Водозабор вместо плотины

«Норникель» приступает к практическому решению проблемы с водоснабжением Норильска, которая периодически обостряется в летние месяцы из-за маловодья на реке Норильской, основном источнике поверхностного водозабора, прежде всего, для технологических нужд производства. Входящий в Группу «РусГидро» институт «Ленгидропроект» сообщил на прошлой неделе, что «начал разработку технических решений, технико-экономических расчетов и необходимой проектной и рабочей документации по проекту строительства водозаборного сооружения с насосной станцией 1-го подъема». 

Такие объекты строят в начальной точке систем водоснабжения – они всасывают воду из открытых или подземных источников (в Норильске – из реки) и направляют ее на очистные сооружения (при высоком качестве ресурса, или при низких требованиях к качеству – сразу в водопроводную сеть, накопительные емкости или водонапорную башню). На реке Норильской действует два поверхностных водозабора с насосными станциями 1-го подъема, с 1948 и 1979 годов соответственно; новый, вероятно, заменит оба. 

«Ленгидропроект», за свою вековую историю спроектировавший более 60 ГЭС только в России (в том числе крупнейшую в стране Саяяно-Шушенскую ГЭС) победил в тендере, который в прошлом году провело АО «Норильско-Таймырская энергетическая компания» (НТЭК). Эта «дочка» «Норникеля» обеспечивает не только тепло- и электро-, но и водоснабжение населения всех частей единого муниципального образования Норильск – Центральной (вместе с жилым образованием Оганер), Талнаха и Кайеркана, а также всех предприятий Норильского промышленного района (НПР). Согласно данным из итогового протокола конкурсной комиссии, АО «Ленгидропроект» обошло институт «Гидропроект» (также входит в «РусГидро») и АО «ДАР / ВОДГЕО», предложив за свои услуги предельную цену в 380 млн рублей. Сроки выполнения работ – середина 2024 года. 

В Комплексном плане развития Норильска до 2035 года, который в декабре был утвержден правительством РФ, прописано как проектирование, так и строительство нового водозабора («в случае отсутствия возможности удовлетворения потребности в воде за счет подземных источников») – причем в срок до 2027 года. На эти цели запланировано более 11,5 млрд рублей (плюс 500 млн – на разработку ПСД).

В условиях маловодья 

«Реализация проекта призвана решить вопросы водоснабжения Норильска в условиях маловодья. Необходимость строительства нового гидротехнического сооружения вызвана тем, что в последние годы важнейший источник водоснабжения Норильска – река Норильская – становится все более маловодной из-за снижения объемов осадков в летний период. Порой количество летних осадков составляет лишь 30% от ранее наблюдавшихся средних многолетних значений», – говорится в сообщении пресс-службы «РусГидро». 

Норильская (жители города называют ее также «Норилкой») – равнинная река с небольшим уклоном – имеет в длину всего 57 км, вытекает из озера Мелкого и впадает в озеро Пясино. По данным энциклопедии «Вода России», среднемноголетний расход воды в устье реки составляет 460 кубометров в секунду, объем стока – 14,518 куб. км в год. Питание смешанное – снеговое и дождевое, но на гидрологический режим реки очень сильно влияют и многочисленные озера, расположенные в пределах ее водосбора. Половодье продолжается с июня по август (июль – наиболее многоводный месяц года, максимальный расход воды в 21 км от устья достигает 4050 кубометра в секунду). Затем водность постепенно снижается, период наименьшего стока приходится на январь – май.

В конце сентября река обычно покрывается льдом, и вскрывается лишь в середине июня. В период ледостава расходы воды могут уменьшаться до 15,5 кубометров в секунду. А летом Норильская не только судоходна, но используется для рыболовства, рекреации и водного туризма (на берегу находится пос. Валёк, где расположены популярные у горожан базы отдыха). 

