Оценка банковского Отчета ТЭО фирмы Коин и Белье (Франция) по Богучанской ГЭС и каменнонабросной плотине с асфальтобетонной диафрагмой показала, что институт Гидропроект представил фирме ошибочные (расчетные) параметры грунтов плотины и основания вместо принятых во Франции их предельных величин, что во многом обесценило рекомендации фирмы, особенно по бетонной станционной плотине

1. Научно-исследовательская работа для РусГидро по теме:
«Экспертные анализ и оценка рекомендаций Банковского ТЭО
Богучанской ГЭС с НПУ 208 м, разработанного фирмой Коин и Белье
(Франция)»
Исполнитель:
независимый эксперт, член Комитета по проектированию плотин
Международной комиссии по большим плотинам (СИГБ),
доктор техн. наук, профессор кафедры гидросооружений РУДН,
Ляпичев Ю.П.

2. Москва
декабрь 2006 г.
2

3. Содержание:
1. Оценка профессионализма фирмы Коин и Белье…………………………3
1.1. Оценка опыта фирмы Коин и Белье в проектировании плотин и ГЭС в
природно-климатических, социально-экологических и энерго-экономических
условиях, близких к условиям строительства Богучанской ГЭС……………………3
1. 2. Оценка опыта фирмы в использовании методических указаний по
соответствию российских норм по оценке безопасности плотин и ГЭС
подобным документам западных стран, Всемирного банка и Международной
комиссии по большим плотинам ………………………………………………
6
1.3. Оценка профессионализма фирмы в использовании новых российских и
советских норм проектирования плотин при работе над Банковским ТЭО…7
1.4. Оценка опыта фирмы в использования российского опыта проектирования
плотин в природно-климатических, социально-экологических и энерго-экономи-
ческих условиях, близких к условиям строительства Богучанской ГЭС…8
2. Оценка обоснованности и достоверности использования фирмой Коин и Белье
российских и других исходных данных и критериев безопасности……… 10
2.1. Оценка обоснованности и достоверности использования фирмой российских
исходных расчётных данных, применявшихся в проекте Богучанской ГЭС 10
2.2. Оценка обоснованности и достоверности использования фирмой своих
критериев безопасности плотин для условий строительства Богучанской ГЭС, их
соответствие критериям российских норм, Всемирного Банка, Международной
комиссии по большим плотинам и Корпуса инженеров армии США………13
2.3. Оценка обоснованности использования фирмой расчётной пропускной
способности водосбросов при PMF и форсировки уровня ВБ до отметки 213,5 м 17
2.3.1. Метод вероятного максимального паводка (PMF)……………………17
2.3.2. Значение фактора снеготаяния в прогнозе PMF………………………22
2.3.3. Рекомендации Международной комиссии по большим плотинам по оценке
PMF
2.3.4. Выводы и рекомендации по оценке применения метода PMF для
Богучанской ГЭС…………………………………………………………25
3. Оценка достоверности и обоснованности рекомендаций Банковского ТЭО
Богучанской ГЭС с НПУ 208 м, разработанного фирмой Коин и Белье…27
3.1. Надёжность и безопасность каменно-набросной плотины с диафрагмой из
литого и /или/ укатанного асфальтобетона………………………………27
3.2. Надёжность и безопасность бетонной плотины при совместной или
раздельной работе со зданием ГЭС………………………………………30
3.3. Надёжность и безопасность водосбросных сооружений………………..35
3.4. Надёжность и эффективность работы Богучанской ГЭС в ЕЭС России 38
3.5. Стоимость и эффективность проекта Богучанской ГЭС………………39
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И РЕКОМЕНДАЦИИ……………………………………… 42

4. Список литературы……………………………………………………………….47
1. Оценка профессионализма фирмы Коин и Белье
1.1. Оценка опыта фирмы Коин и Белье в проектировании плотин и ГЭС в
природно-климатических, социально-экологических и энерго-экономических
условиях, близких к условиям строительства Богучанской ГЭС
Французская фирма Коин и Белье, безусловно, одна из ведущих в мире проектно-
изыскательских и научно-исследовательских фирм в области гидротехнического (прежде
всего, гидроэнергетического) строительства. Ее «расцвет», как и других ведущих
западных фирм, приходится на 1950-1980 гг., когда ее талантливые специалисты, в том
числе руководители, в честь которых она названа, были «законодателями мод», прежде
всего, в области проектирования и строительства арочных плотин не только в Западной
Европе, но и в ряде стран Африки, Ближнего Востока, Юго-Восточной Азии и Латинской
Америки.
В этот период фирма Коин и Белье участвовала в техническом сотрудничестве с
институтом Гидропроект, оказывая консультативные услуги на стадии ТЭО при выборе
типа бетонной плотины с учетом геомеханических параметров скального основания при
проектировании таких уникальных плотин, как Ингурская и Саяно-Шушенская арочные
плотины и Токтогульская гравитационная плотина. Автор отчета участвовал в 1967-73 гг.
в проектировании Токтогульской плотины, встречался со специалистами-геомеханиками
этой фирмы и может подтвердить их высокий профессионализм.
Автор с 1992 г. хорошо знает Президента фирмы д-ра Бернарда Тардью и его
заместителя по науке, д-ра Алана Карере по совместной работе над некоторыми
проектами плотин в Эквадоре, Перу, Алжире, Лесото и в Комитете по расчетам плотин в
Международной комиссии по большим плотинам (СИГБ). Поэтому автор хорошо знает
всю «кухню» разработки проектов плотин и ГЭС в этой фирме, методы их научных
исследований и программного обеспечения и может обоснованно оценить выводы и
рекомендации фирмы в ее Банковском отчете по Богучанской ГЭС.
Фирма Коин и Белье имеет большой научно-исследовательский Центр, который
занимается лабораторными, полевыми и натурными исследованиями, разработкой
контрольно-измерительной аппаратуры и программного обеспечения. В научном
обеспечении проектов плотин и ГЭС фирма Коин и Белье является одной из лучшей в
мире, особенно, следует отметить ее достижения в полевых и натурных исследованиях
геомеханических свойств скальных оснований бетонных плотин и разработке численных
4

5. программ расчетов напряженного состояния, прочности и устойчивости бетонных и
грунтовых плотин.
В таблице 1 приведен список 13 крупных плотин и 10 ГЭС, в проектировании и
строительстве которых участвовала фирма Коин и Белье в последние 20 лет.
Таблица 1
Страна Имя ГЭС, тип и
мощность, МВт
Тип плотины,
высота, м
Тип
водосброса,
расход, м3
/с
Перечень услуг
Бразилия Мачадиньо (П),
3х380=1140 МВт
Каменнонасыпная
(КНП) с экраном
из бетона, 126 м
Подготовка контракта на
строительство по схеме EPC,
общее руководство проектом,
надзор за строительством
Бразилия Ита (П),
5х290=1450 МВт
КНП с экраном из
бетона, 145 м
Проверка проекта,
выполняемого по схеме EPC,
испытание гидромеханич. и
гидроэлектрич. оборудования
Бразилия Канья Брава (О),
3х150=450 МВт
Гравитационная
из укатанного
бетона (УБ), 65 м
Водосливная
плотина,
17600 м3
/с
Помощь в подготовке
контракта по схеме EPC ,
общее руководство
строительством
Эквадор Пауте Масар (П)
4х45=180 МВт
КНП с экраном из
бетона, 185 м
Пересмотр схемы
строительства, надзор за
строительством ГЭС и
туннелей
Аргентина Потрерильос
(О), 4х26=106
МВт
Каменно-
земляная (КЗП),
116 м
Водослив-
быстроток,
2500 м3
/с
Подготовка проекта для
тендера, помощь в надзоре за
строительством
Турция Берке (П),
3х170=510 МВт
Арочная,
205 м
ТЭО, рабочий проект,
экологическая оценка,
документы для тендера,
рабочие чертежи, надзор за
строительством
Турция Биречик (О),
4х168=672 МВт
Гравитационная,
и грунтовая, 63 м
Консультант проекта,
выполняемого по схеме BOT:
проверка ТЭО, проект для
тендера, ППР и рабочие
чертежи, надзор за
строительством
Иран Карун-4 (П),
4х225=900 МВт
Арочная,
222 м
ТЭО, помощь в подготовке
проекта для тендера
Индия Дул Хасти (П),
3х130=390 МВт
Гравитационная,
70 м
Экспертиза проекта,
подготовка проекта для
тендера и ТУ на сооружения,
рабочие чертежи, надзор за
стр-вом
Индия Тери (П),
4х250=1000МВт
Каменно-
земляная (КЗП),
260 м
Экспертиза геологич.,
гидрологич., сейсмич.
данных, подготовка проекта
5

