Ликбез №47: Спасти рядовую форель

Пусть рыба движется сама

Перемещение живых организмов вниз по течению реки, перегороженной преградой, не представляет проблем только при небольших перепадах высот, для высоконапорных ГЭС это уже проблема. А миграция снизу вверх на таких сооружениях зачастую вообще невозможна без особых ухищрений. На ГЭС задача проектировщика осложняется еще и тем, что, пройдя через водозаборы и гидроагрегаты, сложные речные организмы, в первую очередь – ценные породы рыб, скорее всего, погибнут. В СССР и современной России для решения этой задачи использовались два основных метода. Для мигрирующих пород рыб оптимальным вариантом преодоления гидротехнических сооружений считается рыбоход. По определению, которое можно встретить в справочниках и учебниках для студентов технических вузов, «рыбоходы в основном представляют собой лотки или каналы с такими скоростями, чтобы рыба могла плыть в рыбоходе против течения».

Казалось бы, все очень просто, однако в реальности возникает множество проблем и ограничений. Так, выяснилось, что при сооружении рыбохода следует учитывать не только технические сложности, но и общую высоту подъема и дальность миграционного пути. Чем выше первое и длиннее второе, тем больше устает рыба, следовательно, тем труднее ей становится преодолевать расстояние и течение в реке. Самые простые рыбоходы лоткового типа с искусственной шероховатостью, построенные при первых в СССР ГЭС на реках Волхов, Южный Буг и Кура оказались неэффективными, несмотря на сравнительно небольшой напор от одного до семи метров. Инженеры объяснили это тем, что в лотках образуются беспорядочные вихревые течения, затрудняющие движение рыбы по сооружению. 

Рыбоходы более сложного лоткового типа позволяют снижать скорость течения, что дает рыбе возможность преодолевать напор от двух до 27 метров. Однако и с ними были проблемы: между продольными и неполными поперечными стенами возникали водовороты, что было и утомительно, и небезопасно для рыб. 

На некоторых реках ради строительства рыбохода были предприняты меры, ведущие к расширению территории гидротехнических сооружений: серию прудов, соединенных между собой каналами или лотками, там строили в обход плотины. Такие рыбоходы помогали рыбам преодолевать препятствия с перепадом высот до 45 метров! Но и количество прудов достигало полусотни. Очевидно, на такие затраты можно пойти только ради действительно ценных пород рыб – например, лосося или форели. 

Примечательно, что рыбоходы в нашей стране строили так много и так активно, что уже при первых опытах столкнулись с проблемой колебаний уровня верхнего бьефа – добравшись по рыбоходу вверх по течению, рыба попадала на осушенный из-за каких-то колебаний обрыв. Для разрешения этой проблемы в верхнем бьефе строили бетонные башни спиральной формы, в которых имелись входы в дополнительные бассейны на разных уровнях. Опыт ученых-ихтиологов и инженеров-гидростроителей СССР в обобщенном виде собран в книге «Гидротехнические сооружения».

В постсоветской истории активнее всего решением проблемы миграции рыб и строительством рыбоходов занималось ПАО «РусГидро», в основном на небольших по российским меркам ГЭС Северного Кавказа. В июне 2014 года, например, были завершены бетонные работы на строительстве рыбоохранного комплекса при резервном головном узле Аушигерской ГЭС (на реке Черек в Кабардино-Балкарии). В его состав входят рыбопропускное сооружение протяженностью 162 и высотой 12 метров, и мобильное рыбозащитное сооружение – два струегенератора, создающих высокоскоростной поток с воздушными пузырьками. С помощью этого искусственного течения рыба перемещается вдоль водозаборного фронта, минуя таким образом самое опасное место на всей плотине ГЭС. 

Сам рыбоход имеет в длину 150 метров и состоит из 35 камер. Дно каждой камеры находиться на 30 см выше дна предыдущей. Скорость течения воды снижают препятствия в виде перегородок и камней, при этом вода по рыбоходу течет с постоянным расходом. Рыбы заходят из нижнего бьефа в первую, нижнюю, камеру. Затем поднимаются, причем против течения, во вторую камеру, и таким же путем далее, до верхнего бьефа – в общей сложности на 11 метров вверх. В конструкции предусмотрены две просторные камеры отдыха, где низкая скорость течения воды позволяет рыбе остановиться, чтобы набраться сил. 

Гидроузел на реке Большой Зеленчук в Карачаево-Черкесии предназначен для забора воды – для дальнейшей ее переброски к Зеленчукской ГЭС-ГАЭС (к 2017 году к существующей плотине водозаборного гидроузла пристроили МГЭС мощностью 1,26 МВт). Большой Зеленчук – горная река, в которой водится форель. Для этой рыбы характерны устойчивые миграционные маршруты: она мечет икру в том самом месте, где сама икринкой попала в воду; где бы не находилась рыба, перед нерестом она упорно возвращается к «точке рождения». Гидроузел для форели мог стать непреодолимой преградой, и она могла просто исчезнуть.Рыбоход представляет собой рукотворный ручей длиной 800 метров, русло ступенчатое, расход воды составляет до 10 кубометров в секунду. Для форели такой поток считается преодолимым препятствием, схожим с естественными условиями.

Когда никто никуда не плывет 

Принципиально иной подход к рыбозащитным сооружениям был применен в Сибири, на Богучанской ГЭС (входит в БЭМО, совместный проект «РусГидро» и ОК «РУСАЛ»). На стадии проектирования и строительства ни на одной ГЭС Ангарского каскада никаких рыбопропускных сооружений не закладывали. И Богучанскую ступень проектировали еще в конце 1960-х – начале 1970-х, точно зная, что никаких мигрирующих для нереста рыб здесь нет – обычная щука, плотва и другие типичные для сибирских рек виды. Но к моменту заполнения водохранилища, уже в начале 2000-х, приоритеты в гидроэнергетике изменились настолько, что в России впервые был дополнительно спроектирован целый комплекс рыбозащитных сооружений. Который состоит из двух основных элементов – искусственных рифов и струегенераторов, формирующих поверхностное течение. 