Проблема маловодья здесь не нова, засушливые годы случались и во времена СССР, но в наше время, по информации ФГБУ «Среднесибирское УГМС», наиболее лимитирующий период для устойчивой работы водозаборов на реке Норильская отмечался в летне-осенний период 2013 года. Накопленные запасы воды в снеге и характер снеготаяния тогда не способствовали формированию высокого половодья. Максимальный расход воды наблюдался 1 июня 2013 года – 1310 кубометров в секунду (57% от нормы с 1938 года, до того года самое низкое половодье наблюдалось в 1960 году, и тогда максимальный расход составлял 932 кубометров в секунду). С июня по октябрь 2013 года погодные условия также не привели и к формированию значительных дождевых паводков, и в русле наблюдалось устойчивое снижение водности. Водность реки сохранялась экстремально низкой по сравнению с предыдущими годами. Наименьший расход воды за период открытого русла отмечался 29 августа 2013 года и составлял 190 кубометров в секунлу (26 сентября 1960 года было 219 кубометров в секунду).

Тогда для того, чтобы не допустить прекращение подачи воды в промышленную и селитебную зоны Норильска, хозспособом была построена временная каменно-набросная дамба, сужающая живое сечение русла реки Норильская, что обеспечило поднятие уровня воды (вот, например, как описывали этот проект в 2013 году). С тех пор таким способом в «Норникеле» решали проблему еще и в 2016 году; как рассказал «Кислород.ЛАЙФ» заместитель главного инженера по гидротехнической части АО «НТЭК» Олег Давыдкин, к отсыпке русла в компании готовятся ежегодно – расчищают подъездные дороги в районе двух действующих водозаборов, обустраивают береговые площадки для складирования грунта и т.д.: «Мы для себя самих определили в качестве критического уровень 12,8 – 12,7 метров. Это не в Балтийской системе, на каждом водозаборе стоят рейки, и два-три раза в сутки мы сами делаем замеры. Сейчас, например, до таких отметок еще метр. Для введения ограничений на водопотребление уровень должен опуститься до 11,5 метров, а для остановки насосов – упасть до 11 метров. Чтобы до такого вообще никогда не дошло, мы и готовимся делать отсыпку заблаговременно, с запасом».

Но понятно, что это сизифов труд – тем более что по весне такие сооружения нужно разбирать, чтобы лед в период ледохода (в начале июня) мог беспрепятственно пройти по руслу и не подтопить не только действующие водозаборы, но и объекты инфраструктуры на прибрежных территориях. Обычно такие работы проводились в два этапа, поскольку дамба за зиму сильно промерзала и ее невозможно было разбить даже тяжелой техникой. Поэтому сначала рабочие лишь сужали ширину запруды, чтобы она потеряла несущую способность; после чего ее просто смывало приходящей водой. Оставшуюся часть разбирали осенью. «Это позволяло восстановить русло реки, включая фарватер, и возможность судоходства по ней. Благодаря этому по стандартной схеме проходил ежегодный завоз топлива и грузов в северные поселки», – объясняли в компании. 

Реки в России – объекты федерального надзора, а потому власти Норильска даже выступали с предложением передать Норильскую во временное пользование муниципалитету, чтобы работы по углублению русла можно было проводить оперативнее, без кучи согласований с различными ведомствами. «Мы понимаем, что если уровень воды будет снижаться резко, а мы не проведем работы по стеснению русла реки Норильской, то нам придется эвакуировать население Центрального района, а это 110 тысяч человек», – заявлял в декабре 2020 года и.о. мэра города Николай Тимофеев (цитата по ТАСС).

По данным пресс-службы Росводресурсов, маловодье на реке Норильской носит периодический характер. В 2014 и 2015 годах, например, такого вообще не отмечалось, максимальный расход воды составлял 3120 и 2550 кубометров в секунду, а наименьший (за период открытого русла) – 682 и 733 кубометров в секунду соответственно. «Сведения об ограничении забора (изъятия) водных ресурсов из реки Норильская, обусловленных маловодьем, в Енисейское БВУ Росводресурсов не поступали», – заявили в федеральном агентстве.

