Недавно в представительстве Всемирного банка в Душанбе с широким участием представителей разных институтов гражданского общества стран Центральной Азии и Афганистана состоялось обсуждение 2 предварительных отчетов для стадии ТЭО по Рогунской ГЭС.
Один из них посвящен наиболее острой проблеме безопасности плотины - проблеме соляного клина («купола») в основании плотины.
Это комментарии к Отчету Консультанта «Coyne et Bellier» эксперта «АП», инженера Камолидина СИРОЖИДИНОВА.
СОЛЯНОЙ клин имеется вдоль Йонахшского тектонического разлома и пересекает реку Вахш и, соответственно, створ плотины Рогунской ГЭС в верхнем бьефе примерно в 500 метрах от оси/ядра будущей плотины. Консультантом определено точное местоположение и выявлены уточненные границы соляного оголовка в пределах Йонахшского разлома: наблюдается его клинообразная форма на протяжении 1км разлома с центром на реке Вахш, на верхушке (поверхность зеркала солевого пласта) соль покрыта глиной и гипсом; ширина соляной зоны увеличивается вместе с глубиной, от 1 до 8 м на верхушке, до 40-60 м на глубине 200 м; далее на глубине 2-3 км толщина соляного клина увеличивается на 15 м каждые 100 м глубины.
Ограничиваясь этими данными, Консультант далее не приводит хотя бы ориентировочную общую глубину и возможный объем соли. Но отмечает, что в мире существует очень немного аналогов такой специфической особенности.
Из других источников обнаруживается, что в природе основная масса каменной соли чаще всего находится на глубине 5 км под поверхностью земли. Следовательно, можно утверждать, что под основанием плотины размещено десятки тысяч тонн соли (галит/каменная соль/поваренная соль). На глубине пласт соли находится в напряженном состоянии. Вызывает опасение, что водохранилище и плотина может являться как бы спусковым механизмом для этой напряженной среды.
По некоторым источникам, поверхность зеркала солевого пласта (оголовок) прослеживается на 20-25м ниже уреза воды в реке и на уровне грунтовых вод в бортах ущелья.
Далее Консультант приходит к выводу, что при сдавливающих горизонтальных тектонических силах соль сдвигается, в результате оголовок соли поднимается со скоростью 2,5 см в год. Здесь не ясно: непрерывно и каждый год происходит подъем соли или же периодически, толчками или постепенно? В Отчете нет ответа на этот вопрос.
Предполагается, что ежегодно в естественных природных условиях соль растворяется на такую же величину. Однако Консультант не подтверждает равновесие между величиной подъема и растворения соли. В таком случае не ясно, к чему приводит дисбаланс и куда девается разница?
Подтверждаемый факт естественного растворения соли еще до создания сооружения является одним из чрезвычайно неблагоприятных инженерно-геологических условий основания плотины. С точки зрения наличия в основании плотины легкорастворимой соли и, более того, факта частичного ее растворения в естественных условиях будущая плотина Рогунской ГЭС является уникальной, т.е. единственной в мире, в мировой практике.
Как видим, плотина Рогунской ГЭС уникальна не только по высоте. Уникальность прежде всего означает высокую степень инженерного риска.
К настоящему моменту в мире построено более 45 тысяч больших плотин. Среди них нет ни одной плотины, в основании которой залегала бы каменная соль. Мировое искусство гидростроительства на текущий момент пока не достигло таких успехов, и вопрос эффективной защиты соли в основании пока представляет для него непреодолимую трудность. Наверное, поэтому в других странах вопрос о размещении плотин в створах, где в основании обнаружены легко растворимые породы (соль), даже не ставится, не говоря уже о строительстве.
Правда, в числе 45 тысяч имеется порядка 50 плотин, построенных в среднерастворимых породах (гипс, ангидрит). Причем содержание этих солей в гипсоносных породах (грунтах) основания построенных 50 плотин невелико. При наличии в основании гипса в ряде случаев отказывались от сооружения плотин.
Например, в стране Консультанта (Франция), в Провансе, в процессе строительства плотины на окраине горного массива Сен-Бом были обнаружены гипсоносные мергели, и стройка была остановлена. Прекращены изыскания для плотины Риан около г. Бриньоль (Франция) и плотины в местности Альтер Штольберг, около г. Гарц (Австрия). Остановлено строительство небольшой ГЭС на реке Ирень в Пермском крае РФ. В Ираке одной из причин отказа от выгодного створа Фатха послужило наличие в породах до 60% гипса и ангидрита.
Одной из причин свертывания работ по созданию Нижне-Кафирниганского водохранилища в Таджикистане, в середине 80-х годов прошлого столетия, также явилось наличие гипсоносных пород в створе.
