Вышневолоцкий историко-краеведческий альманах №10, стр. 37-46

		Е.Н. Виноградова

Вышневолоцкая водная система как крупная гидротехническая система

 

1.Природные условия территории Вышневолоцкой водной системы

Водохранилище расположено на территории, которая представляет собой моренную и водно-ледниковую равнину. Берега водохранилища с восточной стороны ограничены земляными дамбами. Северные, северо-западные и северо-восточные берега песчаные, возвышенные, покрытые хвойным лесом. Южные и юго-западные берега низкие, заболоченные, покрытые смешанными хвойными лесами и кустарниками. В юго-восточной части водохранилища берега торфянистые и изрезанные. На водохранилище расположено девять островов, и пять из них покрыты лесом. В водохранилище впадает ряд рек и ручьев, основными являются реки Цна и Шлина.
Вышневолоцкое водохранилище находится в районе умеренно-холодного климата, переходящего от морского к континентальному. Наиболее характерной чертой циркуляционных процессов является западный перенос, вследствие которого здесь преобладают воздушные массы, поступающие с Атлантики. Наряду с этим в значительной степени проявляется и влияние Арктики вторжением воздушных масс, что вызывает резкие похолодания. Среднегодовая температура воздуха, в пределах рассматриваемого района колеблется от 3 до 3,5°С. Среднемесячная температура самого теплого месяца, июля, +16,4 - 17,4°С, а самого холодного, января, – 9,5 - 9,9 °С.

Заводская гранитная плотина. Открытка 1912 г.

Рассматриваемый район характеризуется продолжительным (около семи месяцев) периодом положительных температур воздуха, затяжными осенними и весенними периодами с чередованиями волн тепла и холода и зимним периодом с устойчивой отрицательной температурой, которая удерживается в течение 3-4 месяцев. Продолжительность безморозного периода составляет в среднем 133 –139 дней, колеблется от 88 до 173 дней. В летний период преобладает теплая, влажная погода, среднемесячная температура июля не превышает 18°С.
Преобладающее количество осадков выпадает в теплое время года (апрель – октябрь) и составляет 53 – 63%. Наибольшее количество осадков выпадает в июле и составляет 90 –103 мм.
Устойчивый снежный покров образуется только в конце третьей декады ноября и лежит до 6 – 9 апреля. Средняя высота снежного покрова составляет около 40 см, наибольшая 58 – 60 см.
Средний запас воды в снеге колеблется в пределах 88 – 96 мм. Разрушение снежного покрова начинается обычно в 1-й декаде апреля. Продолжительность таяния снега не превышает 15 дней.
Преобладающими направлениями ветра в годовом разрезе являются северо-западные и западные (17 – 20%).
Основанием для сооружения напорного фронта водохранилища служат мелкозернистые пески, среднеразложившийся торф, суглинки, пластинчатые глины, моренные суглинки.

2. Назначение Вышневолоцкой водной системы и этапы ее строительства

В конце XVIII – начале XIX в России возникла острая необходимость создать целую систему искусственных водных путей, чтобы соединить все моря России для облегчения торговли.
12 января 1703 г. Петром I был подписан указ о начале строительства канала между Тверцой и Цной, работа была поручена голландским мастерам.
В период с 1703 по 1708 г. в районе Вышнего Волочка был построен целый комплекс гидротехнических сооружений. Прежде всего, был прокопан Тверецкий канал, связавший Тверцу с Цной и, таким образом, впервые соединивший Каспийское и Балтийское моря. На канале для удержания воды было построено два шлюза.
Судоходство по первой в истории России искусственной водной системе открылось весной 1709 года. Шедшие с Волги суда благополучно прошли по Тверце и каналу. Однако с наступлением летнего периода оказалось, что канал мелководный. В результате этой недоработки судоходство по системе могло осуществляться только весной в половодье и осенью в период дождей.
Лишь в 1719 г. русским гидротехником-самоучкой М.И. Сердюковым было предложено реконструировать Вышневолоцкую водную систему, для того чтобы осуществлять по ней судоходство. Он предложил построить плотину на реке Шлине и соединить ее с Цной, после чего уровень воды в Тверецком канале повысился и его главный недостаток – маловодье – был устранен.