Но очевидно, что природная аномалия может в любой момент обернуться большими технико-производственными и репутационными рисками для «Норникеля» из-за потенциально возможных ЧС, которые могли возникнуть как из-за введения ограничений (вплоть до прекращения) питьевого водоснабжения жилого сектора, так и в случае срыва производственной программы «вследствие останова технологических переделов» на предприятиях Заполярного филиала «при прекращении производственного водоснабжения в условиях маловодности на реке Норильская».

Поэтому для всех давно было очевидно, что необходимо найти не временное, а постоянное решение проблемы, и не заниматься ежегодными отсыпками и разборами, тем более что такие действия, мягко говоря, сильно не нравились природоохранным структурам. По данным из Протокола заседания Секции по энергетике Научно-технического совета «Норникеля», состоявшегося в сентябре 2021 года, «мероприятия по обеспечению надежного водоснабжения в период маловодности путем возведения временной каменно-набросной запруды несут существенные риски нарушения природоохранного законодательства и требований промышленной безопасности при эксплуатации ГТС».

В «Норникеле», в качестве альтернатив, изучали такие варианты, как использование мощностей подземных источников (выяснилось, что на нужды технического водоснабжения их не хватит), регулирование объема основных озер, формирующих сток реки Норильская, и даже строительство водозабора на реке Енисей (в таком случае водоводы до города пришлось бы тянуть от самой Дудинки).

Долгое время в качестве основного варианта рассматривалось возведение постоянного подпорного ГТС – проще говоря, плотины, или дамбы (хотя Схемы комплексного использования и охраны водных объектов бассейна реки Пясина не предусматривают таких мероприятий). Как рассказывал в недавнем интервью «Кислород.ЛАЙФ» вице-президент «Норникеля» по энергетике Евгений Федоров, предполагалось, что плотина «обеспечит подпор, и мы все тогда перестанем страдать от обмеления». Необходимость «строительства на условиях софинансирования гидротехнического сооружения на реке Норильская в целях поддержания уровня воды, достаточного для обеспечения бесперебойного водоснабжения Норильска», была прописана даже в рекомендациях Совета Федерации РФ, выпущенных по итогам сенаторской миссии в город в 2020 году. Неудивительно, что такой проект был даже включен в четырехстороннее соглашение о развитии Норильска, которое «Норникель» подписал с федеральными, краевыми и городскими властями в феврале 2021 года. 

«Действительно, мы долго выбирали между строительством или водоподпорного, или водозаборного ГТС. Вначале выбор был сделан в пользу первого – ведь мы неоднократно отсыпали временные дамбы, которые создавали подпор и, таким образом, помогали повысить уровень воды в реке, что позволяло нам обеспечивать необходимую высоту забора воды насосными агрегатами. По инерции, наверное, в приоритете и стояла идея временную дамбу превратить в постоянную», – объясняет Олег Давыдкин. 

Но по итогам более глубоких расчетов и исследований, в том числе с привлечением профильных научных институтов, стало ясно, что строительство постоянного подпора по совокупности рассмотренных технико-экономических факторов потребует не столько даже существенных капзатрат (дешевых вариантов вообще не просматривалось), сколько обернется новыми и весьма серьезными рисками в ходе последующей эксплуатации. «Строительство ГТС – дело непростое, поскольку формально Норильская является рекой судоходной. И здесь не очень хорошее качество грунтов, а какой бы плотина не была, к таким проектам предъявляются высокие требования с этой точки зрения. Последнее, конечно, решаемо, но вопрос в том, сколько это все могло стоить, и какие последствия иметь», – рассказывал Федоров. 

