Новочеркасск, Ростовская область, Россия
ББК 308 Монтаж, эксплуатация, ремонт машин и промышленного оборудования
В настоящее время проблема эффективного использования водных ресурсов является одной из самых острых. Именно водные ресурсы Крыма являются источником решения основных проблем Республики (продовольствие, здоровье, энергия), которые в общей концепции устойчивого развития региона представляются приоритетными. Огромную роль в водоснабжении края играют искусственные водоёмы. Один из самых крупных среди них - Симферопольское водохранилище. Вопрос мониторинга водопользования актуален как никогда, особенно на юге РФ. Располагая столь значительными водными ресурсами и используя ежегодно в среднем не более 2% речного стока, РФ в целом ряде регионов испытывает дефицит в воде. Главная причина которого - крайне неравномерное распределение водных ресурсов по территории страны. В данной статье рассматривается история строительства, эксплуатация и основные показатели ГТС длительно эксплуатируемого Симферопольского водохранилища.
гидротехнические сооружения, мониторинг, водопроводящие сооружения, остаточный ресурс, рациональное водопользование, параметры надежности, технические состояние
На полуострове Крым проживает 2314,7 тыс. чел. (Республике Крым - 1912,1 тыс. чел., г. Севастополь – 428,7 тыс. чел., г. Симферополь - 341 155 тыс. чел. (на 01.01.2017)) на общей площади 27,2 тыс. км2, средняя плотность населения составляет 85 чел./км2. Среднемноголетнее значение обеспеченности водными ресурсами для данной территории - 1,0 км3/год, а водообеспеченность одного жителя – 432 м3/год, что меньше водообеспеченности одного жителя России в 67 раз (29,1 тыс. м3/год) [1, 2]. Республика Крым имеет самую низкую водообеспеченность на одного жителя из всех субъектов Российской Федерации [3].
Согласно данным Министерства курортов и туризма Республики Крым за два зимних месяца 2016 г. (январь-декабрь) в Крыму отдохнуло 5573,5 тыс. туристов, что на 21,2% выше уровня аналогичного периода прошлого года. Больше всего туристов отдохнуло на Южном берегу Крыма - 46,5% от общего количества туристов, отдохнувших с начала года в Крыму в целом, на Западном побережье Крыма - 31%, на Восточном побережье Крыма - 18%, в других регионах - 4,5%. [4]
Потребность населения Республики Крым в хозяйственно-бытовом и питьевом водоснабжении рассчитывается, исходя из норм ХПВ на одного человека и количества населения. В соответствии с Постановлением Совета министров Респубилики Крым [5] минимальное количество воды на одного человека составляет 60 л/сут., максимальное количество воды - 403 л/сут. В среднем норма потребления воды на одного человека составляет 232 л/сут. Следовательно, потребность местного населения Республики Крым в ХПВ составляет 530,1 тыс./сут, а потребность населения в курортный период с учетом местного населения и отдыхающих - 1167,8 м3/сут.
Вплоть до 1964 г. Крым обеспечивал себя только своими поверхностными и подземными водами. Воды рек аккумулировались в водохранилищах и прудах. До прихода днепровской воды в Крыму на речном стоке было построено 8 крупных водохранилищ общим объёмом более 100 млн. м3 и ряд прудов. Это позволило, помимо водоснабжения населённых пунктов, оросить сельхозкультуры на площади 68,9 тыс. Га, что на 70% превышало предвоенную орошаемую площадь. Приход днепровской воды позволил увеличить площадь орошаемых земель почти в 6 раз, что обеспечило увеличение производства сельхозпродукции в Крыму в 4,8 раза. Днепровская вода решила также проблему водоснабжения городов Старый Крым, Судак, Феодосия, Керчь, Симферополь и населённых пунктов Ленинского района, которые веками страдали от недостатка воды. Для этого был построен ряд водохранилищ: Феодосийское (1971 г., объём 15,4 млн. м3), Ленинское (1972 г., 7,7 млн.м3), Сокольское (1972 г., 2,26 млн.м3), Станционное (1975 г., 24 млн.м3), Зеленоярское (1975 г., 3,0 млн.м3), Фронтовое (1978 г., 35 млн.м3), Самарлинское (1978 г., 9 млн.м3), Межгорное (1983 г., 50 млн.м3) [6].
