Представление о Волге как о самой крупной реке в Европе, вытекающей из озера Волго и через 3530 км впадающей в Каспийское море, относится к разряду прописных истин. А вот об истинном состоянии этой водно-ресурсной системы мало кто знает.
Обратите внимание: не Волга-река, а именно водно-ресурсная система. За более чем двухсотлетнюю историю реконструкции Волги-реки этот уникальный по своим параметрам и значимости для страны водный объект превратился в природно-техническую систему, обеспечивающую водными ресурсами и электроэнергией целые отрасли хозяйства, а также миллионы отдельных потребителей. Нельзя не напомнить, что бассейн Волги занимает более 60% самой населенной и экономически развитой Европейской части страны. Только на нужды населения, промышленности и сельского хозяйства здесь ежегодно забирается из водных источников около 30 км3 свежей воды. На гидроэлектростанциях Волжско-Камского каскада ежегодно производится до 40 млрд кВт•ч электроэнергии, грузооборот речного транспорта в лучшие годы достигал 260 млн т в год. И сегодня нормальное существование этого региона немыслимо без функционирования водно-ресурсной системы Волги.
Что же на самом деле представляет собой Волга сегодня и какой она может стать в ближайшие годы и в отдаленной перспективе? Нынешняя Волга зарегулирована. На самой Волге сооружено 9 крупных гидроузлов: Верхневолжский бейшлот, построенный еще в XVIII в., Иваньковский, Угличский, Рыбинский, Нижегородский, Чебоксарский, Куйбышевский, Саратовский и Волгоградский с гидростанциями. Три крупных гидроузла с ГЭС на реке Каме - Камский, Нижне-Камский и Воткинский. Всего же в бассейне Волги действуют в настоящее время более 120 крупных гидроузлов с плотинами, водохранилищами и каналами, коренным образом изменившими естественные гидрологические процессы в речной системе.
Рассмотрим один из самых ответственных элементов этой системы и вместе с тем наиболее близкий миллионам москвичей - реку Москву, впадающую в Оку, второй по водности приток Волги.
Подпертая плотинами и подпитываемая волжской водой река Москва является наглядной (в черте г. Москвы - буквально) моделью Волги, которая в результате создания гидроузлов также превратилась в серию сопряженных, примыкающих друг к другу водохранилищ.
Сегодня на Москве-реке и ее притоках эксплуатируется 12 крупных гидроузлов, решающих две важнейшие задачи: надежное водообеспечение Московской агломерации и создание судоходного пути от Москвы до Оки с гарантированной глубиной 2,2 м. Именно эти гидроузлы и переброска стока из Волги по каналу Волга-Москва обеспечивают современную полноводность реки Москвы.
В естественных же, незарегулированных условиях река Москва выглядела совсем не так, как сейчас. В летнюю межень (июль - август) расходы воды в реке ( т. е. количество воды, проходящей в единицу времени), были нередко ниже 10 м3/с, а в суровые зимы речной поток уменьшался до 6-7 м3/с. Летом в некоторых местах в черте города Москву-реку можно было перейти вброд.
Исторически наиболее известен Крымский брод в районе нынешнего Крымского моста. Через этот брод не раз на Москву нападали татарские орды, а в 1612 г. Козьма Минин, перейдя с войсками через Крымский брод, нанес фланговый удар по наступающим войскам гетмана Ходкевича.
Чтобы избавиться от маловодья, в 1836 г. на реке Москве, чуть выше современного Большого Каменного моста, была построена Бабьегородская плотина, поднявшая уровень воды в реке в черте города на 2,5 м. Она просуществовала до той поры, пока чуть выше села Коломенское не была введена в строй Перервинская плотина с подпором около 5 м, создавшая современный уровень воды в реке Москве в пределах города.
В 1937 г. в Москве был введен в эксплуатацию второй современный гидроузел - Карамышевский, поднявший уровень воды на вышележащем участке реки почти на 6 м. Таким образом, современная река Москва в границах города представляет собой два больших проточных пруда. Один из них начинается у Перервинской плотины и тянется по руслу реки до Карамышевского гидроузла, включая огромную акваторию в районе Нагатино, другой - от Карамышевской плотины до Рублева, имеющий мощные разливы в районе Серебряного бора и Строгина.
