Ветхие плотины – новый риск для миллионов людей

Плотина Верзаска в Тичино была построена в 1965 г., её высота 220 м. Keystone / Alessandro Crinari

Более полувека назад по всему миру были построены тысячи крупных плотин и теоретически их срок службы уже превышен. Следовательно, они небезопасны? Обновление плотины Верзаска (Verzasca) в Швейцарии показывает, как справиться с подобным старением и последствиями изменения климата.

Перевод Юлии Ильиной, редактор Надежда Капоне

Инженер-строитель Франческо Амберг (Francesco Amberg) не скрывает эмоций. За свою карьеру он посетил десятки искусственных водоемов не только в Швейцарии, но и в других странах, однако ему редко приходилось сталкиваться с подобной картиной.

Добравшись до вершины плотины Верзаска, расположенной в нескольких километрах от Локарно в кантоне Тичино, Амберг любуется тем, что осталось от расположенного внизу водоёма. Бассейн гидроэлектростанции совсем опустел и бирюзовые воды уступили место серому и оголённому, почти лунному ландшафту. «Впечатляет видеть водоём таким пустым», – говорит инженер.

Франческо Амберг на плотине Верзаска. swssinfo.ch / Luigi Jorio

Плотина Верзаска – одна из самых высоких в Европе, её высота составляет 220 м над уровнем моря. В 1995 г. Джеймс Бонд прославил её во всем мире благодаря фильму «Золотой глаз» (Goldeneye). Именно с вершины плотины, где я нахожусь в этот солнечный февральский день в компании Амберга, британский секретный агент, которого сыграл Пирс Броснан (Pierce Brosnan), бросился в пустоту, привязанный к тросу.

Плотина была открыта в 1965 г., и сейчас после более полувековой эксплуатации ей требуется ремонт. Старение может стать угрозой для работы или безопасности людей, однако этому не уделяется должного внимания на глобальном уровне, где у тысяч крупных плотин уже заметны признаки износа.

>> Посмотрите на впечатляющие виды почти пустого водохранилища плотины Верзаска:

Амберг, один из инженеров, принимающих участие в работах, объясняет, что обновление плотины Верзаска касается всех объектов, которые используются для подачи воды вниз из водохранилища. В частности, необходимо заменить два дисковых затвора, используемых для прерывания подачи потока воды к турбинам, и отремонтировать антикоррозийную защиту внутри труб. Планируются также работы в расширительной камере — пространстве, созданном в скале, которое служит для регуляции воды, сбрасываемой плотиной. Стоимость ремонта оценивается примерно в 7 млн швейцарских франков.

Расширение бетона

Сама арочная стена не требует каких-либо специальных вмешательств. В отличие от других плотин того же типа, здесь не наблюдалось химического ухудшения бетона. Основная проблема, которая может возникать после долгой эксплуатации – это так называемая «щелочно-агрегатная реакция», происходящая при взаимодействии воды с определенными минералами, содержащимися в бетоне, например с диоксидом кремния. В результате чего бетон расширяется, а плотина удлиняется, создавая дополнительную нагрузку на опорную скалу.

Этот процесс износа известен с 1940-х годов, он также учитывается и для других крупных объектов, таких как подпорные стены и мосты. «Я бы не стал называть это проблемой, так как прочность конструкции не страдает. Однако за ситуацией нужно следить», – уточняет Амберг. В случае чрезмерного расширения бетона инженеры делают вертикальный разрез специальным алмазным канатом, чтобы уменьшить противодавление плотины.

Другие возможные, хотя и менее частые признаки износа могут проявляться в «поведении» несущих стен. «Например, на плотине Монсальвенс (Montsalvens) в кантоне Фрибур отмечалась тенденция скольжения слоев горной породы один на другой. В подобных случаях используются анкеры», – объясняет Амберг.

Плотина Монсальвенс (Montsalvens) в кантоне Фрибур в 1968 г. Keystone / Wir.

Устойчивость к самым сильным землетрясениям

Однако старше не означает опаснее. На самом деле часто бывает наоборот. Амберг говорит, что сегодня он чувствует себя в большей безопасности, чем в прошлом, когда была запущена плотина Верзаска. «Самый критический момент – это начальный этап, первое заполнение, первый сейсмический удар». Международные исследованияВнешняя ссылка подтверждают, что многочисленные аварии происходят именно в первые пять лет после ввода в эксплуатацию.

В Швейцарии бетонные плотины спроектированы так, что могут выдерживать сильные землетрясения, происходящие раз в 10 000 лет. По словам Амберга, законодательство особенно строго относится к безопасности. Например, все плотины должны иметь возможность быстрого отвода воды для остановки работы всех объектов.

Кроме того, швейцарские плотины регулярно инспектируются и необходимые данные пересматриваются в соответствии с обновленными сейсмическими картами. «Однако на международном уровне это не всегда так», – отмечает инженер.