6. для тендера, гидравлич.
исследования
Алжир Бенит Харун
(ирригация)
Гравитационная
из УБ, 120 м
Водосливная
плотина,
13300 м3
/с
Подготовка проекта к
тендеру, рабочие чертежи,
надзор за строительством
Алжир Тиши Хаф,
(ирригация)
Арочная, 84 м,
гравитационная
из УБ, 30 м
Водосливная
плотина,
6500 м3
/с
Рабочие и строительные
чертежи, помощь в надзоре за
строительством
Таиланд Та Дан
(ирригация)
Гравитационная
из УБ, 95 м
Водосливная
плотина,
1600 м3
/с
Подготовка проекта для
тендера, рабочие чертежи,
надзор за строительством
Примечания и сокращения в табл. 1:
1. П - подземное здание ГЭС, О - открытое здание ГЭС; КНП- каменно-насыпная плотина;
КЗП – каменно-земляная плотина; УБ - укатанный бетон; ТУ – технические условия.
2. Та Дан (Таиланд) – крупнейшая в мире гравитационная плотин из УБ (5,0 млн. м3
)
3. Биречик (Турция) – одна из крупнейших в мире ГЭС, построенная по схеме BOT или
концессии: Build (построить), Operate (эксплуатировать), Transfer (передать Владельцу).
4. Схема контракта EPC: Engineering (проектирование), Procurement (поставка
оборудования), Construction (строительство) - единый процесс проектирования, поставки
технологического оборудования и строительства ГЭС «под ключ», сильно ускоряющий
пуск ГЭС.
За последние 20-25 лет на международном рынке проектно-консалтинговых услуг
появились новые заинтересованные участники - крупные проектно-технологические
фирмы Латинской Америки (Бразилии, Колумбии, Мексики, Чили), Ближнего Востока
(Турции, Ирана), Юго-Восточной Азии (Китая, Индии, Вьетнама), которые вытесняют с
активно развивающегося рынка гидроэнергетики все ведущие проектные и строительные
фирмы Западной Европы, США, Канады и Японии.
В связи с этим фирма Коин и Белье перестроила и расширила свои услуги в области
гидроэнергетического строительства, в сторону водохозяйственного, мелиоративного,
природоохранного и дорожно-транспортного строительства, а также предлагая свои
услуги в строительстве не только ГЭС, но и атомных электростанций.
В 1990-1999 гг. фирма участвовала в разработке ТЭО около 30 гидроузлов для целей
ирригации, водоснабжения и энергетики в странах Африки (Тунисе, Алжире, Марокко,
Лесото), Ближнего Востока (Ливане), Юго-Восточной Азии (Таиланде, Индонезии) и
Латинской Америки (Эквадоре, Чили, Венесуэле, Никарагуа).
В последние 20 лет фирма разработала около 20 мастер-планов и ТЭО ГЭС в 15 странах
Африки, Индонезии, Эквадоре и Никарагуа активно работала в консорциумах с участием
региональных фирм в разработке рабочих проектов, тендерской документации, надзоре за
строительством крупных плотин и ГЭС в Бразилии, Эквадоре, Турции, Иране, Индии.
6

7. Фирма участвовала в подготовке контрактов по схеме EPC на проектирование и
строительство ГЭС, в том числе ГЭС: Ита (1450 МВт) и Канья Брава (450 МВт) в
Бразилии, Дул Хасти (390 МВт) в Индии и Потрерильос (106 Мвт) в Аргентине (табл. 1).
Сейчас фирма участвует в подготовке контрактов по схеме EPC на строительство
крупных водохозяйственных гидросхем и гидроузлов в Перу, Чили, Венесуэле, Тунисе,
Марокко, Филиппинах и ряде других стран.
Фирма также выполнила большое число аудитовских экспертиз для владельцев многих
ГЭС в Бразилии (Сальто Сантьяго, 1420 МВт, Сальто Осорио, 1078 МВт и др.), Чили,
Аргентине, Перу, Панаме, Турции, Индии, Лаосе, Филиппинах, Грузии и др.
Отмечая высокий профессионализм и большой опыт фирмы в проектировании,
исследовании и строительстве крупных бетонных плотин в разных странах мира, кратко
рассмотренный выше, следует все же констатировать, что фирма Коин и Белье не имеет
опыта проектирования и исследования (в т.ч. экспертизу проектов) плотин и ГЭС,
подобных Богучанской ГЭС по своим суровым природно-климатическим и другим
условиям.
Тем не менее, следует отметить, что если опыт фирмы Коин и Белье и ее выводы в
части бетонной плотины Богучанской ГЭС представляют несомненный интерес, то в
части каменно-набросной плотины с асфальтобетонной диафрагмой фирма не имеет
достаточного опыта и поэтому ее анализ этой плотины оказался поверхностным.
По-видимому, Заказчик Банковского ТЭО, компания РусАЛ при отборе кандидата для
ТЭО не собрала подобную информацию по этой и другим фирмам-кандидатам.
По мнению автора лучшим кандидатом для ТЭО была бы канадская
гидроэнергетическая компания HydroQuebec, а по каменно-набросной плотине –
Норвежский геотехнический институт (NGI) в Осло.
Компания HydroQuebec – крупнейшая в мире гидрогенерирущая компания (общая
мощность ГЭС около 40 тыс. МВт), имеющая в своем составе крупный проектно-
исследовательский центр, имеет большой опыт проектирования, строительства и
эксплуатации крупных ГЭС и бетонных плотин, в природно-климатических и других
условиях относительно близких к условиям и параметрами Богучанской ГЭС и бетонной
плотины.
Норвежский геотехнический институт – мировой лидер в проектировании,
исследовании и эксплуатации крупнейших каменно-насыпных плотин с укатываемыми
асфальтобетонными диафрагмами в Норвегии и Китае, что соответствует условиям и
параметрам Богучанской каменно-набросной плотины с асфальтобетонной диафрагмой.
1. 2. Оценка опыта фирмы в использовании методических указаний по
7