Ниже Перервинской плотины на реке Москве сооружено еще 5 гидроузлов с плотинами и шлюзами, обеспечивающими глубоководный путь до реки Оки и далее до Волги. Выше Карамышевского гидроузла на реке Москве и ее притоках построены Можайский, Рузский, Озернинский и Истринский гидроузлы, образующие систему одноименных водохранилищ, которые позволяют равномерно, с высокой надежностью снабжать добрую половину Москвы питьевой водой, независимо от естественных колебаний водности реки.
Но вернемся к Волге. Если созданная Москворецкая система понятна всем и, как правило, вызывает только восхищение, то каскад водохранилищ на Волге представляется неким монстром-губителем великой реки. Для опасений за судьбу Волги, конечно, есть объективные причины, но в какой степени они зависят от существующей системы регулирования стока, а попросту говоря, от созданных водохранилищ?
Как и подавляющее большинство российских рек (исключение составляют лишь северокавказские и дальневосточные реки), в естественных условиях основное питание Волга получает за счет таяния снега в период весеннего половодья. За три весенних месяца на Волге и подавляющем большинстве ее притоков проходит 60-65% годового стока. Затем обычно наступает летне-осенняя межень, когда расходы в реке уменьшаются по сравнению с половодьем в десятки раз. Затем, в период осенних дождей, водность рек Волжского бассейна и самой Волги вновь возрастает, но не надолго. Вместе с ледоставом река засыпает - наступает зимняя межень, подпитка идет только от подземных вод. Типичный годовой график водности равнинных рек России, включая Волгу,- это двумодальная кривая колебаний случайных величин, к которым относится и водность рек. О размахе колебаний этих величин для Волги можно, например, судить по стоку в ее замыкающем створе, т. е. на самом нижнем участке реки, где проводятся наблюдения. Среднегодовой сток Волги, определенный за многолетний период (регулярные наблюдения за стоком начались с 1881 г.), составляет около 250 км3, тогда как в маловодные годы сток снижается до 162 км3, как это было в крайне засушливом 1921 г., или поднимается до 382 км3, как это было в катастрофически многоводном 1926 г. Еще больший размах имеют внутригодовые колебания водности (расходы) Волги. В 1926 г. в районе Волгограда был зафиксирован максимальный расход воды, достигший 59 000 м3/с. В летнюю межень эти расходы падали до 2000 м3/с, а в зимнюю межень даже до 700 - 800 м3/с, как это было, например, в 1939 г., когда 12 декабря был зафиксирован абсолютный минимум - 525 м3/с. Вот эти колебания водности, естественная изменчивость стока и требуют "поправить" природу даже на такой многоводной реке, как Волга.
Подобно пути "из варяг в греки", проходившего по Днепру через Киевскую Русь, Волга стала важнейшим транспортным путем Государства Российского. Особенно после того, как реку искусственно соединили с реками Балтийского склона через Вышеневолоцкую систему, построенную в начале XVIII в. по замыслу Петра I, для связи Петербурга с остальной Россией. К сооружению Вышневолоцкой системы был причастен прадед А.С. Пушкина генерал-аншеф А.П. Ганнибал. Вышневолоцкая система, реконструированная в 1944 г., работает до сих пор, однако ее функция изменилась. Судоходное значение система практически утратила, вместе с тем она передает часть стока реки Мсты, принадлежащей к бассейну Балтийского моря, через Тверцу в Верхнюю Волгу, улучшая приходную часть ее водохозяйственного баланса. В среднем через Вышневолоцкую систему в Волгу перебрасывается около 0,9 км3 воды в год, что увеличивает естественный сток Волги в створе Иваньковского гидроузла, из которого ежегодно на нужды водоснабжения Москвы подается до 2 км3. Таким образом, Петр I положил начало реконструкции Волги, соединив ее верховья с водными путями Балтийского склона, в результате чего москвичи пьют воду северных рек, не подозревая об "экологической несовместимости вод рек северного и южного склонов России", о чем так много мы слышали в период обсуждения проблем переброски.