В ряде случаев строительство плотин на гипсоносных породах приводило к катастрофам и авариям по причине растворения/выщелачивания гипса (в США, Швейцарии, РФ, Грузии и др. странах). Как показывает практика, ущерб от аварий во много раз превышает стоимость сооружения. В то же время контроль, хотя бы в объеме 1-2% его стоимости, значительно снижает вероятность аварий.
Проблемы защиты гипса от растворения возникали при создании десятков плотин по всему миру, в том числе Байпазинской и Сангтудинской ГЭС-1 в Таджикистане.
Все это указывает на то, что недопустимо сооружение плотин без защитных мероприятий от размыва пласта гипсоносной породы (без предупреждения растворения гипса).
Опыт эксплуатации ГЭС в различных странах свидетельствует о том, что во многих случаях качественно запроектированными и успешно реализованными эффективными мероприятиями защиты от размыва пласта гипса удается все-таки, при приоритетном характере мониторинга за эффективностью мероприятий против размыва пласта, обеспечить фильтрационную прочность оснований плотин.
Поскольку в основании плотины Рогунской ГЭС обнаружены не только гипсоносные породы, но и легко растворимая каменная соль, растворимость в воде которой намного выше, чем у гипса, возведение плотины в этом случае требует особого внимания к обеспечению защиты основания от размыва и растворения. Причем соль уже частично растворяется в естественных условиях, ее химические элементы переходят в воду в результате простого растворения. Образно говоря, «даже металл способен растворяться в этой соли».
Разумеется, нельзя механически распространять практические данные, полученные по гипсу, на каменную соль, так как существует разница между ними. Каменная соль – порода гораздо более хрупкая и к тому же, как отмечено выше, лучше растворимая; она часто подвергается проседанию, но это редко бывает связано с наличием полостей. Поэтому возникает необходимость создания максимально плотных противофильтрационных завес в качестве меры защиты и закрепления пород основания от быстрого растворения и, следовательно, размыва основания.
Детальное изучение свойств грунтов основания и принятие мер по их закреплению, уменьшению градиентов напора соответствующими противофильтрационными устройствами может полностью исключить развитие растворения соли и выщелачивания гипса, следовательно, и опасность разрушения плотины.
Отчет вносит определенный вклад в исследование соляного клина. Безусловно, разнородные породы исследованы Консультантом, но приведенные в Кратком отчете результаты исследований пород очень скудны. Геотехнические и другие показатели пород не приводятся. Нет достаточных сведений о результатах тщательной оценки всех пород в качестве основания для плотины Рогунской ГЭС.
На основании особо тщательного исследования разнородной породы должна была даваться детальная характеристика уточненной Консультантом литологии (пород основания): трещиноватость, загипсованность/гипсоносность пород, минералогический состав соляного клина (поваренной соли), минералогический состав и структура водоупора - глины - мощностью 3м, степень дисперсности, пористости, степень проницаемости для воды, состояние породы и т.д. Возможно, для стадии ТЭО такие подробности и не требуются, но Техническое задание Консультанта охватывает и эти вопросы.
Оценка рисков не проведена (риски, связанные с простым растворением соли в сочетании с выщелачиванием гипса, находящегося в других окружающих соляной клин породах, риск воздействия на легко растворимые породы нагрузки от плотины и других сооружений). Оценка риска должна была производиться до и после принятия смягчающих мер. Не составлен реестр рисков (вероятность, степень риска, последствия). Рекомендованные Консультантом меры предупреждения растворения соли и закрепления пород должны минимизировать риски до уровня, принятого в международном масштабе. Об этом ничего не сказано.
Поведение горных пород во взаимодействии с будущей плотиной и другими сооружениями – также не исследовано.
Наличие в основании плотины растворимых пород создает условия для развития карста (полости, впадины), суффозии. Следовательно, в Отчете должно было быть описание возможных карстовых и суффозионных проявлений и характера угрожающей опасности, динамики их развития. Возможно, полости (карстовые пустоты) наблюдаются как в самих растворимых породах (соль, гипс), так и в залегающих над ними нерастворимых породах.
«Мониторинг должен начаться немедленно»
ДАЛЕЕ, в Отчете подчеркивается, что наиболее эффективной комбинацией мер по минимизации последствий являются цементационная и гидравлическая завеса.
Но мировой опыт строительства и эксплуатации плотин, содержащих в основании гипс, показывает, что первоначально невозможно достичь достаточной плотности противофильтрационных цементационных завес (барьеров). В большинстве случаев запроектированной плотности достичь не удается. Цементация позволяет снизить удельное водопоглощение до 0,1-0,05 л/мин., более низкие значения получить не удается ввиду того, что цементные суспензионные растворы не могут проникать в трещины с раскрытием менее 0,1 мм.