Однако на Южном берегу Крыма, в Бахчисарайском и Белогорском районах, в г. Севастополь и его сельхозоне используется вода только местных водных источников. Чтобы не зависеть от погоды на реках строят водохранилища. Первое в Крыму водохранилище - Аль-минское емкостью 6,2 млн. м3 было построено на балке Базар-Джилга, оно соединялось каналом длиной 5 км с Альмой (первая очередь строительства была завершена в 1929 г., вторая очередь - 1934 г.). В 1935 г. на балке Эгиз-Оба вводится в эксплуатацию Бахчисарайское водохранилище емкостью 6,89 млн. м3, которое питается водами Качи. Для водоснабжения Симферополя сооружается в три очереди Аянское водохранилище (1933 - 1,7 млн. м3; 1936 г. - 2,5 млн. м3; 1956 г. - 3,9 млн. м3). Однако ввод этого водохранилища оказался недостаточным и в 1956 г. было построено русловое Симферопольское водохранилище объёмом 36 млн. м3 на реке Салгир. Первоначально оно предназначалось для орошения, но затем большая часть воды пошла на водоснабжение города.
Симферопольское водохранилище - лежит в пределах тектонического разлома, на берегах водоема встречаются редкие минералы и горные породы (рис. 1). Украшением водоёма является островок-глыба пермских известняков площадью 1 Га под названием Джиен-Софу. Здесь представлены отложения наиболее древних в Крыму осадочных пород морского бассейна, существовавшего более 230 млн лет назад.
Рис. 1 Месторасположение Симферопольского водохранилища
Рождением своим Симферопольское водохранилище обязано Иосифу Виссарионовичу и его Великому Сталинскому Плану Преобразования Природы конца 40-х гг. ХХ века, в рамках которого, во-первых, предусматривалось создание крупных водохранилищ около каждого крупного города, а во-вторых, - тотальное озеленение территорий.
Впервые же вопрос о водоснабжении столицы Крыма был поставлен на повестку дня ещё 23 января 1914 г., когда состоялось заседание Симферопольской городской думы по вопросу об использовании для нужд города воды р. Салгир и строительстве в её долине водохранилища. Его проект предложила работавшая в Крыму с 1911 г. «Специальная партия по водным изысканиям», которой руководил Карл Денисович Кельтсер, инженер-гидротехник Таврическо-Екатеринославского управления земледелия и государственных имуществ. Инициатором привлечения к проектным работам названой организации являлся городской голова Симферополя, кандидат физико-математических наук Василий Александрович Иванов, известный учёный-метеоролог. Инженер Кельтсер и его коллеги составили проект сооружения в Салгирской долине плотины, имевшей целью увеличение водного запаса для орошения и обеспечения крымской столицы питьевой водой. Высота её должна была составить 16 саженей, т. е. около 34,1 м, а глубина созданного водохранилища - от 9 до 16 саженей (19,2 - 34,1 м). Для защиты искусственного водоёма от загрязнения планировалось создание вокруг него охранной полосы большой площади и устройство на ней парка. Расходы на создание рукотворного озера брало на себя государство с постепенным их погашением общественными организациями Крыма. К строительству планировалось приступить в 1914 г. и закончить к 1920-му. Однако начало 1-й мировой войны и последовавшие за нею революции, войны, репрессии привели к задержке сооружения водохранилища. Лишь в 1951 г. власти смогли вернуться к проекту 1914 г. и с незначительными коррективами начать воплощать его в жизнь. В 1955-м строительство самой большой земляной плотины в Европе на р. Салгир высотой 40 м и длиной 554 м было завершено: на него ушло не 6 лет, как планировалось первоначально, а всего лишь 4 года, благодаря большому прогрессу техники по сравнению со вторым десятилетием ХХ века.
Так в окрестностях Симферополя возник колоссальный водоем, названный горожанами «морем». Вначале зеркало воды блестело среди голых берегов. Потом вокруг насадили скумпии, айланты и другие деревья и кустарники. Они быстро разрослись и через несколько лет надежно скрыли поверхность «моря» от глаз, едущих по Алуштинской трассе [7].
Водохранилище длиной в 7 км, шириной до 750, глубиной до 38 м и W= 36 млн м3. В основании плотины водохранилища находится уникальное сооружение - подземный туннель длинной 220 м, уходящий под дном искусственного озера на глубину около 10 м (рис. 3).
Рис. 2 Симферопольское водохранилище
Общая характеристика природных условий в зоне расположения ГТС Симферопольского водохранилища.
Природно-климатические условия. Климат Симферопольского района складывается под преобладающим влиянием внешних воздушных масс, обусловленных общим распределением атмосферного давления на материке Евразия и сравнительно небольшим влиянием Черного и Азовского морей. Отличительной чертой климата долины Салгира является крайнее непостоянство температур особенно в зимние месяцы.
Для района характерны сравнительно частые засухи. По наблюдениям, отмечается до 17 сухих периодов в год с суммарной продолжительностью до 45 суток. Среднегодовая абсолютная влажность колеблется от 5,5 мм до 7,8 мм, среднегодовая относительная влажность – от 68 до 78%. Наибольший дефицит влажности приходится на летние месяцы (июнь-август), наименьшие – на зимние (декабрь-февраль).