Усиление транспортного значения Волги в связи с сооружением Вышневолоцкого соединения очень скоро выявило недостаточность естественного летнего стока Волги для прогрессирующего судоходства. В естественном состоянии в летнюю межень на всем протяжении реки от Твери до Астрахани образовывались сотни маловодных перекатов, при этом на некоторых глубина падала до 0,5 м и ниже. С появлением на Волге пароходов (в 40-х годах XIX в.) положение еще более осложнилось: выше Рыбинска в маловодные годы крупные суда вообще не могли ходить.
К середине XIX столетия стало очевидным, что без регулирования стока водохранилищами улучшить условия судоходства на Верхней Волге невозможно. Именно тогда, в 1843 г., был построен Верхневолжский бейшлот - плотина, повысившая уровень четырех верхневолжских озер - Волго, Веслуг, Стерж и Пено, создавая таким образом запас воды во время весеннего половодья, чтобы срабатывать его в период летней межени.
По существу в 1843 г. на Волге было создано первое регулирующее речной сток водохранилище, по тогдашним меркам очень большое (его полезный объем составлял около 385 млн м3). Сработка этого объема в период судоходства позволяла повышать глубины в створе у Твери более чем на 25 см, а вместе с Заводским водохранилищем, входящим в состав Вышневолоцкой системы, глубины у Твери повышались более чем на полметра. Так на Верхней Волге впервые была решена проблема водного транспорта.
Однако по мере развития торгово-экономической деятельности во второй половине XIX столетия увеличивающийся грузооборот по Волге требовал всё больших глубин и на нижележащих участках реки. В Рыбинске в этот период сосредоточилась вся хлебная торговля Поволжья, Нижегородская ярмарка привлекала к себе большегрузные суда, идущие снизу, а многочисленные мели не позволяли использовать на полную мощность их возможности. Так, летом 1891-го маловодного года грузовое движение через знаменитый Урановский перекат было приостановлено вовсе, за несколько дней там скопилось более 300 грузовых судов.
Стало ясно, что без шлюзования, т. е. без регулирования стока водохранилищами, транспортную проблему Волги не решить. Правда, возникновение железных дорог, берущих на себя большую часть перевозок, и появление паровых землечерпательных машин, эффективно прорезающих мели и перекаты, отодвигало осуществление планов регулирования стока на Волге. Вместе с тем появление гидротурбин подталкивало к созданию комплексных гидроузлов, обеспечивающих как требуемые гидрологические условия для судоходства, так и гидростатические условия для производства электроэнергии.
С 1909 г. в России началась разработка планов создания глубоководной транспортной сети Европейской части страны, где Волге придавалось первостепенное значение, и не только как водно-транспортной артерии, но также и как источнику дешевой электрической энергии.
Уже тогда было ясно, что Волга обладает большим энергетическим потенциалом. Перепад высот по течению реки от Углича до Астрахани превышает 100 м, а среднемноголетний расход воды в замыкающем створе составляет около 8000 м3/с. Было подсчитано, учитывая, естественно, Каму и другие крупные реки бассейна Волги, что ее энергетический потенциал составляет около 30 млрд кВт•ч в год! Цифра для того времени фантастическая, но вполне реальная. (Современный Волжско-Камский каскад гидроэлектростанций в среднем за многолетие вырабатывает около 36 млрд кВт•ч в год, а установленная мощность его ГЭС превышает 11 млн кВт.)
Таким образом, энергетическая оценка Волжского потока, а также оценка транспортных возможностей реки были сделаны задолго до планирования "великих строек коммунизма". Собственно говоря, основы плана "социалистической реконструкции Волги" и создания "Волжской электропроводной транспортной магистрали", провозглашенные на сессии Академии наук СССР "Проблемы Волго-Каспия" (1933 г.), были подготовлены еще до Октябрьской революции, и только первая мировая война, революция и разруха не позволили приступить к реализации планов "шлюзования" Волги и начать строительство гидроэлектростанций.
Сигнал для реализации старых и к разработке новых планов реконструкции Волги дала упомянутая сессия АН СССР. Ее решения - это по существу научное обоснование преобразования реки Волги в водно-ресурсную систему, которая функционирует сегодня. Более того, эта сессия определила долгосрочный план освоения всех природных ресурсов Волжско-Каспийского региона, который включал (кому-то хочется это скрыть) "дополнительное питание Волжского бассейна из соседних многоводных речных систем" (Дон, Онега, Сухона, Вычегда и Печора). На сессии наряду с водными проблемами одновременно решались вопросы энергетики и гидротехники, сельского хозяйства, геологии, рыбного хозяйства - практически все вопросы развития народного хозяйства этого региона.