В самом общем виде струегенератор – это конструкция из труб и насосов, закрепленных при помощи специальных закладных кронштейнов одним концом на бетонной плотине Богучанской ГЭС, а вторым концом обращенная в сторону водохранилища. Высокоскоростная струя «транспортирует» рыбу от водоприемников ГЭС и водосбросов в сторону правого берега, на отмели у каменно-набросной плотины. Вес наиболее мощного генератора в сборе превышает 3,6 тонны, вес малого – 2,8 тонны. 

Про «города для рыб», расположенные на отмелях и в заливах водохранилища, стоит поговорить подробнее. В том, что такие конструкции достаточно эффективны при разведении морепродуктов, убедились и в Японии, и во Франции, и во многих других странах мира. Особенность Богучанского водохранилища в том, что здесь такие конструкции внедрены на пресноводном водоеме (река Ангара вытекает, как известно, из озера Байкал), да к тому же не ради последующего сбора моллюсков, а исключительно ради восстановления и поддержания поголовья рыбного стада. Всего на водохранилище – три типа искусственных отмелей. При строительстве каменно-набросной плотины, упирающейся в правый берег Ангары, из огромных камней были насыпаны высокие гряды, которые потом оказались под водой и стали мелководными зонами. В естественных заливах, также накануне затопления, были собраны конструкции из бетонных блоков, напоминающие противотанковые «ежи» и обломки зданий. 

Третий тип конструкций особенно интересный: это специальные плоты, которые затоплены, но прикреплены к тросам, зафиксированным якорями на дне – благодаря этому они находятся в воде на небольшой глубине. Многие рыбы нерестятся на камнях, но весной уровень воды в водохранилище меняется и икринки могут оказаться глубже, чем нужно. Поэтому рыбам «предложили» искусственные камни, которые смогут подниматься и опускаться вместе с уровнем воды, и всегда быть на нужной для рыб глубине. «В стоковом течении планктон движется в сторону ГЭС, за ним – планктофаги (виды, питающиеся планктоном), за ними – хищники. Риф служит не только субстратом для размножения кормовой базы, но и позволяет закрепить хищников на удалении от плотины. Используя риф в качестве охотничьей засады, они выстраивают биологический барьер – не пропускают планктофагов вниз по течению и всю зиму питаются ими. Таким образом хищники не только предупреждают подход планктофагов к ГЭС, но и перерабатывают их менее ценную биомассу в свою более ценную», - поясняет принцип действия системы в целом главный специалист АО «Институт «Гидропроект», доктор технических наук Александр Иванов.

Эффективность принятых мер в Богучанском водохранилище проверяют практически ежегодно с того момента, как оно в 2014 году впервые достигло проектного уровня. В 2015 году, например, работы проводились на искусственных рифовых комплексах в заливах левого берега, вдоль каменно-набросной плотины ГЭС и в месте ее примыкания к правому берегу; тогда же были проведены наблюдения и в заливе рек Кода, Нижняя Кежма, Проспихино, в том числе на максимальном удалении от ГЭС до 50 км и в районе нижнего бьефа ГЭС. Достоверными и проверяемыми методами ученые из «Гидропроекта» и НИИ экологии рыбохозяйственных водоемов (Красноярск) установили, что уже в первый год работы рифовые комплексы справлялись с функциями перераспределения и удержания водных биоресурсов вне зоны непосредственного воздействия водозаборных сооружений ГЭС, предупреждая подход рыб к источнику опасности. Гидроакустические ихтиологические исследования зафиксировали основные скопления рыб в водохранилище на участках выше в районе устья реки Кода (по правому берегу) и в заливах Сухой и Кодинский (по левому берегу) – то есть именно на тех участках, где и расположены рифовые комплексы. 

В 2016 году на Богучанском водохранилище работала комплексная экспедиция Лимнологического института СО РАН (Иркутск), главного института по изучению Байкала, проверившая и описавшая состояние воды, почвы, донных отложений и всех видов живых организмов в первый год работы водохранилища на проектном уровне заполнения. Предполагалось, что впоследствии эта информация будет использоваться как эталонная, и именно с ней будут сравнивать положение дел на водохранилище в период его эксплуатации. 

В этом году на Богучанском водохранилище вновь оценивают качество работы рыбозащитных сооружений. Пока исследование не закончено, аналитические заключения будут готовы к концу года, но уже сейчас участники экспедиции говорят, что технология себя оправдала. На удаленных от водозаборов ГЭС локальных участках водохранилища созданы высокопродуктивные биотопы-оазисы оседлого обитания ихтиофауны, отвлекающие рыб от продолжительных путешествий к источнику опасности. В совокупности рыбоохранный комплекс позволяет создать для рыб благоприятные условия в безопасных местах и не допустить их перемещение в опасные зоны. В итоге вместо того, чтобы скатиться в к источнику опасности, ихтиофауна остается в водохранилище. 

Преимущество отработанной на Богучанском водохранилище технологии в том, что она относится к числу так называемых природоподобных – в рифах не используются полностью искусственные материалы (только инертный бетон и природный камень), не возводятся чрезмерно сложные в изготовлении и обслуживании конструкции (ничего нет проще трубы струегенератора). А это означает, что такую технологию можно тиражировать и на других, уже действующих станциях.