Сумма температур за год в районе Симферопольского водохранилища равна в среднем 30000 С, а в горной части, где располагаются истоки Салгира 170000 С. Среднегодовая температура в предгорье (+10,1) несколько выше, чем в горах (+3,50).
Гидрология. В годовом колебании уровня вод в реках Крыма выделяют два периода: первый - с декабря по апрель, когда наблюдаются в целом более высокие уровни. Второй - с мая по ноябрь - с низкой меженью. Весеннее половодье четко не выделяется, т. к. во время снеготаяния часто идут дожди. Летние ливневые паводки чаще всего бывают в июне, июле. Паводки холодного периода нередко превышают летние и также бывают катастрофическими. Река Салгир относится к рекам северных склонов Крымских гор, образуется из слияния рек Ангара и Кизил-Коба. Является самой длинной рекой Крыма, длина реки- 238 км, площадь бассейна - 3750 км2, объем стока - 55 млн. м3.
Топография. В геоморфологическом отношении участок створа плотины представляет собой узкую и глубокую долину в предгорной части реки Салгир. Долина имеет преимущественно ящикообразную форму, ширина долины вниз по течению постепенно увеличивается. Склоны реки крутые, расчлененные балками и притоками.
Инженерно-геологические условия. По геологическим условиям район створа плотины сложен песчаниками и конгломератами битакской свиты. В геологическом отношении Симферопольский район представлен осадочными породами мезозойской эры верхне-триасового, юрского и мелового периодов. Коренные породы в верхней части бассейна верхнеюрские и таврические отложения, представлены известняками, конгломератами и песчаниками, подстилаемые глинистыми сланцами. Ближе к Симферополю склоны долины р.Салгир сложены песчаниками, мергелями, конгломератами, таврическими сланцами, вблизи г. Симферополь - глинами и известняками.
В пределах участка до створа водохранилища р. Салгир пересекает возвышенности, сложенные пермскими известняками и изверженными породами, ход которых носит островной характер (карьеры у сел Лозовое, Украинка, Петропавловка и др.). Сейсмичность района составляет 7 баллов.
Дата ввода в эксплуатацию гидротехнических сооружений Симферопольского водохранилища (далее - ГТС Симферопольского водохранилища: 28 декабря 1955 года.
Максимальный расход воды (проект):
- основной расчетный случай (1%) - 286 м3/с;
- поверочный расчетный случай (0,1%) - 450 м3/с.
Суммарный сбросной расход воды через все водопропускные сооружения ГТС (проект):
- основной расчетный случай (1%) - 286 м3/с;
- поверочный (0,1%) - 450 м3/с.
Выше створа плотины Симферопольского водохранилища на расстоянии 20 км на притоке р. Салгир (р. Аян) находится Аянское водохранилище (W= 3,9 млн. м3, площадь при НПУ- 4,2 Га, земляная плотина длиной 463 м, два водосбросных сооружения - автоматический водослив и донный водовыпуск).
Информация о ГТС, входящих в комплекс обследуемого ГТС
- плотина (рис.3);
- водозаборное сооружение (рис. 4);
- водосбросное сооружение (рис. 5).
Водозаборное сооружение:
- тип- глубинный водозабор;
- конструкция - трубчатый водовыпуск с оголовком башенного типа;
- назначение - пропуск воды из верхнего бьефа на водоснабжение, орошение и нужды ТЭЦ;
- водоприемник - башня прямоугольного сечения 2х4,9м, разделена на 2 секции с донным отверстием 2,2х4,8м;
- в верхней части башни-металлические сороудерживающие решетки размером 2,2х1,8м;
- к водоприемнику примыкает камера ремонтных и резервных затворов размером 8,0х5,5м;
- за камерой следует железобетонная галерея, прорезающая основание плотины, заканчивается в нижнем бьефе порталом, размеры галереи 4,0х4,4м, длина 197м, галерея соединяет водоприёмник и камеру затворов с нижним бьефом.
Галерея выполнена в скале и только верхняя часть ее засыпана грунтом плотины, размеры галереи - 4,0х4,4м длина -197м, в галерее уложены 2 нитки металлических трубопроводов D=800мм и одна нитка D=400мм.