Нужно, однако, признать, что в целом решения сессии АН СССР имели технократическую направленность, что соответствовало духу того времени, хотя проблема взаимодействия экономики и природы не была обойдена. На сессии высказывалось серьезное беспокойство о судьбе "рыбного дела Каспия" в связи с проектируемым гидротехническим строительством, а также сомнения по поводу массированного орошения в Заволжье. Но все же общая направленность решений сессии определялась задачей реконструкции Волги: предусматривались создание глубоководной магистрали, производство дешевой электроэнергии и борьба с засухой с помощью орошения, плюс переброска стока северных рек для компенсации изъятия стока Волги.
Рекомендации сессии АН СССР были впоследствии подкреплены рядом партийно-правительственных постановлений.
Центральным звеном созданной водно-ресурсной системы является Волжско-Камский каскад гидроузлов с водохранилищами, позволяющий выполнить возложенные на него функции: энергетические, транспортные, водоснабженческие, ирригационные и др. Основные параметры и водно-энергетические показатели крупнейших гидроузлов построенного Волжско-Камского каскада представлены в таблице.
Из таблицы видно, что в водохранилищах Волжско-Камского каскада накоплено 165 км3 воды Это примерно 65% среднегодового стока Волги. Но полностью эта накопленная вода никогда не используется. В работе находится только часть этого объема, именуемого полезным. На Волге полезный объем водохранилищ, практически ежегодно заполняемых в период весеннего половодья, и срабатываемый в период летней межени для нужд речного транспорта и в период зимней межени для выработки электроэнергии на ГЭС, оценивается величиной порядка 80 км3.
Площадь зеркала водохранилищ при нормальном подпорном уровне, когда водохранилища заполнены полностью, составляет 22 860 км2. Эта характеристика регулирующих сток водохранилищ вызывает больше всего критики, которая в ряде случаев доходит до предложения вообще разобрать плотины и спустить водохранилища, вернув Волгу в первозданное состояние.
Что же еще дает регулирование стока и создание ГЭС на Волге? Начиная с 1937 г., когда была пущена первая Иваньковская ГЭС, и по 1999 г. гидростанциями каскада было выработано почти 1500 млрд кВт•ч электроэнергии. Это позволило не только сэкономить 525 млн т органического топлива, но и заметно снизить число преждевременных смертей в этом регионе. По данным академика И.П. Дружинина, выработка 1 млрд кВт•ч электроэнергии на тепловых электростанциях, работающих на угле, уносит дополнительно от 100 до 226 человеческих жизней, а это значит, что ежегодно Волжские ГЭС предотвращают от 3500 до 8000 преждевременных смертей. Поэтому не следует забывать, что Волжско-Камский каскад, как и всё на свете, имеет две стороны и приводит как к экологическим потерям, так и к экологическому выигрышу, являясь безопасным производителем электроэнергии.
Данные таблицы говорят и о том, что на Волге и Каме в результате сооружения каскада водохранилищ создана глубоководная (гарантированная глубина 4 м) воднотранспортная магистраль. Общая длина Волжско-Камских водохранилищ составляет около 3500 км, в том числе по створу Волги 2500 км. В свободном, не зарегулированном состоянии остался лишь участок Волги ниже Волгоградской плотины, судоходные глубины на котором в межень регулируются попусками из водохранилищ.
Надо сказать, что существовали проекты зарегулировать и этот участок Волги, но, к счастью, здравый смысл восторжествовал, и проект Нижневолжской ГЭС так и остался проектом, примером полной экологической безграмотности. Но и сегодня незарегулированный участок Нижней Волги вызывает самую серьезную озабоченность. Проблемы с управлением водным режимом на этом участке требуют своего решения. К ним еще придется вернуться.
Список использованной литературы:
Журнал "Экология и жизнь". Статья А.Л. Великанова, доктор технических наук, профессор.