8. соответствию российских норм по оценке безопасности плотин и ГЭС
подобным документам западных стран, Всемирного банка и Международной
комиссии по большим плотинам
Фирма Коин и Белье не имела опыта разработки или использования каких-либо
указаний по соответствию своих или других зарубежных норм российским нормам по
проектированию или оценке безопасности плотин, поскольку не имела опыта совместной
разработки с Гидропроектом каких-либо проектов ГЭС и плотин. К сожалению, заказчик
Банковского ТЭО компания РусАл не предупредила фирму о заметных различиях в
нормах проектирования плотин и ГЭС в России, Франции и США и не подготовила
соответствующие пояснения, подключив к этой работе Гидропроект или российских
экспертов, хорошо знающих эти различия. В то же время сама фирма Коин и Белье во
время работы над ТЭО и посещения Гидропроекта не поставила этот вопрос на
обсуждение.
К сожалению, в самом Гидропроекте, занимающимся более 40 лет проектированием
многих плотин и ГЭС за рубежом не было проведено сравнение российских и западных
норм проектирования гидросооружений, которое можно было бы передать фирме Коин и
Белье. Гидропроект мог бы присоединиться к работе Европейского клуба СИГБ по
сравнению норм проектирования гидросооружений европейских стран (Франции,
Испании, Италии, Швейцарии, Германии, Великобритании, Норвегии) между собой и с
нормами США, Канады, Бразилии, Китая, Индии и Австралии.
Что касается российских норм проектирования гидросооружений [1, 5], то за
исключением СНиП 33-01-2003. Гидросооружения. Основные положения проектирования,
2004 [1], то они юридически отсутствуют, а фактически Гидропроект использует старые
СНиП по проектированию плотин, принятые в СССР в 1983-1986 гг. [2-4], отражающие
советский опыт проектирования плотин до конца 1970-х годов и поэтому сильно
устаревшие.
Учитывая важность сравнения наших и западных норм (Франции и США)
проектирования плотин, используемых в Банковском ТЭО, это сравнение выполнено в
разделе 2.2.
1.3. Оценка профессионализма фирмы в использовании новых российских и
советских норм проектирования плотин при работе над Банковским ТЭО
Фирма Коин и Белье при работе над Банковским ТЭО, по-видимому, впервые
встретилась с определенными различиями между старыми советскими или новыми
российскими нормами проектирования плотин и западными (Франции и США) нормами.
8

9. Эти различия заключаются не столько в методах расчетов устойчивости и прочности
плотин, а в применении в наших нормах системы коэффициентов надежности (точнее
безопасности) по ответственности плотин γn, по материалу плотин γm или грунту γg и по
нагрузке γf , а также коэффициента условия работы плотины γс, которые отсутствуют в
нормах Коин и Белье, Корпуса инженеров армии США (USACE)и Бюро мелиорации США
(USBR). В большинстве западных норм, в том числе перечисленных, вместо системы
коэффициентов надежности применяется единый коэффициент безопасности (запаса). В
этом отношении наша дифференцированная система коэффициентов надежности или
безопасности является более прогрессивной, чем западная система единого коэффициента
безопасности.
Однако применение нашей системы коэффициентов надежности при проектировании
плотин еще не означает получения достоверных результатов расчетов и разработки на
этой основе надежного проекта плотины. Одним из главных условий получения
достоверных результатов расчетов плотин является применение достоверных исходных
геомеханических и геотехнических характеристик и, прежде всего, сдвиговых
характеристик скальных грунтов основания бетонных плотин и грунтов каменно-
насыпных плотин, а также фильтрационного противодавления в основании бетонных
плотин.
Выше сказанное в полной мере относится к проекту Богучанской ГЭС, в котором
использовались расчетные заниженные сдвиговые параметры долеритов в основании
бетонной плотины и камня долеритов в каменно-набросной плотине, основанные на
лабораторных испытаниях кернов долеритов и мелкомасштабных трехосных опытах
модельного (мелкого) камня, а не на полевых сдвиговых испытаниях скальных целиков или
бетонных блоков и крупномасштабных трехосных испытаниях реального камня.
Как уже отмечалось в предыдущем разделе Заказчик ТЭО компания РусАл и институт
Гидропроект, передавший РусАл исходную проектную документацию в 5 отчетах, не
проинформировали фирму Коин и Бельер об отличиях нашей системы коэффициентов
надежности (безопасности) от западной, применении расчетных (сниженных на
коэффициент безопасности по бетону, скале или грунту) сдвиговых параметров скалы
основания бетонной плотины и камня грунтовой плотины и сниженной эпюре
противодавления в скальном основании в бетонной плотине и других расчетных
характеристик.
С другой стороны фирма Коин и Бельер, ознакомившись с основными расчетными
положениями проекта Богучанской ГЭС и увидев отличия положений СНиП в части
коэффициентов безопасности по скале основания бетонной плотины и камню грунтовой
9

10. плотины, расчетном противодавлении и другим характеристикам должна была запросить
РусАл разъяснить эти отличия, если она сама не смогла это сделать.
Суммируя все выше изложенное можно сделать заключение, что фирма Коин и Белье
формально, т.е. непрофессионально отнеслась к исходным расчетным данным проекта,
прежде всего, к расчетным сдвиговым параметров скалы и грунтов, расчетному
противодавлению в скальном основании и другим исходным данным проекта, что
значительно «обесценило» полученные фирмой результаты расчетов, ее выводы и
рекомендации.
1.4. Оценка опыта фирмы в использования российского опыта
проектирования плотин в природно-климатических, социально-экологических
и энерго-экономических условиях, близких к условиям строительства
Богучанской ГЭС
Из опыта проектирования фирмой Коин и Белье плотин и ГЭС в течение последних 20
лет в различных странах мира, обобщенного в разделе 1.1, видно, что фирма не имеет
опыта проектировании плотин и ГЭС в климатических условиях близких к суровым
климатическим условиям строительства Богучанской ГЭС. В этом отношении ни одна
проектная фирма, включая канадские и скандинавские, не обладают таким опытом.
Что касается других важных условий, прежде всего, природных (топографических,
гидрологических, геологических, сейсмических и др.), то фирма Коин и Белье имеет
достаточный опыт проектирования плотин и ГЭС в природных условиях Бразилии,
Турции, Индии и Алжира, достаточно близким к природным условиям Богучанской ГЭС.
В отношении типа и параметров бетонной плотины и ГЭС фирма Коин и Белье
обладает определенным опытом проектирования крупных бетонных и грунтовых плотин и
ГЭС на скальном основании на крупных реках в Бразилии, Турции и Индии.
Что касается социально-экологических и энерго-экономических условий
запроектированных фирмой крупных гидроузлов и ГЭС в Бразилии, Турции, Индии
(табл. 1), то эти условия в этих странах заметно отличаются друг от друга. Тем более
эти условия отличаются от сложных социально-экологических условий Богучанской
ГЭС (прежде всего, большая площадь водохранилища и затопления) и технико-
экономических условий достройки ГЭС (достройка ГЭС после 15-летнего перерыва и
связанных во многом с этим ремонтно-восстановительных работах), энерго-
экономических условий эксплуатации ГЭС (нижняя ступень каскада ГЭС, работа в
базисной части нагрузки энергосистемы, низкая продажная цена и себестоимость
выработки электроэнергии).
10