Водосбросное сооружение:
тип - открытый водосброс; включает в себя:
- подводящий канал: выполнен в скальной выемке, ширина по дну 51-102 м, длина - 118м;
- оголовок водосброса: выполнен из армированного бетона, разделён на 7 пролётов, шириной по 6 м, напор на пороге 2,5 м, затворы металлические, сегментные 6х2,7м каждый, подъёмники с ручным приводом;
- переходной участок: в облицовке из слабоармированного бетона, шириной 40-51м, длиной 20 м, в скальных грунтах;
- быстроток: облицован слабоармированным бетоном, шириной 40 м, длиной 196м, с уклоном i=0,126;
- водобойный колодец: ширина - 40 м, длина 23 м, глубина- 3,8 м;
- рисберма: ширина 40 м, длина 10 м;
- отводящий канал: ширина 42 м, длина 350 м.
Общие сведения о ГТС Симферопольского водохранилища (плотине)
- назначение ГТС - создание емкости водохранилища комплексного назначения;
- класс ГТС - I (ГТС чрезвычайно высокой опасности - согласно Постановления Правительства РФ от 2 ноября 2013 г. N 986 «О классификации гидротехнических сооружений»); [8]
- вид ГТС - водоподпорное (тип - средненапорная);
- срок эксплуатации фактический – 62 года; нормативный - 100 лет;
- степень износа ГТС - 60 %.
Сведения о водохранилище, расположенном в верхнем бьефе ГТС:
- название - Симферопольское водохранилище;
- назначение - комплексное (подача воды на водоснабжение г. Симферополя, на орошение и технические нужды Крымской ТЭЦ);
- дата ввода в эксплуатацию - 28 декабря 1955 г.
- режим регулирования - многолетний;
- температурный режим водного объекта - согласно погодных условий;
- площадь водосбора водного объекта - 3750 км².
В соответствии с требованиями п. 6.5 СП 58.13330.2012 «Гидротехнические сооружения. Основные положения» гидротехнические сооружения [9], находящиеся в эксплуатации более 25 лет, должны быть подвергнуты многофакторному исследованию с оценкой их прочности, устойчивости и эксплуатационной надежности. Многофакторные исследования выполняются с использованием современного отечественного и зарубежного оборудования и методов исследований, позволяющих обосновать прочностную, гидравлическую, фильтрационную безопасность гидротехнических сооружений с учетом изменившихся условий и требований законодательных и нормативных правовых актов.
Из Симферопольского водохранилища уже подано более 1,9 млрд. м3 воды на водоснабжение г. Симферополя, на орошение и технические нужды Крымской ТЭЦ (рис.6).
Для повышения надежности и безопасности комплекса ГТС длительно эксплуатируемого Симферопольского водохранилища (более 60 лет) нужны комплексные многофакторные исследования, в том числе водозабора и всей водосборной площади, с установкой дождемеров, осадкомеров, водомеров и т.д.
Необходимо выполнить ряд технических мероприятий:
- провести ревизию контрольно-измерительной аппаратуры (КИА), по результатам которой разработать проект реконструкции КИА, включающий программу визуальных и инструментальных наблюдений, в т. ч. ежегодный геодезический контроль;
- провести ремонтные мероприятия по устранению дефектов водозаборного и водосбросного сооружений (очистка водоприёмных решёток оголовка от ила; малый сбросной канал местами разрушен; лоток и облицовочные плиты быстротока и отводящего канала частично разрушены; на эксплуатационной площадке водосбросного сооружения имеются частичные разрушения асфальтобетонного покрытия; замена рыбозащитных сеток; частичные разрушения парапета плотины Симферопольского водохранилища).
1. Волосухин Я.В., Наволокин Д.Ю. Обеспечение безопасности водопользования в Республике Крым // Водоснабжение и санитарная техника. 2017. № 6. С. 4-9.
2. Иванкова Т.В. Экология, природопользование и мелиорация / Человек и общество: поиски, проблемы, решения. Материалы Междунар. конф. Сб. науч. и метод. ст. Вып. 9. - Новочеркасск, 2015. - 7 с.
3. Государственный доклад «О состоянии и использовании водных ресурсов Российской Федерации в 2015 году». - М.: НИА-Природа, 2016. - 270 с.
4. https://mtur.rk.gov.ru/file/spravochnaya_informatsiya_13012017.pdf
5. Постановление Совета министров Республики Крым от 25.05.2016 № 223 «Об утверждении нормативов потребления коммунальных услуг на территории Республики Крым».
6. Олиферов А.Н., Тимченко З.В. Реки и озёра Крыма. -Симферополь: Доля, 2005. - 216 с.
7. Канталинская Ж.В. Из истории строительства Симферопольского водохранилища (к 50-летию ввода в эксплуатацию) // Культура народов Причерноморья. - 2005. - № 66. - С. 211-213.
8. Постановление Правительства РФ от 2 ноября 2013 г. N 986 «О классификации гидротехнических сооружений»
9. СП 58.13330.2012 Гидротехнические сооружения. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 33-01-2003