Средний возраст швейцарских плотин 69 лет

В реестре Международной комиссии по крупным плотинам (International Commission on Large Dams, ICOLD) зарегистрировано около 58 700 крупных мировых плотин. Это касается сооружений, высота которых превышает 15 метров или чей резервуар превышает три миллиона кубометров. Китай является страной с наибольшим количеством крупных плотин, их почти 24 000.

Швейцария входит в число стран с самой высокой плотностью размещения плотин на своей территории. В Конфедерации находится 188 крупномасштабных объектов, и гидроэлектроэнергия является источником 58% производимой в стране электроэнергии.

По данным ICOLD, около 1000 крупных плотин в мире, а это практически каждая третья, были построены более 50 лет назад. Таким образом, они превысили расчётный нижний предел срока службы плотины и теоретически нуждаются в обновлении. Большинство крупных плотин в мире были построены в 60-е и 70-е годы прошлого века. После этого наблюдалось неуклонное сокращение объемов нового строительства в основном из-за растущей озабоченности по поводу их воздействия на окружающую среду. Однако строительство плотин продолжается и в настоящее время.

Срок службы зависит от различных факторов, в том числе от типа плотины (бетонная, каменная или земляная) и качества строительных материалов. «Железобетонные плотины изнашиваются больше всего, поскольку подвергаются процессу коррозии в результате карбонизации», – объясняет Swissinfo Жан-Клод Колли (Jean-Claude Kolly), инженер-строитель и сотрудник по связям с общественностью Швейцарского комитета по плотинам (swissdams).

У плотин Японии и Великобритании — самый высокий средний возраст в мире, им соответственно 111 и 106 лет. В Швейцарии средний возраст плотин оставляет 69 лет. «Это относительно много, но при отсутствии щелочно-агрегатных реакций или карбонизации его можно без проблем удвоить», – считает Колли.

Хорошим примером является плотина Мегрож (Maigrauge) в кантоне Фрибур. Это самая старая бетонная плотина в Европе: она была открыта в 1872 г. Её отремонтировали в 2005-м. «Сегодня она полностью функционирует», – отмечает Колли.

Риски обветшания

Однако не все плотины в мире находятся в таких условиях, как Мегрож. Исследователи из Университета ООН (УООН/UNU) предупреждают, что старение крупных плотин представляет собой «возникающий новый риск», которому ещё уделено недостаточно должного внимания.

Хорошо спроектированная, построенная и обслуживаемая плотина может оставаться в эксплуатации даже в течение столетия. Однако многочисленные плотины по всему миру не соответствуют этим критериям. Согласно отчету УООН (pdfВнешняя ссылка), опубликованному в 2021 г., за последние два десятилетия десятки плотин в США, Индии, Бразилии, Афганистане и других странах имеют серьезные повреждения и даже разрушения. Кроме того, отмечается, что количество подобных аварий может возрасти.

Старение не только ставит под угрозу эффективность и функциональность гидроэлектростанций. Оно также представляет потенциальную угрозу для сотен миллионов людей. В 2050 г. более половины населения мира будет жить в долине под большой плотиной, построенной в ХХ веке, образно указывается в докладе.

Поэтому для устранения этого нового риска требуются международные усилия и увеличение технического обслуживания. Более того, необходимо учитывать, что к естественному износу плотин добавляются последствия глобального потепления. Сильные наводнения и изменения количества осадков могут довести эти конструкции до предела рабочего состояния и повысить вероятность их разрушения, отмечает Думинда Перера (Duminda Perera), ведущий автор исследования УООН.

В мае 2020 г. проливные дожди привели к обрушению плотины Сэнфорд (Sanford) в США. Keystone / Tannen Maury

Проблемы изменения климата

Плотины в Швейцарии также сталкиваются с повышенным риском наводнений. «Мы переоцениваем пропускную способность водосбросов [устройств для удаления лишней воды, – прим. ред.]», – говорит Амберг. Больше всего его беспокоит скопление лесного мусора после сильных дождей. Инженер призывает заботиться о лесах вокруг водоемов, чтобы стволы и ветки не попадали в водохранилища и не мешали водосбросам.

По мере повышения температуры тает вечная мерзлота, и горные склоны могут стать более неустойчивыми. Это увеличивает опасность попадания оползней в водохранилища и, следовательно, возникновения аномальной и разрушительной волны, как это произошло на плотине Вайонт (Vajont) в 1963 г. в Италии. Также ответственные за плотины обеспокоены геологическими отложениями, переносимыми талыми водами ледников. Эти минералы оказывают абразивное воздействие на соединяющие объекты и турбины и прежде всего накапливаются в водосборнике, уменьшая его объем.

На плотине Верзаска подобные отложения не представляют проблемы, так как водохранилище наполняется в основном за счёт дождей. Весной, по окончании работ по модернизации, бассейн будет постепенно заполняться, и вода в долине вновь приобретет бирюзовый цвет. Уходя с вершины плотины, Амберг бросает последний взгляд вниз: «Кто знает, когда я снова смогу полюбоваться подобным пейзажем».