11. Вследствие выше изложенного можно сделать заключение, что фирма Коин и
Белье не имеет достаточного опыта проектирования крупных гидроузлов и ГЭС в
социально-экологических и энерго-экономических условиях, близких к перечисленным
условиям строительства Богучанской ГЭС.
Насколько осведомлен автор руководство фирмы Коин и Белье мало знакомо с
советским (российским) опытом проектирования плотин и ГЭС в суровых природно-
климатических условиях, кратко представленных в некоторых докладах руководства
Гидропроекта и ВНИИГ на Международных конгрессах по большим плотинам. Это
естественно, потому, что как уже отмечалось в разделе 1.1, фирма Коин и Белье до сих
пор не привлекалась не только к проектированию наших плотин и ГЭС, но и к
экспертизе наших проектов. Поэтому фирма Коин и Белье (как и любая другая
зарубежная фирма) никогда не использовала в своих проектах советский (российский
не в счет) опыт проектирования плотин и ГЭС.
2. Оценка обоснованности и достоверности использования фирмой Коин и Белье
российских и других исходных данных и критериев безопасности
2.1. Оценка обоснованности и достоверности использования фирмой российских
исходных расчётных данных, применявшихся в проекте Богучанской ГЭС
К сожалению, автору не была предоставлена для экспертизы необходимая проектная
документация включая исходные расчетные данные, собранная РусАл и переданная
фирме Коин и Белье, в 5 отчетах, особый интерес из которых представляли отчеты под
ссылками (1, 4, 5). Поэтому автор вынужден был получать эти исходные данные, в
основном, непосредственно из Банковского ТЭО, а также из других, в том числе своих
источников.
По ряде причин (многократные изменения в проектной документации, недостаточное
финансирование, некорректные исходные данные, представляемые для проведения
исследований и др.) научно-исследовательское обоснование проекта Богучанской КНП
оказалось явно недостаточным, а в значительной мере и бесполезным.
Одним из главных условий получения достоверных результатов расчетов плотин
является применение обоснованных и достоверных исходных геомеханических и
геотехнических характеристик грунтов основания и тела плотин и, прежде всего,
сдвиговых характеристик скальных грунтов основания бетонных плотин и грунтов
каменно-насыпных плотин, а также фильтрационного противодавления в основании
бетонных плотин.
Выше сказанное в полной мере относится к проекту Богучанской ГЭС, в котором
11

12. использовались расчетные (сниженные на коэффициент безопасности по скале или
грунту) сдвиговые параметры долеритов в основании бетонной плотины и камня
долеритов в боковых призмах каменно-набросной плотины (КНП).
В п. 03.4.3 тома 1 Банковского отчета приведены данные геологических исследований
долеритов в основании бетонной плотины, согласно которым верхняя (разуплотненная)
выветрелая зона B1T прочностью на сжатие Re=30 МПа имеет следующие расчетные
сдвиговые параметры (угол внутреннего трения φ и сцепление С): tgφ=0,60, C=0,1 МПа, а
верхняя сохранная зона B1 с Re=15-50 МПа имеет tgφ=0,65, C=0,1 МПа, что на 10-15%
ниже tgφ и равно С в СНиП 2.02-85 (tgφ=0,7, C=0,1 МПа). Согласно этим же данным
нижние сохранные зоны B2 и С, соответственно, с Re=80 и100 МПа имеют,
соответственно, tgφ=0,70, C=0,13 МПа и tgφ=0,75, C=0,17 МПа, что также на 10-15% ниже
tgφ и равно С в СНиП2.02-85 (tgφ=0,8, C=0,15 М), которые представляют нижний предел
этих параметров.
Фирма Коин и Белье провела оценку параметров сдвига и модуля упругости (E)
долеритов по принятой западной методике Хоека и Брауна, по которой получены для
зоны B1 нормативные значения tgφ=1,28, C=0,16 МПа, E=1680 МПа и зоны B1T tgφ=1,28,
C=0,1 МПа, E=1300 МПа, что соответствует расчетным значениям этих параметров для
зоны B1: tgφ=1,02, C=0,1 МПа, E=1680 МПа и зоны B1T: tgφ=1,02, C=0,06 МПа, E=1300
МПа.
Сравнение расчетных значений параметров сдвига по данным геологических
исследований по СНиП 2.02-85 [4] и методике Хоека и Брауна показывает, что эти
исходные параметры в Банковском отчете существенно занижены по сравнению с
данными по методике Хоека и Брауна и даже с данными СНиП 2.02-85. Это связано в
первую очередь с тем, что они получены из лабораторных испытаний мелких образцов
скалы (кернов и т.п.), а не из полевых испытаний на сдвиг крупных скальных целиков или
блоков, как это было принято на Усть-Илимской, Братской и Красноярской плотинах, по
которым минимальные значения tgφ и С скальных целиков по контакту бетон-скала,
соответственно, в 1,65-3,3 и 2,7-10 раз превысили их проектные значения. При этом важно
отметить, что сопротивление сдвигу скальных целиков по сомкнутым трещинам примерно
на 40-60% ниже, чем по контакту бетон-скала, но все равно остается в 1,25-1,4 раза выше
по tgφ и в 2,3-2,6 раза выше по С по сравнению с данными СНиП [4] для сомкнутых
трещин.
Таким образом, за расчетные параметры (их нижнюю доверительную границу) сдвигу
долеритов Богучанской бетонной плотины следует принять tgφ=1,0 и С=0,3 МПа,
соответствующие полевым испытаниям скальных целиков на сдвиг по сомкнутым
12

13. трещинам в трещиноватых и выветрелых диабазах (наиболее близким к долеритам) в
зоне их съема на Усть-Илимской плотине [9, 10] и оценке tgφ по методу Хоека и Брауна.
В п. 3.5.5 тома 3 Банковского отчета фирма Коин и Белье «подводя итог имеющихся
документов, посещению объекта своими экспертами и толкованию имеющихся данных по
характеристикам скального основания» приняла следующие расчетные параметры сдвига:
- для секций 1-19 (для зоны долеритов B2): tgφ=0,80, C=0,20 МПа,
-для секций 20-34 (для зоны долеритов B1T): tgφ=0,75, C=0,15 МПа.
Принятые фирмой расчетные параметры сдвига долеритов для контакта бетон-
скала, хотя и повышены на 15% по tgφ и на 50% по С по сравнению с первоначальными
геологическими данными, тем не менее остаются сильно заниженными (на 25% по tgφ и
в 1,5-2 раза по С) по сравнению с рекомендуемыми нами реальными tgφ=1,0 и С=0,3
МПа.
В расчетах устойчивости откосов КНП, выполненных фирмой Коин и Белье,
использовались повышенные по сравнению с проектными значения плотности камня
долеритов, соответственно, равные 2,0 вместо 1,96 т/м3
, (пористость 0,3 вместо 0,35),
которые оказываются заметно ниже фактической плотности камня (1,79-1,9 в верховой
призме и 1,9-2,05 т/м3
в низовой), уложенного в плотину без укатки, что не учитывалось в
расчетах.
Наибольшее возражение вызывает сильно заниженное расчетное значение угла
внутреннего трения камня долеритов (370
), которое было получено ВННИГ и принято в
проекте в 1985 г. Прочностные и деформационные характеристики камня были
исследованы ВНИИГ на мелких трехосных приборах ПТС-300 (диаметр камеры 300 мм), в
которых могла использоваться только модельная смесь щебня долеритов крупностью до
300/5=60 мм (проектная крупность камня долеритов до 1200 мм) с коэффициентом
неоднородности 2,5-3,0, что не соответствовало фактическому значению от 8 до 120 (в
среднем 40-45).
Поэтому полученные ВНИИГ расчетные сдвиговые параметры камня долеритов и
использованные фирмой Коин и Белье в расчетах устойчивости откосов плотины
являются сильно заниженными и результаты этих расчетов являются недостоверными.
К сожалению, в исходные расчетные данные, переданные РусАЛ фирме Коин и Белье,
не были включены, выполненные автором [6] для БогучанГЭСстроя и переданные
Гидропроекту, обширные исследования устойчивости откосов и напряженно-
деформирован-ного состояния (НДС) Богучанской КНП с исправленными прочностными
и деформационными характеристиками камня долеритов и укатанного и литого
асфальтобетона диафрагмы. В этих исследованиях были получены реальные
13