Созданные (на некоторых зарубежных ГЭС) завесы без доуплотнения не смогли обеспечить проектные значения напора, к тому же со временем завесы теряли свою эффективность.
Уменьшение со временем эффективности цементационной завесы – это подтвержденный и доказанный практикой факт.
Снижение со временем плотности завесы и изменение фильтрационных параметров толщи приводили в ряде случаев к увеличению противодавления и снижению устойчивости плотины. Цемзавеса оказалась малоэффективной. На подобных плотинах всегда ставился вопрос об доуплотнении цемзавесы.
Из вышеизложенного становится совершенно очевидным, что создание завесы только с применением цементного раствора неэффективно, так как не удается создать завесу достаточной плотности и с течением времени плотность завесы падает.
Так как в основании плотин Рогунской ГЭС имеются в наличии каменная соль и гипсоносные породы, следовательно, требуются надежные методы, позволяющие своевременно оценить эффективность противофильтрационных мероприятий и сохранность соли, гипса. Основными показателями, используемыми для оценки эффективности работы противофильтрационных устройств, являются коэффициент устойчивости плотины на сдвиг и процент гашения напора на завесе. В рассматриваемом Кратком отчете об этом ничего не говорится.
Также не ясно, как будет вестись борьба с явлением фильтрации на берегах русла, к которым примыкает плотина?
В Отчете также записано, что все результаты сильно зависят от поверхности соляного пласта, покрытого глиной. Мощность пласта глины, согласно уточненной литологии, составляет всего 3 метра, и он не должен считаться надежным водоупором (норма - не менее 5 м).
Что касается гидравлической завесы (состоит из ряда напорных скважин, в которые нагнетается пресная вода), то и здесь теоретически можно предполагать возможное образование горизонтальных трещин в скважинах.
Возникает необходимость определения периода эффективного существования завес.
Цементационная и гидравлическая завесы влияют на естественную стабильность грунтов. Этот вопрос также должен быть исследован и освещен в заключительном отчете по соляному клину.
Тщательный мониторинг соляного пласта должен начаться немедленно – это, бесспорно, наиважнейшая рекомендация Консультанта. Она даже не подлежит обсуждению и должна быть принята. Необходимо установить жесткий мониторинг.
Следует принять к сведению, что ни мониторинг напора подземных вод, ни мониторинг просачиваемости воды, ни микрогравиметрия не дают возможности регистрировать и выявлять, возможно, начинающиеся процессы суффозии после сооружения плотины и наполнения водохранилища водой. Для своевременного контролирования этого процесса необходимо предусмотреть другой мониторинг и другие мероприятия инженерной защиты.
Разумеется, все рекомендуемые системы мониторинга помимо наблюдения, оценки, контроля состояния плотины, гидродинамических, гидрохимических условий и др. должны включать и фундаментальные исследования.
Очевидно, что гидрогеологическая обстановка, существовавшая в естественных условиях, в значительной степени изменяется после строительства ГЭС и в процессе ее эксплуатации. Учитывая особенности гидрогеологических условий в районе створа, целесообразными были бы такие мероприятия, которые позволили бы максимально сохранять естественную гидрохимическую обстановку после наполнения водохранилища.
Дополнительно должны быть предложены конкретные рекомендации по контролю над состоянием основания и работой системы «водохранилище – плотина – основание».
Рекомендую (взамен ранее предусмотренной солевой завесы) для повышения плотности противофильтрационной цементной завесы дополнительно рассмотреть возможность использования химических гелеобразующих растворов, которые обладают проникающей способностью, близкой по значению к воде. Использование химических растворов, имеющих большую стоимость, является вынужденной мерой при наличии тонкотрещиноватых пород, цементация которых не дает нужного эффекта. Зарубежный опыт показывает, что в результате использования раствора удельное водопоглощение на завесе не превышает 0,005 л/мин., что является оптимальным.
Техническая эффективность и надежность предложенных Консультантом мероприятий защиты пока подтверждается только математическим моделированием. Не ясно, учтены ли при моделировании воздействия на процесс растворения соли и гипса плотины ГЭС и самих мероприятий.
Мониторинг за эффективностью мероприятий против размыва солевого пласта должен иметь приоритетный характер.
Присоединяюсь к выводу Консультанта и к мнению международной независимой группы экспертов об осуществимости проекта, сооружаемости плотины при внедрении высокоплотной цементационной завесы и гидравлической завесы и при условии реализации предложенной ими комплексной системы мониторинга.
21.11 16:17
