Питання практичного здійснення

Говорят, что непоборимы торосы Ле­довитого океана. Это ошибка: торосы поборимы, непоборимо лишь людское суеве­рие.

С. О. Макаров

Достаточно взглянуть на карту Северного полушария, чтобы увидеть, как изумительно выгодно географическое расположение Берингова пролива для водообмена двух величайших океанов через третий: Атлантического и Тихого через вытянутый вдоль нулевого меридиана Се­верный Ледовитый океан. Не удивительно поэтому, что еще с прошлого века пытливая человеческая мысль неод­нократно обращалась к Берингову проливу, справедливо ища здесь ключ к тайне управления климатом. Холодное дыхание Северного Ледовитого океана, Арктический бас­сейн которого покрыт наиболее застойными льдами и заслуженно имеет славу «мешка со льдом», подгоняло эту мысль. Казалось, сама природа указывает канал, по которому надо доставить тепло, чтобы ликвидировать ледяное покрывало Полярного бассейна.

Общая ширина Берингова пролива (рис. 31) — 85,2 км; в наиболее же узкой части, в створе островов св. Дио­мида — 74 км. В этом сечении он довольно мелководен. Его максимальная глубина — 59 м. Средняя же глубина равна 50 м, поэтому живое сечение имеет площадь 3,76 км². Если через эту горловину пропускать проекти­руемые 140 000 км³/год, то перегоняемые воды разовьют среднюю скорость 1,2 м/сек.

Схематический профиль дна Берингового пролива

То, что пролив в годы сооружения плотины и в первые годы перекачки будет загромождаться дрейфующими льдами, — обстоятельство очень важное. Поэтому с ним надо познакомиться ближе.

По данным лоций навигация в Чукотском море от­крывается в период от 25 июня до 18 июля и прекращается 11 ноября—15 декабря. Наиболее раннее полное замерзание отмечено 6 сентября и наиболее позднее 6 февраля. Еже­годно с конца сентября на юге Чукотского моря уже обра­зуется лед. В октябре-ноябре дуют северные ветры. Через обширные пространства между островом Врангеля и по­бережьем Аляски они пригоняют в Чукотское море из Центральной части бассейна ледяные массы, которые за­полняют все море. Продвигаться к Берингову проливу становится трудно — движение тормозят пригоняемые льды, их с каждым днем становится все больше. Зимой движение льда хотя и сильно замедляется, но почти никогда не прекращается полностью.

В ноябре-декабре под воздействием ветра возникают торосы, образуемые преимущественно молодыми льдами. Отдельные скопления льдов, массивы и ледяные поля движутся с неодинаковой скоростью, на их окраинах лед то нагромождается, то разрежается. От этого в свою оче­редь возникают полыньи и разводья, которые при низ­ких зимних температурах быстро затягиваются молодым льдом. В результате всех разнонаправленных движений ледяной покров уплотняется. Примерно с февраля про­цессы торошения начинают захватывать более старые ле­дяные скопления. Тем не менее сила ветра такова, что он способен эти уплотнившиеся ледяные массивы перемещать на большие расстояния и вытеснять лед на берег. Если взглянуть на этот ледовый покров с самолета, то нередко можно увидеть, как все пространство от Берингова про­лива до мыса Шмидта забито тяжелыми торосистыми льдами.

Однако если с материка дуют затяжные ветры, то они отжимают лед от берега. Тогда под берегами образуются обширные разводья. Были случаи, когда от Берингова пролива до мыса Сердце-Камень на всю видимость гори­зонта с самолета (примерно 80 миль) море было свободно ото льда. Такое временное очищение моря или образование значительных разводьев наблюдалось в ряде зим. Но обычно береговой припай крепок, его мощность, как правило, достигает 145—175 см.

Торосы образуются благодаря подводному течению, приливам — отливам и ветрам. Наибольшее нагромож­дение вызывает ветер. Чем он сильнее и капризнее, тем больше «натворит» торосов. В свое время В. Ю. Визе писал, что наиболее благоприятный для торосообразования, очевидно, такой режим, когда свежие и сильные ветры часто меняют свое направление, т. е. беспокойный режим атмосферы. Столь же велика роль ветра и в раз­рушении берегового припая, который обычно лимитирует начало навигации.