14. прочностные и деформационные характеристики камня долеритов, основанные на
крупномасштабных трехосных (с диаметром камеры 1200 мм) испытаниях не модельного
щебня, а реального камня. При этом было учтено реальное снижение прочности камня на
сдвиг с ростом нормальных напряжений к основанию плотины. По этим исследованиям
расчетная величина максимального угла сдвига камня при низких нормальных
напряжениях составит 42,50
(табл. 2).
Опытные (нормативные) и расчетные значения прочности на сдвиг камня долеритов. Табл. 2
Пористость,
n
Миним. нап-
ряжение σ3,
кг/см2
Нормальное
напряжение,
σ, кг/см2
Прочность
на сдвиг, τ
кг/см2
Опытный
угол сдвига,
ψнорм
, град.
Расчетный
угол сдвига,
ψрасч
, град.
0,39 0,90 1,55 1,64 46,4 42,5
0,38 1,88 3,21 3,20 45,0 41,0
0,36 4,88 7,95 6,45 39,0 35,2
0,35 9,98 16,0 12,1 37,0 33,5
0,34 16,9 26,7 19,0 35,5 32,0
Фирме Коин и Белье не были переданы результаты наших исследований, в которых
содержалась критика исходных расчетных (проектных) данных и была доказана
опасность применения литого асфальтобетона (АФБ) и необходимость перехода на
укатанный АФБ. В то же время, в материалах проекта КНП 1-й очереди, переданных
фирме Коин и Белье, была принята диафрагма из укатанного АФБ поверх существующей
литой части и тем самым была исключена вероятная критика фирмой проекта КНП с
литой диафрагмой.
Вместо этого, в исходные расчетные данные по проекту Богучанской КНП, переданные
фирме Коин и Белье, были включены результаты расчетов НДС и устойчивости КНП,
выполненные МГСУ, в которых, использовались нереальные деформационно-
прочностные параметры литого и укатанного асфальтобетона и горной массы, что
привело к совершенно нереальной картине НДС, при которой в диафрагме из укатанного
АФБ возникает высокая концентрация вертикальных напряжений, что полностью
противоречит многочисленным натурным данным поведения подобных плотин [7].
Вследствие выше изложенного и отсутствия опыта проектирования каменно-
насыпных плотин с диафрагмами из укатанного АФБ фирма Коин и Белье не смогла
адекватно оценить переданные ей исходные расчетные данные по камню и АФБ, что
привело к ошибочным результатам ее расчетов устойчивости откосов и неправильным
выводам.
2.2. Оценка обоснованности и достоверности использования фирмой Коин и Белье
своих критериев безопасности плотин для условий строительства Богучанской
ГЭС, их соответствие критериям российских норм, Всемирного Банка,
14

15. Международной комиссии по большим плотинам и Корпуса инженеров армии
США
В настоящее время в России действуют ведомственные (РАО ЕЭС России) нормы по
определению или учету критериев безопасности гидросооружений (плотин):
1. Методика определения критериев безопасности гидросооружений (РД 153-34.2-
21.342-00). РАО ЭЕС России (ОАО НИИЭС). М.: 2001, 24 с.
2. Пособие к Методике определения критериев безопасности гидросооружений (РД
153-34.2-21.342-00). РАО ЭЕС России (ОАО НИИЭС). М.: 2004, 96 с.
Кроме того, в раздел 5.3 нового СНиП 33-01-2003. Гидросооружения. Основные
положения проектирования (Госстрой РФ. М., 2004) включены самые общие положения по
учету безопасности при проектировании гидросооружений [4].
Таким образом, в настоящее время в России отсутствуют федеральные нормативные
документы по определению безопасности плотин и имеется лишь ведомственная (РАЭ
ЕЭС-НИИЭС) методика определения этих критериев, что не позволяет формально
юридически выполнить полноценную оценку безопасности (надежности) Богучанской
ГЭС.
В настоящее время ВНИИГ продолжает без особого успеха готовить официальный
Регламент (указания) по безопасности гидросооружений в России, в который он пытается
включить все старые СНиП, за что его подвергли жесткой критике на расширенном
совещании НТС по гидроэнергетике в РАО ЕЭС России в мае 2006 г.
Что касается документов Всемирного Банка (ВБ) по безопасности плотин, то их можно
найти на сайте ВБ (www.worldbank.org): Оперативная политика МБ (OP 4.37:
Безопасность плотин, 2001 и Процедуры МБ (BP4.37: Безопасность плотин, 2001). В этих
документах даны самые общие указания ВБ по безопасности плотин, предназначенные в
основном для заемщиков ВБ и международных финансовых институтов, в нем
отсутствует информация по критериям безопасности плотин и поэтому здесь они не
рассматриваются.
Рекомендации Международной комиссии по большим плотинам (СИГБ) по
безопасности плотин изложены в следующих Бюллетенях СИГБ [20-22]:
- Бюллетень СИГБ № 59 (1987). Безопасность плотин – руководящие указания [20],
- Бюллетень СИГБ № 61 (1988). Критерии проектирования плотин - философия выбора,
- Бюллетень СИГБ № 130 (2005). Оценка риска при обеспечении безопасности плотин.
Поиск выгод, методов и текущих применений [22].
В этих бюллетенях СИГБ дана общая информация по оценке безопасности плотин, по
нормам их проектирования, но нет никакой информации по сравнению зарубежных норм
15

16. проектирования плотин между собой, не говоря об их сравнении с российскими нормами.
К сожалению, в число рассмотренных СИГБ норм и критериев безопасности плотин
наши СНиП не попали ввиду неэффективности работы руководства РНК СИГБ.
Учитывая это и важность сравнения наших и западных норм (Франции и США)
проектирования плотин, используемых в Банковском ТЭО, ниже выполнено это
сравнение.
В Банковском ТЭО расчеты устойчивости и прочности бетонной плотины выполнены
по методам фирмы Коин и Белье и Корпуса инженеров армии США (USACE) (табл. 3).
Метод Бюро мелиорации США (USBR) не использовался ввиду его чрезмерной
консервативности, с чем можно согласиться. В то же время был исключен и российский
СНиП 2.06.06-85, как «наименее консервативный» и слишком «смелый», что не
соответствует действительности, о чем будет сказано ниже. Перечисленные два метода
США используются во многих странах мира, однако, ряд ведущих в плотиностроении
стран, как Китай, Бразилия, Канада, Япония, Индия, Россия и ряд стран Европы
(Германия, Франция, Италия, Испания, Норвегия) используют свои нормы (методы)
проектирования плотин, впрочем, кардинально не отличающиеся от норм,
использованных в Банковском отчете.
Таким образом, утверждение фирмы Коин и Белье, что применяемые ей методы и
критерии безопасности плотин (самой фирмы и USACE) являются «международными»
(т.е. общепринятыми и самыми достоверными), является голословным, что подтверждают
рекомендации Международной комиссии по большим плотинам (Бюллетени №61, 1988 и
№130, 2005), в которых нет ничего подобного и, наоборот, показано разнообразие норм.
В разделе 3.6 тома 3 отчета изложены основные расчетные положения и критерии
безопасности плотин в используемых двух методах (Коин и Белье и USACE) расчета
устойчивости и прочности гравитационных плотин на скальном основании.
В этих двух методах (табл. 3) используют один критерий устойчивости (на плоский
сдвиг по контакту бетон-скала и горизонтальному строительному шву в плотине) и два
критерия прочности (на опрокидывание или раскрытие контакта бетон-скала и на
максимально допустимое сжатие по этому контакту и горизонтальному строительному
шву).
Как видно из табл. 3 и 4 в методе фирмы Коин и Белье расчетные значения tgφ и С, в
значениях которых согласно СНиП [4] уже заложены коэффициенты безопасности
(запаса), равные, соответственно, 1,25 и 1,65, еще раз делятся на высокие коэффициенты
запаса, равные для основного сочетаний нагрузок, соответственно, 1,5 и 3,0, что приводит
к росту суммарных коэффициентов безопасности по tgφ и С, соответственно, в 2 и 5 раз.
16

