Волжско-камский каскад гидроузлов

Река Волга при ее длине от истока до устья 3 531 км занимает первое место по протяженности в Европе. Она берет начало на Валдайской возвышенности у села Волговерховье (228 м над уровнем моря) и впадает в Каспийское море на отметке 28 м ниже уровня моря. Общее падение реки составляет 256 м. Волга связана с пятью морями: Азовским, Балтийским, Белым, Каспийским и Черным, соединяет Северную и Западную Европу с Центральной Азией и имеет около 200 притоков, из которых наиболее крупный и многоводный левый приток Волги – Кама.

Площадь бассейна реки Волги составляет 1 360 тыс. км² (136 млн. га), что превышает территорию Франции, Испании и Италии вместе взятых, и объединяет 151 000 рек, ручьев и водостоков, причем более 90 % их приходится на реки длиной менее 10 км. Общая протяженность реки с ее притоками насчитывает 574 000 км.

Здесь проживают 63 млн. человек и сосредоточено более 60 % промышленного и половина сельскохозяйственного потенциала России.

Вследствие такого географического расположения реки, а также ее протяженности Волга представляет собой уникальную экологическую систему. Условно можно выделить три участка реки: Верхняя Волга, Средняя Волга и Нижняя Волга. Волга протекает через четыре климатических зоны: верхняя Волга через лесную, средняя Волга через лесостепную и нижняя Волга через степную и полупустынную зоны.

Волга является типичной равнинной рекой с относительно небольшими глубинами, которые значительно изменяются на всем протяжении реки. Кроме того, для Волги является характерным неравномерное распределение стока по годам и, в особенности, по сезонам. Избыток воды в одни периоды и недостаток ее в другие затруднял транспортное использование реки, не позволял правильно организовать орошение земель и водоснабжение городов.

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 подавляющему большинству 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 ненадолго. Вместе с ледоставом река засыпает – наступает зимняя межень, подпитка идет только от подземных вод. О размахе колебаний этих величин для Волги можно, например, судить по стоку в ее замыкающем створе, то есть на самом нижнем участке реки, где проводятся наблюдения. Суммарный среднемноголетний сток Волги составляет 251 км³ в год, что соответствует расходу реки около 8 000 м³/с. Сток снижается в маловодные годы до 162 км³ (как это было в крайне засушливом 1921 году), и поднимается в многоводные до 382 км³ (1926 год). Внутригодовые колебания водности (расходы) Волги могут сильно отклоняться от среднего значения. В 1926 году в районе Волгограда был зафиксирован максимальный расход воды, достигший 59 000 м³/с. В летнюю межень эти расходы падали до 2 000 м³/с, а в зимнюю межень даже до 700 – 800 м³/с. Например, 12 декабря 1939 года был зафиксирован абсолютный минимум – 525 м³/с.

Такие колебания водности, естественная изменчивость стока существенно мешали судоходству.

Наравне с путем «из варяг в греки», проходившим по Днепру через Киевскую Русь, Волга была важнейшим транспортным путем государства Российского. Особенно после того, как реку соединили с реками Балтийского бассейна через Вышеневолоцкую систему, построенную в начале XVIII века по замыслу Петра I для связи Петербурга с остальной Россией. Вышневолоцкая система, реконструированная в 1944 году, 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.

Усиление транспортного значения Волги в связи с сооружением Вышневолоцкого соединения очень скоро выявило недостаточность естественного летнего стока Волги для развивающегося 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 века) 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 году, 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, таким образом 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 регулирования стока 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, развитие электричества, появление гидротурбин наталкивало на идею создания комплексных гидроузлов, обеспечивающих как требуемые условия для судоходства, так и условия для производства электроэнергии.

С 1909 года в России началась разработка планов создания глубоководной транспортной сети Европейской части страны, где Волге придавалось первостепенное значение, и не только как воднотранспортной артерии, но также и как источнику дешевой электрической энергии.

Уже тогда было ясно, что Волга обладает большим энергетическим потенциалом. Перепад высот по течению реки на основном судоходном участке от Углича до Астрахани превышает 100 м, а среднемноголетний расход воды в замыкающем створе составляет, как уже сказано, около 8000 м³/с. Было подсчитано, учитывая 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 до 40 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 была подготовлена еще до Октябрьской революции, и только первая мировая война, революция и разруха не позволили приступить к реализации планов «шлюзования» Волги и начать строительство гидроэлектростанций.

В 1920–30 годы Советская страна бурно развивалась и требовала новых энергетических и транспортных мощностей. Проблема коренной реконструкции Волжского водного пути становилась все более актуальной. Создаваемого Верхневолжским бейшлотом подпора было недостаточно. Попытки улучшить условия судоходства путем возведения продольных и поперечных дамб, сужающих русло, не давали желаемых результатов.