Наиболее крупные подводные торосы и другие виды подводных нагромождений заносятся в Чукотское море из Восточно-Сибирского — с севера и северо-востока. Мощные монолитные льды обладают толщиной от 3 до 11 м, а толщина некоторых скоплений достигает 20 м, причем подводная часть не превышает 13 м. Однако в го­ризонтальном направлении эти скопления не очень об­ширны — их площадь не выходит за пределы нескольких десятков метров.

Словом, наиболее мощные скопления льдов, обнару­женные в Чукотском море, — это не его «родные» льды, а «пришельцы» из более суровых областей Арктического бассейна. Их пригнал сюда главным образом ветер, а не приливы — отливы, амплитуда которых в Чукотском море незначительна. И морские течения здесь не очень виноваты. При тех скоростях, которые они могут развить в Арктичес­ком бассейне, им не под силу создать ледяные нагромож­дения, подобные нагнанным и сотворенным ветром.

Такова характеристика ледяных полей, которые при­близятся к довольно узкому жерлу Берингова пролива. Не забьют ли они пролив так, что удушат переброску вод из Чукотского моря в Берингово? Расчеты опровер­гают и это опасение.

Глубина моря в районе возможных створов будущей плотины, через которые должны идти перекачиваемые воды и льды, составит 55—60 м. Мы же видели, что подвод­ная часть многолетних паковых льдов не превышает, как правило, 13 м. Площадь их невелика. Следовательно, льды не могут уменьшить живое сечение плотины более чем на 5-10%.

Наряду с этим в штормовые дни (в среднем 50 дней в году) возможны сильные подвижки ледяных полей с се­вера на юг. Встречая жестокое сопротивление, оказывае­мое телом плотины, большие скопления льда могут наблюдаться у ее северной кромки аналогично отмеченным выше нагромождениям у побережий. Поэтому верхнему ярусу плотины необходимо придать достаточно обтекае­мую форму (рис. 32). Что же это даст?

Поперечный разрез плотины

Напирающие льды будут стремиться опрокинуть пло­тину. При обтекаемой форме ее верха направленные по го­ризонтали усилия сведутся к минимуму. Энергия напи­рающего льда будет расходоваться тогда не на опрокиды­вание плотины и не на создание ледяных нагромождений, а на то, чтобы вползти ледяным полям на кровлю плотины и затем сползти и сброситься на южный бьеф. Обте­каемая форма облегчит и вползание и сброс. При таком очертании верха плотина сможет пропустить многолетний пак толщиной до о м и отдельные скопления толщиной до 10—12 м. Если при рабочем проектировании возникнет необходимость, то очертания плотины можно изменить так, что она пропустит еще более мощные ледяные поля и отдельные нагромождения.

Скольжение льда по кровле плотины можно облегчить настолько, что сила трения льда о кровлю сведется до безо­пасного минимума. Во всяком случае она будет меньшей, чем сила трения льда о подводные борта и днище «Фрама», которые, как известно, блестяще выдержали подвижки и торошение ледяных полей в центральных областях Арктического бассейна, где торосообразование самое сильное — более сильное, чем в Чукотском море.

Здесь следует иметь в виду еще одно важное обстоя­тельство. В воронке Чукотского моря льдам перемещаться легче, чем, например, в проливе Шпицберген — Гренландия. Во-первых, Берингов пролив расположен на 1500 км южнее пролива Шпицберген — Гренландия, а во-вторых, нижняя поверхность дрейфующих льдов будет системати­чески омываться проточными водами. Более южное по­ложение обеспечивает больше солнечного тепла. Темпера­тура же проточных вод на несколько десятых градуса превысит температуру замерзания. Опыт северных гидро­электростанций показал, что проточные воды заметно подтачивают и мощность, и прочность ледяных скопле­ний, которые образуются при входах в плотину. Наблю­дения за состоянием льдов у выхода реки Ангары из Байкала Показывают, что место выхода вообще не замерзает. Температура же воздуха зимой в Беринговом проливе не ниже, чем у места выхода Ангары; соленость же выше, что замедляет образование льда и снижает его прочность. Приведенные данные по конструкции плотины не ис­черпывают всех мер по предупреждению или ослаблению скоплений льда на северном бьефе. Отметим некоторые другие возможные меры:

— перенос створа плотины под укрытие островов св. Диомида или даже в проливы Чирикова и Шпанберга в створ острова св. Лаврентия, температурные условия которых лучше, чем в Беринговом проливе; скорости на подходе к плотине можно уменьшить в полтора раза; ветровой режим более спокойный, что ослабит на­пор льдов на плотину;

— создание ледяного барража севернее створа пло­тины;

— зачернение в светлую часть года поверхности ледя­ного покрова и производство круглогодичного воздушного барбатажа в целях ослабления прочности льда и некото­рого уменьшения его мощности;

— дробление скоплений льда мощными ледоколами и взрывчаткой с использованием вертолетной и подводной служб;

— создание специальных насосов для пропуска через них мелкобитого льда;

— организация периодического отжима в случае обра­зования опасных ледяных нагромождений у северной кромки плотины в объеме современного потока с юга на север — 4 км³/час — путем установки в верхнем ярусе плотины насосов реверсивного типа.

Что же будет из себя представлять плотина?

Прежде всего она должна отвечать тем географическим, гидрологическим, климатическим и сейсмическим усло­виям, которые диктует обстановка в Беринговом проливе. К тому же надо учитывать, что плотина будет сооружаться в районе, который значительно удален от индустриальных центров и обжитых районов. Железнодорожной связи здесь нет, навигационный период ограничен. Строитель­ство же потребует, чтобы сюда была доставлена огромная масса высокотоннажных грузов. Поэтому конструкция плотины должна обеспечивать наибольшую сборность из наиболее крупных блоков, доставляемых морем на плаву.

Успехи производства последних лет в области железо­бетона, специальных высокомарочных гидротехнических цементов, повышения точности расчетов тонкостенных конструкций позволяют принять предварительное решение о выполнении плотины из отдельных объемных секций в виде блоков-понтонов. Основной материал — морозо­стойкий железобетон; внутренние конструкции — за­творы, перегородки, площадки, лестницы и другие — пре­имущественно из конструкционных сплавов алюминия.

Размер блоков-понтонов определяется шириной плотины без обтекателей, но не менее 40 м; по длине — условиями транспортировки морем, но не менее чем 250 м; по высоте от 20 до 60 м, так как их высота определяется глубиной места установки.

Конструкция блока коробчатая, типа пчелиных сот. По высоте число ячеек определяется высотой секции от одной до трех; по длине — длиной секции, но не ме­нее 20. Коробчатая конструкция блока с внутренними приемными и выкидными конусами (конфузоры и диф­фузоры) насосных систем позволяет одновременно исполь­зовать внешние ограждения конструктивных элементов и для целей ограждения, и для восприятия нагрузки. Необходимая прочность ферм в меридиональной плоскости может быть получена без чрезмерного загромождения внут­реннего объема плотины. При напоре льда в обоих мери­диональных направлениях устойчивость блоков обеспе­чивается достаточно развитой сетью анкерных (закреп­ляющих) тяг.

Блоки-понтоны будут изготовлены с таким расчетом, чтобы еще до сдачи плотины в эксплуатацию их можно было использовать для нужд строительства (причалы, склады, мастерские, брандвахты и пр.).

Когда дрейфующие льды будут уничтожены, обтекае­мый верх плотины реконструируется — одна сторона бу­дет отведена под двухпутную железную дорогу нормальной колеи, другая — под автостраду с двухрядным движением автомашин в обе стороны.

Словом, конструкция плотины, технология ее изготов­ления и монтажа ответят той идее сборности максимально крупными блоками, которая является главной в современ­ной строительной индустрии, — возможно больший объем работ следует произвести на мощных строительных базах с тем, чтобы на месте сооружения плотины осталось только смонтировать готовые блоки.