17. Коэффициенты запаса по параметрам сдвига и прочности на сжатие
фирмы Коин и Белье Таблица 4
Сочетание нагрузок Устойчивость на сдвиг Прочность основания
на сжатие
сжатиеFφ Fc fs
Основное 1.50 3.0 3
Особое 1.2 2.0 2
Экстремальное 1 1.0 1
Для «компенсации» высоких коэффициентов запаса по сдвиговым параметрам скалы
допустимые коэффициенты устойчивости плотины на сдвиг принимаются одинаковыми и
предельно минимальными (1,0) для всех сочетаний нагрузок, что не принято в нормах
США, Канады, РФ и других стран, так как это противоречит концепции этих расчетов.
Таким образом, двухразовое занижение параметров сдвига скалы в основании
бетонной плотины по методу фирмы Коин и Белье приводит к необоснованному
завышению более чем в 1,5 раза коэффициентов безопасности бетонной плотины на
сдвиг для основного сочетаний нагрузок, вследствие чего выводы фирмы о
недостаточной устойчивости Богучанской бетонной плотины на сдвиг по ее методу
являются неправомерными.
В методе USACE в отличие от метода Коин и Белье не заложены свои коэффициенты
запаса по сдвиговым параметрам скального основания и поэтому при использовании
наших расчетных значений коэффициентов безопасности (запаса) по tgφ и С, равных,
соответственно, 1,25 и 1,65, это также приводит к завышению в среднем примерно в 1,5
раза коэффициентов безопасности бетонной плотины на сдвиг, вследствие чего что
выводы фирмы о недостаточной устойчивости Богучанской бетонной плотины на сдвиг
по методу USACE являются необоснованными или, по крайней мере, требующими
проверки.
USACE использует три критерия безопасности: один критерий устойчивости - на сдвиг
по контакту бетон-скала и горизонтальному строительному шву и два критерия прочности
– на допустимое сжатие бетона плотины и скального основания и на опрокидывание или
раскрытие контакта бетон-скала (табл. 5).
Коэффициенты запаса USАСЕ Таблица 5
Сочетание
нагрузок
Устойчивость на
сдвиг по:
Прочность на
сжатие плотины и
основания
Опрокидывания нет, если
равнодействующая всех
вертикальных сил лежит в
пределах…...(контакта)
контакту шву
Основное 2.0 2.0 3.33 центральной трети
17

18. Особое 1.7 1.7 2.00 центральной половины
Экстремальное 1.3 1.3 1.11 внутри контакта
Нормальные вертикальные напряжения в нормах Коин и Белье и USACE определяются,
как и в СНиП 2.06.06-85 [2], для основного сочетания нагрузок периода эксплуатации при
сокращенном составе нагрузок (без температурных) методом сопромата и также как в
СНиП (табл. 12 в [2]) в контакте бетон-скала с напорной грани не допускается растяжение.
В нормах Коин и Белье и USACE при учете температурных нагрузок в период
эксплуатации образование трещины от растяжения бетона или раскрытие контакта бетон-
скала с напорной грани допускается на глубину dt (в обозначениях СНиП) или L (в
обозначениях Коин и Белье и USACE) не более расстояния дренажа от напорной грани
(a1) или 25% ширины основания плотины (bd), что существенно превышает критерии
(табл. 11 СНиП [2]) по ограничению глубины зоны растяжения dt в контакте (но не его
раскрытия) в предположении работы бетона на растяжение (dt≤0,3a2, где a2 - расстояние до
цемзавесы).
Следует отметить, что в отличие от СНиП [2] в методах Коин и Белье и USACE расчет
контактных вертикальных напряжений в случае появления трещины от растяжения или
раскрытия контакта определяется для закрытой части контакта L (см. примечания к табл.
3) или за вычетом из полной ширины контакта глубины его раскрытия контакта
(трещины). При этом принимается, что в пределах этой трещины или раскрытого контакта
действует полная (равномерная) эпюра фильтрационной части противодавления, что
ухудшает безопасность бетонной плотины. В этом отношении нормы Коин и Белье и
USACE существенно более «смелые», чем упомянутый советский СНиП 2.06.06-85 [2].
Предположение о работе бетона на растяжение и недопущении раскрытия контакта
бетон-скала в СНиП 2.06.06-85 является не обоснованным для суровых климатических
условий Богучанской бетонной плотины и противоречит случаям раскрытия контакта в
основании Братской, Усть-Илимской, Красноярской и других плотин и связанного с этим
снижения эффективности работы цемзавесы и заметного роста противодавления [6,7].
Выше рассмотренные различия в критериях безопасности по контакту бетон-скала во
многом предопределили и большие различия в принимаемых Коин и Белье и USACE и
СНиП эпюрах противодавления в скальном основании гравитационных плотин (рис.1, 2).
Во всех западных (США, Канада, Франция и др.) нормах проектирования
гравитационных плотин в отличие от СНиП [2] не учитывается работа цементационной
завесы. В нормах Коин и Белье и USACE противодавление в скальном основании
плотины (сумма фильтрационного и взвешивающего давлений), принимается в отличие от
18

19. СНиП [2] при допущении выхода из работы цемзавесы вследствие раскрытия контакта
бетон-скала, что представляется более обоснованным, особенно, для Богучанской
плотины. При этом на участке раскрытия контакта (с учетом температурных воздействий)
принимается полное противодавление, что с последующим его снижением в дренаже до
остаточного значения Pdr, равного 1/3 фильтрационного давления, что выше, чем 1/5 в
табл.5 СНиП 2.06.06-85.
Рис. 1. Эпюра противодавления в скальном основании гравитационной плотины по
СНиП 2.06.06-85
Рис. 2. Эпюра противодавления в скальном основании гравитационной плотины по
нормам фирмы Коин и Белье и Корпуса инженеров армии США (USACE)
В связи с этим можно заключить, что для Богучанской плотины в случае растяжения
или раскрытия контакта бетон-скала противодавление по СНиП занижено примерно на
20%, а по методам Коин и Белье и USACE - завышено примерно на 10% по сравнению с
натурными данными по Братской, Усть-Илимской и Красноярской плотинам [9, 10].
Более точное решение можно получить, если выполнить совместный трехмерный
расчет (методом конечных элементов) напряженно-деформированного состояния (НДС)
и фильтрационного давления (порового давления воды) в системе плотина-основание,
основанной на достоверной геомеханической модели основания, что до сих пор не
выполнено в проекте и поэтому остается актуальной задачей корректировки проекта.
19