По его словам, самым главным аргументом для компании стало то, что «за счет плотины мы не решили бы проблему состояния действующих водозаборов, которым тоже уже много лет». Поэтому раз и навсегда обеспечить гарантированное водоснабжения потребителей в НПР решили с помощью нового водозаборного сооружения. Которое «будет учитывать и изменение русла, которое происходит, и возможное обмеление реки в летний период», отмечал Евгений Федоров.

Два поверхностных и три подземных

Вообще, централизованным водоснабжением в Норильске, в том числе и в Оганере, который в ближайшие годы будет активно застраиваться в рамках программы реновации, охвачено 100% населения. Это огромное хозяйство: сети водоснабжения имеют протяженность 425 км (240 – питьевое, 180 – техническое). Способ подачи воды на водоснабжение в НПР – напорный (механическая подача с помощью перекачивающих насосов). Схема сети городского водопровода – замкнуто-кольцевая, низкого давления, и единая для питьевых и хозяйственно-противопожарных нужд.

Ежегодно из поверхностных и подземных источников поднимается более 190 млн кубометров воды. Полезный отпуск, согласно городской Схеме водоснабжения и водоотведения, составляет порядка 79 млн кубометров в год, из которых на население приходится всего 9,5 млн кубометров, а на «прочих потребителей» – более 68 млн кубометров. То есть более 85% воды уходит промышленным предприятиям – считай, «Норникелю». К числу основных потребителей технической воды относят предприятия горнорудной базы Талнаха, Норильска и Кайеркана, три газовых ТЭЦ, Медный и Надеждинский металлургический заводы. В суточном разрезе из общего потребление в 220 тыс. кубометров «Норникел» забирает порядка 190 тыс. кубов. 

При этом на нужны жилого сектора в основном поступает вода из чистейших подземных водозаборов – Ергалахского, Талнахского и Амбарнинского. На Кайеркан также работает насосная станция на расположенном у поселка озере, водозабор на озере Алыкель обеспечивает аэропорт Норильска, а в отдаленном Снежногорске воду берут из водохранилище Усть-Хантайской ГЭС. То есть, если совсем упрощать, то совсем без питьевой воды норильчане точно не останутся. 

Но вот техническое водоснабжение полностью зависит от ресурсов Норильской – для него и используются, главным образом, два водозабора поверхностных вод, построенные на правом и левом берегах реки. И альтернативы им нет.

Водозабор №1, насосная станция которого расположена в районе гидропорта «Валек», обеспечивает технической и хозяйственно-бытовой водой (после прохождения очистных сооружения) потребителей Центрального района Норильска и Оганера, в том числе предприятий «Норникеля» (сейчас, главным образом, добывающих, а ранее – и Никелевого завода, закрытого в 2016 году). Конструктивно это береговой водоприемник, совмещенный с насосной станцией заглубленного типа, которая эксплуатируется с 1949 года! Правда, в 1998 году насосы 1-го подъема здесь заменили на три агрегата марки Worthington производительностью по 5 тыс. кубометров в час каждый (в 2014 году запустили еще один Д1250-125-УХЛ4 на 1,5 тыс. кубометров в час). Вода отсюда в общую систему подается по двум водоводам диаметром 1300 мм общей производительностью 10 тыс. кубометров в час (при установленной мощности насосных агрегатов 16250 кубометров в час). 

Водозабор №2 мощнее, его производительность – 15 тыс. кубометров в час (при установленных 27 тыс. кубометров в час). Здесь также установлено четыре насоса: два производительностью по 6 тыс. кубометров в час работают с 1979 года, два – на 9 и 6 тыс. кубометров в час – введены в 2015 и 2017 годах соответственно. Техническая вода через два дюкера диаметром 1200 мм каждый, и далее по водоводу 1400 мм и двум трубам 1000 мм поступает отсюда на Медный завод, а затем с помощью подкачивающих насосных станций передается аж до площадки НМЗ и ТЭЦ-3 в левобережной части Норильска. На правом берегу техническая вода поступает по двум водоводам диаметром 1200 мм на горно-рудную площадку Талнаха (в том числе рудники «Таймырский», «Октябрьский» и «Скалистый», на ТОФ и на ТЭЦ-2). 