Изготовляться секции плотины должны на предприя­тиях типа судоверфей в теплом климатическом поясе близ индустриальных центров. Вероятные пункты изго­товления — Владивосток, порты западного побережья США и Канады, японские судостроительные фирмы.

Доставляться в Берингов пролив они будут на плаву. Когда блоки плотины прибудут в Берингов пролив, их будет ожидать здесь соответственно подготовленное мор­ское дно. В зависимости от геологического строения дна блоки будут заанкерены либо с помощью свай, либо бурением.

Прочность блоков, устойчивость их и усиленный ан­кераж будут таковы, что плотина сможет без дополнитель­ных дорогостоящих сооружений воспринимать горизон­тальные нагрузки волн, льда и течений. Подобный тип плотины возвести значительно быстрее и дешевле, чем обычные монолитные плотины.

Данные лоций Берингова моря о гидрометеорологи­ческой и гидрологической обстановке показывают, что транспортировать блоки до Берингова пролива в сопро­вождении ледокола можно в течение пяти-шести месяцев. Береговая зона здесь изрезана, а глубины благоприятны настолько, что блоки можно будет «складировать» непо­далеку от створа плотины. Поскольку современные суда благополучно зимуют в глубине берегового припая и особенно в бухтах и заливах, зимний отстой блоков опасности не представляет. Следовательно, сезон произ­водства работ вовсе не ограничивается ледоставом в Бе­ринговом проливе и в северной части Берингова моря. Установку блоков и внешние работы можно будет вести в течение шести месяцев в году, анкераж блоков — в те­чение восьми-девяти месяцев, а все виды внутренних работ — круглогодично.

Поскольку приливы — отливы и в Беринговом море, и в соседних акваториях незначительны, они не осложнят ни строительство плотины, ни ее эксплуатацию.

В плотину будут встроены специальные поворотно-лопастные насосные агрегаты осевого, прямоточного типа. В таких агрегатах электромотор, редуктор и сам насос объединены в закрытый обтекаемый моноблок. Регулировка угла поворота лопастей насоса связана автоматической блокировкой с положениями уровней южного и северного бьефов, которые могут меняться как от направления ветра, так и от приливо-отливных течений. На случай остановки насосного агрегата север­ный и южный бьефы разобщаются быстродействующими затворами.

Весь комплекс гидротехнических сооружений при над­лежащей целеустремленности заинтересованных стран мо­жет быть сооружен в течение восьми—десяти лет.

Определение расхода электроэнергии на переброску вод встречает определенные трудности при вычислении превышения уровня южного бьефа над северным. Поэтому на первой стадии ограничимся приближенными оценками следующих главных компонентов: для обеспечения ско­рости потока воды на прием к насосам (скоростной на­пор) — 5 см; на преодоление сопротивлений движению воды в пределах шельфа Чукотского моря (потерянный напор на приеме) — 10 см; при перекрытии Берингова пролива с южной стороны плотины будет создан подпор тихоокеанских вод (статический напор) — 10 см; на прео­доление сопротивления движению воды в пределах шельфа Берингова моря (потерянный напор на выкиде) — 5 см; не учтенные потери — 5 см. Всего — 35 см.

Отсутствие количественных данных не позволяет вклю­чить в расчет направление и силу ветра. Известно лишь, что в Чукотском море преобладают ветры с северной составляющей, т. е. общее направление ветров благо­приятствует переброске воды с севера на юг.

Потребная мощность на привод насосов при суммарном напоре 0,35 м составит

где 140х10³х10⁹х10³— годовой объем перекачки, кг; 31,5х10⁶ — число секунд в году; 102 кг-м/сек — экви­валент 1 квт; 0,7 — общий коэффициент полезного дей­ствия насосных систем.

Принимая расход на вспомогательные нужды 5%, потери в сетях и на трансформацию в пределах пло­тины 4%, потребная мощность с округлением составит 22×1,05×1,04=25 млн. квт, для сравнений напомним: мощность Братской ГЭС — 4 млн. квт, Красноярской — 6 млн., проектируемойНижне-Ленской ГЭС — 20 млн. квт.