20. 2.3. Оценка обоснованности использования фирмой Коин и Белье расчётной
пропускной способности водосбросов при PMF и форсировки уровня ВБ до отм. 213,5
м
2.3.1. Метод вероятного максимального паводка (PMF)
Учитывая особую важность оценки максимального расчетного расхода по методу PMF
для безопасности Богучанской ГЭС и отсутствие его применения в отечественной
практике ниже дан краткий анализ основных положений метода, его применимость и
достоверность.
Одним из наиболее распространенных в зарубежной проектной практике является метод
вероятного максимального паводка (PMF) [13-15], в котором повторяемость экстремальных
расходов воды связывают с повторяемостью экстремальных осадков, оцениваемой на основании
статистического анализа с использованием распределения Гумбеля [16].
Метод PMF разработан Гидрологическим инженерным центром (HEC) Корпуса инженеров
армии США (USAEC) в 1972 г. и с тех пор применяется в США, а позднее и ряде стран Юго-
Восточной Азии (Индии, Китае, Вьетнаме, Японии), Латинской Америки, Австралии и
Великобритании. Следует отметить, что метод PMF не используется в северных
штатах США, Канаде, вол многих странах Европы, в России и других странах.
Метод PMF используется в особо важных проектах, требующих полной
безопасности плотин и водосбросов при любом потенциальном ливневом паводке.
В России этот метод целесообразно использовать наряду с последними нормами СНиП
[1, 5] для проверки безопасности гидросооружений в зоне ливневых паводков на Дальнем
Востоке и Северном Кавказе и при проектировании гидроузлов в странах Юго-Восточной Азии.
Основные термины и понятия, применяемые при определении PMF, следующие:
- PMF (probable maximum flood) или МВП (максимальный вероятный паводок) – это
паводок, ожидаемый при наиболее неблагоприятном сочетании критических
метеорологических и гидрологических условий, возможных в рассматриваемом
бассейне.
- РМР (probable maximum precipitation) или MBO (максимальные вероятные осадки) -
это наибольший теоретически возможный слой осадков заданной
продолжительности на площади водосбора заданного размера в определенном
географическом районе в определенный период года.
PMF образуется расчетным ливнем, т. е. возможными максимальными осадками в
сочетании с гидрологическими условиями бассейна, наиболее благоприятными для
формирования максимального стока (при минимальной инфильтрации).
20

21. Для построения гидрографа PMF обычно используется метод единичного гидрографа.
Принцип единичного гидрографа изложен Л. Шерманом в 1932 году и основан на том,
что паводки, вызванные дождями с продолжительностью их эффективной, или
действующей, части примерно одни сутки, имеет примерно одинаковую продолжительность.
Ординаты таких паводков после срезки базисного стока пропорциональны слою стока за
паводок.
Очевидно, что гидрографы таких паводков в одном каком-либо бассейне, вызванные
односуточными или единичными дождями и построенные в относительном масштабе, будут
совмещаться и дадут средний или единичный гидрограф паводка для данного бассейна.
Ординаты таких единичных гидрографов паводков приводятся по отношению к
стандартному слою стока 1 дюйм (25,4 мм). Таким образом, единичный гидрограф
трактуется как гидрограф от 1 дюйма прямого стока в результате избыточных
(эффективных) осадков «rainfall excess» (часть общих осадков, которые превращаются в
сток после потерь).
До сих пор дискуссионным в теории единичного гидрографа является его применимость к
водосборам с различным диапазоном площадей. Долгое время считалось, что метод
единичного гидрографа дает приемлемые результаты для бассейнов с площадями водосборов
свыше 5000 км2
, однако исследованиями Д. Л. Соколовского [17] показано, что критерием
применимости метода единичного гидрографа является не размер бассейна, а отношение
Тв/τп (продолжительность эффективной части ливня ко времени добегания от наиболее
удаленной точки бассейна). Основные параметры, определяющие время добегания,
оцениваются по формулам, связывающим зависимость параметров единичного гидрографа с
морфометрическими характеристиками бассейнов или подгонкой к данным наблюдений.
Так как для большинства дождевых паводков на больших и средних
водосборах (5000-20000 км2
) время добегания от наиболее удаленной точки бассейна
τп свыше 2-3 суток и выполняется условие Тв ≤ τп, то они относятся к единичным. Таким
образом, метод единичного гидрографа, применим и для весьма больших бассейнов.
Однако следует отметить, что на больших площадях при разных ливнях, обычно, не
наблюдается аналогичного распределения осадков во времени и по площади. Для бассейнов
необычной формы (длинных и узких), распределение осадков по площади неравномерно и в
этих условиях использование единичного гидрографа приводит к определенным
погрешностям.
Техника построения единичного гидрографа подробно описана в [13, 14]. Для
применения в проектной практике разработаны компьютерные программы (HEC-1 и
другие), позволяющие получать единичные гидрографы по наблюденным паводкам.
21

22. Совмещенные гидрографы наблюденных паводков и гистограммы паводкообразующих
осадков (пиковой части ливней) дают возможность калибровать (тестировать) модели
расчетных гидрографов паводков и выбранных наблюденных паводков.
Для сложных много модальных паводков р. Ангара процедура выделения эффективных
(паводкообразующих) осадков, являющихся исходными данными для расчета PMF, весьма
условная и очень сложная. Поэтому осреднение вычисленных единичных гидрографов в
этих условиях является нецелесообразным.
На основании общего анализа проведенных расчетов отбираются единичные
гидрографы, представляющие результат более надежных приближений расчетных и
наблюденных паводков и являющимися типовыми по форме.
Пересчет вероятных максимальных осадков (расчетного ливня) в PMF проводится
по выбранным единичным гидрографам в соответствии с концепцией метода
единичного гидрографа. Ординаты единичного гидрографа умножаются на
соответствующий слой избыточных осадков расчетного ливня со сдвигом на время
образования максимального расхода в конце расчетного интервала.
Определение PMF состоит из следующих процедур:
- предварительное ознакомление с объектом (его параметрами и техническими
решениями), водосборным бассейном (включая вышерасположенные гидроузлы), его
физико-географическими характеристиками и гидрометеорологической изученностью;
- анализ информации о происшедших штормах и паводках (максимальных расходах
и объемах), синхронных максимальных осадках, температуре воздуха и запасе воды в
снежном покрове, а также материалов предшествующих проектных работ;
- калибровка и построение единичного гидрографа с учетом времени добегания и
водопоглощения на водосборе (и разбивкой бассейна на суббассейны), а также
инфильтрационных характеристик бассейна и/или его частей, в том числе
потенциально промерзающие зоны, трансформации паводков, формирующихся в
суббассейнах в результате их руслового регулирования и распластывания в
долинах рек;
- построение собственно PMF с учетом распределения во времени и по территории
штормовых осадков, а также совпадающего со штормом снеготаяния (при 1%-й
обеспеченности площади снежного покрова и запаса воды в нем), потерь воды на
насыщение водосбора при высоком предшествующем увлажнении.
При применении метода PMF исходят из метеорологических соображений и
вычисляют максимальные осадки, вероятные в данном регионе. С учетом некоторого
числа бассейновых параметров отсюда определяется максимальный вероятный или
22