В конце 20-х годов начали производиться изыскательские работы в различных районах Верхней Волги, чтобы дать рекомендации для улучшения водного пути от Твери до Рыбинска. Была исследована возможность реконструкции Вышневолоцкой системы, законсервированной еще в 1889 году. От этого варианта пришлось отказаться, так как для эффективной реконструкции системы требовались огромные объемы землеройных работ. Исследовались также варианты увеличения объема водохранилища, регулируемого Верхневолжским бейшлотом, и восстановления продольных и поперечных дамб на участке Углич – Мышкин. Но это все были лишь частные решения проблемы, которые, конечно, не могли коренным образом улучшить водные пути на Верхней Волге, не говоря уже о том, чтобы сделать Волгу судоходной на всем ее протяжении.

Для строек первых пятилеток, индустриализации страны требовалось все больше электроэнергии. Необходимо было комплексное решение проблемы использования водных ресурсов Волги.

Над созданием грандиозного плана освоения Волги трудилась большая группа учёных и инженеров. План этот получил стратегическое название «Большая Волга». Он носил комплексный характер: при его разработке были учтены и предусмотрены нужды судоходства, орошения, энергетики, водоснабжения и многое другое. По проекту Волга должна была превратиться в широкую водную магистраль, соединиться с северными и южными морями, стать мощной фабрикой электрической энергии и часть своих вод направить для орошения в засушливые районы.

Возможности реализации старых и новых планов «социалистической реконструкции Волги» и создания «Волжской электропроводной транспортной магистрали» рассматривались и обсуждались на сессии Академии наук СССР в 1933 году «Проблемы Волго-Каспия».

Решения этой сессии АН СССР – 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 «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.

Конечно, в духе тогдашней индустриализации страны, в целом решения сессии АН СССР имели технократическую направленность. Тем не менее, 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 должен был стать Волжско-Камский каскад гидроузлов с водохранилищами, позволяющий выполнить возложенные на него функции: энергетические, транспортные, водоснабженческие, ирригационные и др.

На Волге намечалось создание восьми крупных гидроузлов, так называемого Волжского каскада. Образование этими гидроузлами системы водохранилищ позволило бы перераспределять сток Волги по временам года в соответствии с требованиями народного хозяйства. Каждый нижележащий гидроузел должен был создавать подпор до следующего, верхнего гидроузла, что обеспечивало бы судоходство по всему волжскому пути, каналам и крупным притокам Волги. В составе гидроузлов предусматривались шлюзы для пропуска судов и гидроэлектростанции, которые бы давали дешевую электроэнергию.

Проект «Большая Волга» стал претворяться в жизнь с того момента, когда приступили к строительству канала имени Москвы. Строился канал с 1932 по 1937 годы.

Иваньковский гидроузел на Волге – головное сооружение канала. У селения Иваньково Волгу перекрыли плотиной и заставили разлиться по пойме. Здесь возникло Московское море, а река в 1937 году стала вращать турбины Иваньковской ГЭС. Весть о том, что русские впервые в истории остановили и заставили работать на себя величайшую реку Европы, облетела весь мир. Мощность ГЭС была скромной, всего 30 тыс. кВт.

Позднее ниже Иванькова началось сооружение Угличского и Рыбинского гидроузлов. Угличская ГЭС мощностью 110 тыс. кВт была построена в 1940 году, а первая очередь Рыбинской ГЭС – в 1941 году. Верхневолжские ГЭС в тяжелую военную зиму (1941–1942 гг.) давали до 3,5 млрд. кВт-час электроэнергии. Рыбинское «море» в то время было самым большим искусственным водоемом в мире (и остается сейчас самым большим в Европе).

Верхняя Волга на протяжении 1300 км стала подвластна человеку. Пополнилась центральная энергосистема, глубокосидящие астраханские речные корабли дошли до Москвы.

В 50-е годы на Волге было завершено строительство Рыбинской ГЭС. В 1956 году закончено строительство Горьковской ГЭС (Нижегородской).

В начале Самарской Луки выше города Куйбышева (Самары) в 1950 году начались работы на Волге у Жигулей по сооружению Куйбышевской (Волжской) ГЭС. Через 8 лет работы были закончены, возникла Волжская ГЭС им. Ленина мощностью в 2,3 млн. кВт.

В 1951–62 гг. сооружается Волгоградский гидроузел с Волгоградской ГЭС мощностью 2,5 млн. кВт. Волгоградское и Куйбышевское водохранилища орошают более 2 тыс. га плодородных засушливых земель.

В эти же годы построена первая ГЭС на Каме, недалеко от города Перми – Камская ГЭС с оригинальной конструкцией (совмещает водосливную плотину и здание ГЭС), чем достигается экономия в стоимости бетонных сооружений.

Затем на Каме строятся Воткинская ГЭС мощностью в 1 млн. кВт и Нижнекамская ГЭС. С 1967 года начали давать ток первые агрегаты Саратовской ГЭС. Пуск Чебоксарской ГЭС практически завершил строительство Волжско-Камского каскада. Весь комплекс сооружений на Волге получил название «Великий Волжский Каскад». Волжско-Камский каскад ГЭС образовал систему водохранилищ (от Костромы до Волгограда), которая позволяет перераспределить сток воды по временам года в соответствии с требованиями народного хозяйства и орошать засушливые земли Среднего и Нижнего Поволжья (более 2 млн. га, что составляет около половины всех орошаемых земель России).