Где же взять эту электроэнергию? К 80-м годам в строй войдут атомные электростанции, экономические преиму­щества которых во многом очевидны. Однако это не един­ственное решение. Гидроэнергозапасы имеются в Бри­танской Колумбии и у нас на Чукотском полуострове. В последние годы обнаружены нефть и газ на Аляске, где запасы исчисляются миллиардами тонн, в Северной Канаде, а у нас в устье реки Вилюй и в районе Верхоян­ского прогиба. Можно рассчитывать, что и в этих районах будут открыты крупные и высокорентабельные место­рождения.

Наконец, электростанции могут быть сооружены на разведанных месторождениях Ленского, Зырянского и более близких угольных бассейнов. Эти месторождения допускают открытую разработку. Электростанции же бу­дут высокоэкономичными, так как будут оборудованы энергоблоками в 1—1,5 млн. квт и выше.

В настоящее время проектируются крупные линии электропередач, позволяющие передавать электроэнергию на расстояние в несколько тысяч километров. Такой радиус охватывает многие пункты с большими запасами угля, нефти, газа и электроэнергии. В СССР разраба­тываются проекты линий электропередач Енисей—Урал, протяженность которых 2000—3000 км. Подобные линии, если они пойдут в две-три цепи, способны перебросить энергию мощностью до 10 млн. квт. Институт постоянного тока считает целесообразным передавать электроэнергию из Красноярска в Москву. В этом случае дальность передачи увеличивается до 4500 км. Передачу рекомен­дуется осуществлять по нескольким цепям с годовой нагрузкой каждой из них 25 млрд. квт/час.

Словом, состояние современной энерговооруженности таково, что мы сможем обеспечить насосные системы в Беринговом проливе электроэнергией из различных источников. Что же касается сроков, то потребность в электроэнергии может быть покрыта в течение семи-восьми лет с момента, когда будет принято решение о строительстве электростанций и высоковольтных линий.

Во сколько же обойдется строительство уникального гидроузла в Беринговом проливе? Каков предполагаемый объем капиталовложений?

Надо заметить, что когда оценивается стоимость даже таких хорошо изученных сооружений, как крупные речные гидроэлектростанции, все равно неизбежны иногда даже очень большие отклонения, до +50% от первоначальной проектной стоимости. Еще труднее рассчитать стоимость тех объектов, которые сооружаются в тяжелых природных условиях, при необычайной удаленности от обжитых и промышленных центров.

И все-таки мы должны хотя бы приблизительно опре­делить объем капиталовложений на весь комплекс гидро­технических, промышленных, транспортных и граждан­ских сооружений, связанных с межокеанской переброской воды в условиях Берингова пролива.

Чтобы сделать предварительный расчет, необходимо знать, сколько стоят крупные сооружения, родственные по характеру. Поэтому мы воспользовались данными специальной литературы по определению стоимости обо­рудования, различных конструктивных элементов, мон­тажа и пр. Кроме того, пришлось руководствоваться принципом бесспорности, т. е. при сомнениях мы брали большую стоимость.

Расчеты показывают, что общий объем финансирования затрат, связанных со строительством гидроузла в Берин­говом проливе, составит примерно 24 млрд. рублей. Сюда входят стоимость блоков плотины вместе с их транспор­тировкой и установкой, стоимость оборудования и метал­локонструкций, включая также транспортные расходы и монтаж; стоимость насосных агрегатов; установка обте­кателей; сооружение рыбоходов и шлюзов для пропуска судов; отсыпка дамб для авто- и железнодорожных путей; стоимость городов (на западном и восточном берегу про­лива на 50 000 жителей каждый), двух морских и двух аэропортов; стоимость сооружения электростанций со всеми техническими службами и поселками городского типа; стоимость предприятий по добыче топлива для электростанций также со всеми вспомогательными служ­бами, дорогами, промышленными предприятиями и по­селками; стоимость линий электропередач, подсобные промышленные предприятия (спецсудоверфи, дороги, порты, причалы, склады, строительные механизмы, подъем­ное оборудование и пр.); научно-исследовательские работы, изыскание и проектирование.

