), реализация которой станет возможна только после строительства регулирующих емкостей (водохранилищ) на притоках Верхнего Енисея в Туве с суммарным объемом 7,57 кубокилометров.

Гидроузлы предполагается построить на Сейбинским створе на Большом Енисее (2/3 от необходимого общего объема) и Буренском створе на Малом Енисее (1/3 объема), то есть по притоку воды при слиянии у Кызыла. Эти гидроузлы будут расположены в малонаселенных горных районах Тувы. Их плотины предполагается построить высотой, достаточной для заполнения мертвых объемов будущих полноценных водохранилищ с ГЭС, но с донными и поверхностными водосбросами, которыми, в том числе, могли бы служить турбинные водоводы будущих ГЭС.

Создание регулирующих водохранилищ в Туве решит проблему гидрологической безопасности на всем енисейском каскаде, в том числе проблему регулирования скорости наполнения Саяно-Шушенского водохранилища без проведения холостого сброса воды. В регулировании скорости наполнения этого водохранилища крайне нуждается его уникальная плотина.

Большая часть мощностей сибирских ГЭС жестко привязана к энергоемким производствам. Поэтому необходимо изменить электрические схемы энергосистем и выдачи мощности ГЭС таким образом, чтобы вся установленная мощность станций могла выдаваться в энергосистему независимо от работы энергоемких производств. Только так, на мой взгляд, можно создать государственный резерв маневренной оперативной мощности ГЭС, обеспечить надежную работу энергосистем, снизить совокупные расходы на содержание резерва мощности, и повысить ресурс работы тепловых станций.

Сегодня у нас практически повсеместно заблаговременно производится холостой сброс воды (параллельная схема регулирования), причем они выполняются даже в маловодные годы. На основе этой схемы выполняются как первоначальные расчеты гидрологической безопасности, так и последующие перерасчеты. Иначе говоря, практически повсеместно необоснованно используется резерв гидрологической безопасности.

Вместо строительства регулирующих емкостей (водохранилищ) в верховьях с ГЭС или без них, строят гидроузлы в нижних бьефах, причем объемы водохранилищ обосновываются любыми доводами, но только не требованиями к обеспечению гидрологической безопасности гидроузлов и их нижних бьефов. Компенсация параметров гидрологической безопасности, сниженных в результате аварий на Саяно-Шушенской плотине, водосбросе и ГЭС происходила за счет увеличения холостого сброса воды, что гораздо опасней и вполне может привести к катастрофе на Енисее.

После полного восстановления Саяно-Шушенской ГЭС по большому счету ничего не изменится. Если даже будет полностью введен в работу береговой водосброс, то его участие в пропуске половодья будет незначительным и только при уровнях заполнения водохранилища до отметки 527 м (начало работы с расходом около 300 м3/с) и или 533 м (окончание пропуска половодья, когда оба туннеля смогут пропускать 2000 м3/с). А пока вся нагрузка будет ложиться на ныне действующий водосброс. Поэтому проблему обеспечения гидрологической безопасности Енисея в целом может решить, как отмечалось, только строительство регулирующих емкостей на притоках.

В России многоводные годы не наблюдались, поэтому пока всех устраивает такое положение. Но страна при этом несет колоссальные потери электроэнергии и мощности на действующих ГЭС, по содержанию резерва мощности в энергосистемах, а также расходы на ликвидацию последствий наводнений. Гидрологическая безопасность в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке обеспечивается исключительно за счет неоправданно больших объемов холостых сбросов воды. К такой расточительности привыкли и считают ее нормой.

Только строительство регулирующих емкостей для улавливания воды в половодья и дождевые паводки на реках, текущих с Саянских и Алтайских гор, позволит вырабатывать на действующих ГЭС Восточной Сибири дополнительно до 10 ГВт пиковой мощности.

Президиум РАН 30 июня этого года обсудил причины и последствия аварии на Саяно-Шушенской ГЭС, и предложил по аналогии с АЭС разработать систему комплексной безопасности ГЭС, включая повышение надежности проектных решений станций и гидроэнергетического оборудования. При этом предложено, в частности, разработать новые компоновочные решения приплотинных ГЭС с выносом водосбросов из створа и сооружением береговых водосбросов, ограничить применение приплотинных ГЭС напорами 120-150 м, разработав для них новые типы гидротурбин, не имеющих запрещенных зон, применять новые системы использования водной энергии с более низкими напорами и выносом регулирующих емкостей на притоки, разработать новые типы гидротурбин, обладающих высокоманевренными свойствами регулирования мощности.

Все эти задачи давно требовали безотлагательного решения, особенно на Саяно-Шушенском гидроузле. И среди них, как отмечалось, в первоочередном порядке необходимо было создать регулирующие емкости в Туве на притоках Верхнего Енисея.
Ученые и инженеры должны обратить особое внимание на проблемы гидрологической безопасности гидротехнических сооружений на реках России и повышения эффективности действующих гидроузлов и ГЭС, а также коренным образом пересмотреть стратегию строительства новых гидроузлов и электростанций.

Промышленные ведомости