23. даже предельно возможный в данном месте (на данном водосборе) паводок.
Надежность оценки величины PMF зависит как от возможностей задания предельных
значений гидрометеорологического воздействия на водосбор, так и от точности
самой модели, преобразующей эти воздействия в дождевой сток, в особенности при
экстремальных ситуациях.
Метод PMF предполагает наличие верхней границы паводкового расхода воды,
которая не может быть превышена в рассматриваемом створе. Обычные вероятностные
методы предполагают, что сколь угодно большое значение паводка может быть
превышено. Чтобы избежать этого физически неприемлемого вывода, верхняя ветвь
кривой распределения ограничивается расходами воды с достаточно низкими
вероятностями превышения, например, 0,001 или 0,0001 (Р=0,1-0,01%).
Многочисленные неопределенности и необходимость использования ряда гипотез
делают метод PMF достаточно субъективным [18]. Считается, что два самых опытных
синоптика на основе одних и тех же данных метеорологических наблюдений дадут два
сильно различающихся варианта максимального вероятного ливня, на основе которого
определяется PMF. Однако в ряде ситуаций и регионах мира применение PMF может
быть обоснованно при отсутствии достаточно длинного ряда измеренных
максимальных расходов воды и наличии более длинного плювиометрического ряда.
Следует отметить, что по данным ряда сопоставительных расчетов, выполненных
для рек, по которым имеются как гидрологические, так и метеорологические наблюдения за
несколько десятилетий, значение PMF обычно находится между Qмакс
0,1% и Qмакс
0,01% , а
иногда и превосходит больший из указанных расходов воды.
В ряде стран и в США в последние годы предпочитают определение PMF по
метеорологическим данным с переходом от него к стандартному (расчетному) паводку (40-
60% PMF).
Поэтому представляет интерес сопоставить эти два различных подхода к определению
расчетных максимальных расходов воды. Такое сопоставление по ряду гидрометрических
створов США с многолетними рядами наблюдений было выполнено Гидрологическим
инженерным центром (HEC) Корпуса инженеров армии США (USAEC) и приведено в
табл. 6 [19].
Как видно из этих сопоставлений, значения PMF в большинстве случаев (70%)
находятся в диапазоне между расчетными расходами воды повторяемостью 1/1000 и
1/10000, используемыми в российской практике гидрологического обоснования
безопасности гидросооружений I класса, хотя в отдельных случаях они могут отличаться
почти в 2 раза.
23

24. Сравнение максимальных расчетных и наблюдаемых расходов ряда рек США. Таблица 6
Река Плотина Площадь
водосбора,
км2
Максимальный расход, м3
/с
Наблю-
даемый
СРП PMF Расчетный расход Срок
наблюде
ния, лет0,01% 0,001%
ВОСТОЧНЫЙ РАЙОН США
Сасквуэхан
на
Харисбург 62416 31100 21600 50900 38200 70800 185
Шенандоа Фронт
Ройал
4242 3680 7080 11900 12700 30000 45
Делавэр Токс
Айленд
9912 7070 11100 22200 13000 21800 100
Шулилкилл Филадельфи
я
4903 3820 5660 12200 7360 12700 45
Чаттахучи Джорди
Эндрюс
21263 5740 8290 17800 6510 8490 80
Талпехокен Блу Марш 453 453 1530 3650 1980 3960 39
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ РАЙОН США
Неошо Джон
Редмонд
7809 11500 9900 18100 13700 29200 50
Вулф
Бойyайт
Вулф Бойю 27960 10100 10100 40800 18100 23800 40
Тринити Обрей 1792 1220 7070 12600 7080 13200 21
Арканзас Ко 17228 5060 12200 21400 8490 11900 40
Майнтейн
Форк
Броукен Боу 1953 2860 8240 16500 6510 9060 34
Сандерс-
Крик
Пэт Мейерс 453 566 2600 5260 990 1270 25
ЗАПАДНЫЙ РАЙОН США
Станислаус Нью
Мелоунс
2543 2890 4190 10000 9900 28300 50
Кингз Пайн Флэт 3994 3170 5380 12500 9900 22640 60
Фитер Оровилл 9352 7070 12500 20400 14700 21200 20
Хумбольт Девилз Гэйт 2305 311 1050 2320 2550 8490 38
Милл-Крик Моаб 194 142 651 2090 877 1700 30
Примечания к таблице 6:
1. СРП - стандартный расчетный паводок, являющийся результатом комбинации неблагопри-
ятных метеорологических и гидрологических условий, характерных для данного района.
2. PMF - вероятный максимальный паводок - паводок, который может явиться результатом
комбинации крайне неблагоприятных метеорологических и гидрологических условий, возможных
в данном районе. Расход СРП составляет 40 - 60% PMF (для одного бассейна реки).
2.3.2. Значение фактора снеготаяния в прогнозе PMF.
До сих пор не разработаны приемлемые критерии и методы расчета стандартного
проектного и максимального возможного паводка от снеготаяния. Проблема усложняется
тем, что глубокий упакованный (уплотненный) снег стремится замедлить высокие
скорости стока воды и, как следствие, максимальный потенциальный вероятный паводок
24

25. от снеготаяния не соответствует максимальной глубине уплотненного снега или
эквивалентному слою воды. Толщины уплотненного и рыхлого таящегося снега различны
на разных отметках, тем самым еще более усложняя проблему достоверной оценки
паводка.
В случае критически короткой продолжительности проектного паводка высокие
температуры воздуха при умеренной толщине уплотненного снега после небольшого
снеготаяния приводят к наиболее критическому стоку. В противоположном случае
длительного проектного паводка, более обычного случая прогноза паводка от
снеготаяния, длительные периоды высоких температур или теплых дождей при большой
толщине тяжелого плотного снега приводят к критическим трудно прогнозируемым
условиям стока.
Общая процедура расчета гипотетических паводков от снеготаяния должна включать
начальную толщину плотного снега в критический период снеготаяния. В расчете PMF
должны учитываться условия образования наиболее критического плотного снега и они
должны быть значительно более критическими (толщина плотного снега наибольшая),
чем условия стандартного проектного плотного снега. Распределение температур воздуха
выбирается из их гистограммы, соответствующей максимальным возможным
температурам периода снеготаяния и паводка. Одновременно должен учитываться вклад
возможных максимальных дождевых осадков в период максимального снеготаяния. В
расчетах должны учитываться также такие факторы, как солнечная радиация, испарение,
теплопроводность воздуха, зависящие от его температуры, потери стока на
инфильтрацию, наличие оврагов и некоторые другие факторы.
Учет в прогнозе PMF от снеготаяния всех перечисленных сложных факторов снижает
его достоверность и поэтому он не нашел широкого применения в северных штатах
США, Канаде, скандинавских странах и некоторых других странах.
Ввиду выше изложенного прогноз PMF фирмой Коин и Белье, основанный на весеннем
паводке от снеготаяния и не учитывающий эти факторы, является недостоверным.
2.3.3. Рекомендации Международной комиссии по большим плотинам по оценке
PMF
В рекомендациях Международной комиссии по большим плотинам (ICOLD, 1992 г.) [23]
по оценке PMF отмечается, что обоснованный выбор максимального расчетного расхода
определяется степенью риска, принятой допускаемой в случае его превышения. Обычно
максимальные расчетные расходы принимают в диапазоне повторяемости 1 раз в 100 и 1000
лет.
В последние 20-30 лет опыт эксплуатации гидроузлов во многих странах,
25