Волга снабжает водой тысячи предприятий и десятки городских поселений, расположенных на её берегах.

Волжские и Камские ГЭС позволяют экономить ежегодно до 25-30 млн. тонн угля. Кроме того ГЭС выполняет функции регулирования графика нагрузки энергосистем. Себестоимость энергии от ГЭС в 4-5 раз ниже себестоимости электроэнергии ТЭЦ в районах Поволжья и Центра.

Создание каскада ГЭС улучшило судоходные условия: образовался глубоководный путь с едиными гарантированными глубинами (3,65 м – до 4 м) на протяжении 3 000 км на Волге и 1 200 км на Каме, что снизило себестоимость перевозок по Волжскому бассейну в 2-3 раза по сравнению с другими внутренними водными путями и в 2-3 раза по сравнению с прилегающими железными дорогами.

Таким образом, хронология строительства Волжского каскада ГЭС такова:

№	Гидроузел	Начало строительства	Ввод в строй
Волжский каскад
	Иваньковская ГЭС	1932 г.	1937 г.
	Угличская ГЭС	1935 г.	1940 г.
	Рыбинская ГЭС	1935 г.	1941, 47 г.
	Нижегородская (Горьковская) ГЭС	1948 г.	1957 г.
	Чебоксарская ГЭС	1967 г.	1986 г.
	Волжская (Жигулевская) ГЭС	1950 г.	1957 г.
	Саратовская ГЭС	1956 г.	1971 г.
	Волгоградская (Волжская) ГЭС	1950 г.	1961 г.
Камский каскад
	Камская ГЭС	1949 г.	1958 г.
	Воткинская ГЭС	1955 г.	1963 г.
	Нижнекамская ГЭС	1963 г.	1987 г.

Сегодня Волжско-Камский каскад гидроэлектростанций насчитывает 11 гидроузлов, восемь из которых расположены на Волге и три на Каме. В бассейне Волги созданы водохранилища общей площадью 25 тыс. км². К наиболее крупным водохранилищам относятся Нижнее Новгородское, Самарское и, конечно, Рыбинское водохранилище, которое при площади зеркала в 4580 км² является самым большим водохранилищем Европы. Это водохранилище, ширина которого достигает 60 км, является частью Волго-Балтийского канала и соединяет Волгу и Балтийское море.

В систему Волжского каскада вошли гидроузлы – Иваньковский, Угличский, Рыбинский, Горьковский (Нижегородский), Чебоксарский, Куйбышевский (Волжский, Жигулевский), Саратовский, Волгоградский. На Каме действуют три гидроузла – Камский, Воткинский и Нижнекамский. У каждого гидроузла выше плотины находится водохранилище, вода из которого расходуется для нужд промышленности, сельского хозяйства и населения.

В водохранилищах Волжско-Камского каскада накоплено 186 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. Общая длина Волжско-Камских водохранилищ составляет около 3 500 км, в том числе по створу Волги 2 500 км. В свободном, не зарегулированном состоянии остался лишь участок Волги ниже Волгоградской плотины, судоходные глубины на котором в межень регулируются попусками из водохранилищ.

Таким образом, в советское время в результате строительства Волжско-Камского каскада ГЭС сбылись пророческие слова поэта Н.А. Некрасова:

Иных времен, иных картин

Предвижу я начало:

Освобожденный от оков

Народ неумолимый

Созреет, густо населит

Прибрежные пустыни;

Наука воды углубит,

По гладкой их равнине

Суда-гиганты побегут

Несчетною толпою,

И будет вечен бодрый труд
Над вечною рекою.

Конечно, такие коренные преобразования природы имели и отрицательные моменты. Во имя получения большого количества электроэнергии шли на затопление земель на больших площадях. Под водой оказались два млн. га земель, тысячи деревень и даже некоторые города.

На берегах реки расположены около 300 крупных предприятий химической, металлургической, оборонной промышленности, которые ежегодно сбрасывают около 20 км³ сточных вод. Мутность волжской воды возросла в 1000 раз, водообмен замедлился в 12 раз. Если до строительства плотин вода от Рыбинска до Волгограда добегала за 50 суток (в половодье – за 30), то теперь – только за полтора года. В результате самоочищаемость Волги, вода которой полвека назад считалась питьевой, снизилась в десятки раз.

После строительства плотин ГЭС снизилось рыбохозяйственное значение Волги за счет ухудшения качества воды (промышленные стоки) и затруднения хода рыбам на нерест.

Именно по экологическим причинам, в частности, по размеру затопляемых площадей, два гидроузла из каскада (Чебоксарский и Нижнекамский) так и не были доведены до проектных показателей.

Теперь коротко о каждом гидроузле Волжско-Камского каскада.