Следует отметить, что после окончания строительства часть затрат будет возвращена путем реализации осво­бодившихся строительных механизмов, оборудования, транспортных средств, временных сооружений и т. д. Объем возвратных сумм исходя из строительной прак­тики составит примерно 8%. Тогда истинная, инвентар­ная стоимость строительства составит 22 млрд. руб.

По направлениям затрат инвентарная стоимость строи­тельства будет иметь следующее распределение: гидро­узел в Беринговом проливе — 13,7 млрд. руб.; предприя­тия по добыче топлива — 1,8; электростанции — 3,5; высоковольтные линии — 3,0 млрд. руб.

Комплекс сооружений Е Беринговом проливе обой­дется приблизительно 14 млрд. руб., сооружения, свя­занные с выработкой и передачей электроэнергии,— 8 млрд. руб. Вспомним, однако, что с того момента, когда ледяной покров будет уничтожен, расход энергии на пере­качку уменьшится примерно в два раза. Высвободившиеся энергетические мощности могут быть использованы на дру­гие народнохозяйственные нужды. В результате общая стоимость сооружений понизится с 22 млрд. примерно до 18 млрд. руб.

Приведенные расчеты нельзя считать заниженными. Это видно из следующих сопоставлений. Капиталовло­жения в наиболее крупную электростанцию мира — Кра­сноярскую — составляют 168 руб. на киловатт установлен­ной мощности. Это — так называемое удельное капитало­вложение. На строительстве же гидроузла в Беринговом проливе удельное капиталовложение будет исчисляться в 550 руб./квт, т. е. примерно в 3,5 раза больше. Удель­ное капиталовложение на строительстве трех ГЭС — Чебоксарской, Саратовской и Нижне-Камской — составляет 560 руб./квт, т. е. оно почти равно удельному капиталовложению в гидроузел Берингова пролива.

Прямоток благоприятно повлияет на климат не только Советского Союза — в той или иной степени улучшится климат всего земного шара. В осуществлении проекта будут заинтересованы многие страны, поэтому реализо­вывать его будет международный орган. В зависимости от того, какую экономическую выгоду получит от прямо­тока каждая из стран, будет определяться ее доля в финансировании, в производстве строительных работ, в поставках оборудования, различных конструкций и мате­риалов, в обеспечении морским тоннажем, электроэнер­гией и в затратах, связанных с последующей эксплуа­тацией сооружений.

Долевое участие СССР, вероятно, не превысит 40%, т. е. наша страна должна будет вложить приблизительно 9—10 млрд. руб. Что касается электроэнергии, то поставки СССР, видимо, составят 10—12 млн. квт. Опять зададимся вопросом — реальна ли, посильна ли для нас эта цифра? Достаточно обратиться к последним данным, чтобы убе­диться — уже сейчас ежегодный ввод мощностей по вы­работке электроэнергии в СССР составляет примерно 12 млн. квт. В отношении финансирования строительства оно составит не более чем один процент от возможных вложений в народное хозяйство на ближайшие 10 лет и только 0,3% от возможного финансирования последую­щего десятилетия.

Осуществление международного проекта «Северо-Аме­риканский водно-энергетический союз», о котором мы уже говорили, потребует 100 млрд. долларов, т. е. в четыре раза больше, чем нужно для улучшения планетарного климата.

Реку Миссисипи называют «канализационной тру­бой США». Сильно загрязнены и многие другие реки и озера США. Чтобы очистить их и оградить от дальнейшего загрязнения, потребуется около 40 млрд. долларов (при этом не учитываются расходы промышленных предприя­тий на обработку своих сточных вод), т. е. значительно больше стоимости сооружений в Беринговом проливе.

Приведенные цифры показывают, что для улучшения климата нужно затратить вполне доступную и быстро окупаемую сумму.

• ← Перші етапи меліорації клімату
• Перспективи подільшого покращення клімату →