Это водоприемник комбинированного типа – забор воды производится из водозаборного ковша, длиной 149 метров и шириной 18 метров (т.е. с помощью верхового питания), но береговая часть также совмещена с насосной станцией 1-го подъема заглубленного типа, построенной за мостом через реку Норильская, слева от автодороги «Норильск – Талнах». На станции осуществляется предварительное хлорирование воды раствором гипохлорита натрия. Для рыбозащиты здесь оборудована рыбозаградительная запань, которую устанавливают в периоды открытой воды. Часть воды от водозабора №2 поступает еще и на пополнение озера Долгого, являющегося прудом-охладителем системы циркуляционного водоснабжения ТЭЦ-1. 

По данным пресс-службы Росводресурсов, объем забора воды по договору водопользования для водозабора №1 составляет 88 млн кубометров в год, в том числе на нужды населения – 20 млн кубометров в год (23% от общего объема забора этим сооружением), для водозабора №2 – 82 млн кубометров/год (на нужды населения не используется). Таким образом, согласно договорам водопользования, на нужды населения используется менее 12% забираемой воды из реки Норильская.

При проектной производительности всех водозаборных сооружений в 38960 кубометров в час их фактическая производительность обычно не выходит за пределы 22 тыс. кубометров в час. К счастью, фактический расход воды пока что тоже существенно ниже – в 2018 году, например, было 18,376 тыс. кубометров в час, что свидетельствует о наличии значительных резервов мощности. В прошлом году, по данным АО «НТЭК», фактический забор воды водозаборами №1 и №2 составил 14,44 тыс. кубометров в час. План на текущий года – 19,41 тыс. кубометров в час.

Интересно, что в «Норникеле» в ближайшие годы планируют актуализировать перспективные объемы водопотребления, тем более что в Стратегии в области экологии и изменения климата, утвержденной в 2021-м, прописана «реализации мероприятий по снижению объемов забора воды и увеличения доли оборотного водоснабжения». 

Но резервы в текущей ситуации не самое важное. В Схеме водоснабжения и водоотведения Норильска на 2019-2032 годы отмечается высокий физический и моральный износ оборудования водозаборных сооружений, низкий уровень автоматизации и энергосбережения таких объектов, высокий процент износа водопроводных сетей (до 80%) и большие потери воды при транспортировке (в среднем 7,6%). В «Норникеле» текущее состояние двух главных водозаборов также оценивают как неудовлетворительное и «условно работоспособное». «Фактический срок службы составляет 73 и 42 года соответственно, что значительно превышает нормативный, при обследовании зданий выявлены строительные конструкции, имеющие дефекты и находящиеся в ограниченно работоспособном состоянии», – отмечают в компании.

При этом несоответствия современным нормативам к таким объектам являются критичными. По словам Олега Давыдкина, если текущая эксплуатация сооружений в таких условиях еще возможна, то реконструкцию без вывода водозаборов из работы провести будет невозможно. А сама стоимость таких мероприятий, подсчитали в компании, «будет сопоставима со строительством новых водозаборных сооружений».

«Решение с новым качественным, по-новому спроектированным водозабором поможет решить сразу две проблемы – мы не залезаем в естественную экологическую среду реки Норильской и мы решаем проблемы старых сооружений – их можно будет просто ликвидировать. …(И закрыть вопрос) раз и навсегда. Плюс к этому, водозабор можно в два раза быстрее построить, чем плотину», – отмечал вице-президент «Норникеля» по энергетике Евгений Федоров. В упомянутом выше Комплексном плане развития Норильска до 2035 года на стройку, кстати, действительно отведено всего три года – с 2024 по 2027-ые.

Каким будет новый водозабор? 

В техническом задании на «строительство водозаборного сооружения с насосной станцией 1-го подъема на реке Норильская» («с целью гарантированного обеспечения потребителей жилого сектора муниципального образования Норильск и промышленных площадок «Норникеля» водой питьевого и технического качества») специально подчеркивается, что проектировщику предстоит сравнить два варианта – либо строительство нового водозабора №3 (после чего два действующих будут выведены из эксплуатации, демонтированы, а их территории рекультивированы), либо реконструкцию водозабора №2. 

Суммарная производительность нового сооружения предварительно должна составить до 600 тыс. кубометров в сутки, или по 12-25 тыс. кубометров в час (в зависимости от сезона). «В связи с фиксируемыми цикличными периодами недостаточного расхода воды в поверхностном источнике река Норильская» перед инженерами поставлена задача также «предусмотреть мероприятия по гарантированному водоснабжению потребителей», в том числе при минимальных расходах. И эта часть работы «Ленгидропроекта», безусловно, окажется наиболее сложной и важной. 

В качестве основного варианта расположения нового сооружения предложено изучить район действующего водозабора №2 (это позволит сократить затраты на прокладку новых водоводов до насосных станций). Тип, конструктивную схему и компоновку объекта «Ленгидропроект» должен определить на этапе предпроектных работ, ТЭР и ОТР, и на основании «результатов инженерно-геодезических, инженерно-геологических и других изысканий». При этом в ТЗ прописано возможное применение водоприемного ковша и аванкамеры – то есть, предпочтительный для «Норникеля» тип сооружения задан. По словам Олега Давыдкина, аванкамера позволит снять проблему илового осадка, который тоже влияет на забор воды насосными агрегатами. 

Но, по оценке, например, заведующего отделом прогнозирования гидрологических процессов и экспериментальных исследований ФГБУ «Государственный гидрологический институт» (Санкт-Петербург) Михаила Маркова, «если это будет ковш, то, гипотетически, при низкой водности и малых глубинах лед может снизить пропускную способность незамерзающего подледного пространства и ограничить приток воды в ковш в зимнюю межень». По мнению Маркова, такую проблему могла бы снять «подпорная плотина, которая увеличивает уровень воды и глубины под ледяным покровом». Впрочем, «Ленгидропроект» сможет предложить и другие конструкции – окончательный выбор все равно будет сделан по итогам проектирования в 2024 году. 

Основным объектом капстроительства в любом случае станет именно насосная станция 1-го подъема и заглубленного типа, в которой – пока предварительно – может быть установлено не четыре, а шесть горизонтальных насосов: три производительностью 9 тыс. кубометров в час каждый, и столько же – по 6 тыс. кубометров в час. В ТЗ прописано и возведение таких вспомогательных сооружений, как здание ЛОС для хозяйственно-бытовых, ливневых и производственных стоков, склада запчастей, КПП, пирса для стоянки катера и земснаряда (и ангара для хранения катера в зимнее время), автодороги, примыкающей к трассе «Норильск – Талнах», периметрального ограждения, подстанции и ЛЭП, а также новых водоводов. 

Какой бы вариант не был принят в итоге, новый водозабор будет спроектирован (а потом и построен) по последнему слову техники, с учетом климатических особенностей Норильска, и в соответствии со всеми современными экологическими требованиями (запланировано даже проведение ОВОС с общественным обсуждением ее итогов). Сооружение планируется оборудовать и системой мониторинга за «вечной мерзлотой», и рыбозащитными устройствами, и решетками от попаданий наносов, сора, шуго-льда, и даже пока что не реализованным в НПР подогревом водоводов (например, за счет установки пяти электродных водогрейных котлов на 8,6 Гкал/час и 10 МВт в независимом контуре, чтобы вода в водоводах даже в лютые морозы не опускалась ниже 0,5 градусов по Цельсию). И, конечно, будет создан и полноценный цикл водоподготовки, для получения на выходе воды, соответствующей гигиеническим нормативам СанПиН 1.2.3685-21 для питьевого водоснабжения.