3. Современная реконструкция Вышневолоцкой водной системы

Трасса канала проходит по Тверце – Тверецкому каналу – Цне – Цнинскому каналу – оз.Мстино – Мсте – Сиверскому каналу – Волхову и Приладожским каналам. До реконструкции в 1941 – 1951 годах основной задачей Вышневолоцкого водохранилища являлось питание то волжского, то мстинского склонов, на мстинский склон сбрасывалось около 75% от среднегодового стока водохранилища и только 25% – на волжский склон. Проведенная реконструкция Вышневолоцкой системы коренным образом изменила процентное распределение стока водохранилища путем увеличения сбросов в Волгу за счет их уменьшения по Мсте. В настоящее время через вновь построенный Ново-Тверецкий канал сбрасывается около 87% среднегодового стока водохранилища, а в сторону Мсты производятся только паводочные сбросы (при многоводных паводках) и минимальные санитарные попуски, равные 5 м3/с летом и осенью и 2,5 м3/с зимой.
В 1930 – 1940 гг. советскими властями был введен новый принцип комплексного использования водных ресурсов. Впервые он был осуществлен на северной части Вышневолоцкого водного пути строительством Волховской гидростанции. Однако возможности получения электроэнергии не ограничились одним Волховом, проектные организации Гидропроект и Гидроводтранс рассматривали несколько вариантов реконструкции Вышневолоцкой водной системы с целью использования ее водных ресурсов в энергетических и транспортных целях. Отечественная война ускорила процесс реконструкции системы. Москва испытывала острую нехватку электроэнергии, пуск дополнительной воды из Заводского водохранилища в Верхнюю Волгу увеличил бы выработку электроэнергии турбинами Иваньковской, Угличской и Рыбинской ГЭС, которые обеспечивали столицу водой. Пропускная способность Тверецкого канала составляла в то время 20 м3/сек. летом и 15 м3/сек. зимой. Для того чтобы увеличить объем пропусков воды, требовалось переустройство системы.
В целях увеличения выработки электроэнергии на верхневолжских гидростанциях, работающих на Московскую энергосистему, и улучшения судоходных условий на реке Тверце от города Калинина до города Вышнего Волочка Государственный Комитет Обороны Союза ССР постановлением №4754-е от 10.12.1943 г. обязал Народный Комиссариат обороны, силами Главного управления Оборонительного строительства Красной Армии, реконструировать Вышневолоцкую водную систему за счет увеличения сброса воды из Вышневолоцкого водохранилища в реку Волгу. Для этого требовалось строительство канала с регулирующей деревянной плотиной, соединяющей Вышневолоцкое водохранилище с рекой Тверцой. В результате был построен Ново-Тверецкий канал, который проходит по ярко выраженной сильно заболоченной ложбине в пяти километрах южнее города Вышний Волочек и соединяет Вышневолоцкое водохранилище с рекой Тверцой, минуя водораздельный бьеф системы, расположенный в пределах города Вышний Волочек.
Канал имеет максимальную пропускную способность около 100 м3/сек. и позволяет перебрасывать до 850 млн. м3 воды в год, что составляет около 90% от среднегодовых ресурсов Вышневолоцкого водохранилища. В связи с увеличением объема воды, перебрасываемого через водораздел из Вышневолоцкого водохранилища в реку Волгу, среднегодовая выработка электроэнергии на верхневолжских гидростанциях повысилась на 44 млн. квт-часов в год.
Кроме того, с постройкой Ново-Тверецкого канала обеспечивается транзитный пропуск в реку Волгу стока озера Велье объемом около 130 млн. м3 в год. Переброска этого стока увеличила выработку электроэнергии на гидростанциях еще на 11 млн. квт-ч в год.
Строительство Ново-Тверецкого канала началось в декабре 1943 года и окончилось в июле 1944. За время строительства канала было извлечено 1400 тыс. м3 грунта и построено четыре новых искусственных сооружения: деревянная регулирующая плотина; деревянный мост на Ржевском шоссе; деревянный мост на Московском шоссе; объезд на Гончаровском тракте длиной 926 м – и реконструирован Тверецкий полушлюз, при котором построены земляные дамбы длиной более 350 м.

Гранитный бейшлот на р. Цне. Открытка 1912 г.

На строительстве канала впервые в истории гидротехники применялись в широком масштабе массовые взрывы грунтов на выброс. С помощью этого метода сделано 940 тыс. м3 выемки, что составило около 70% от профильной кубатуры канала.
В окончательном виде схема реконструкции выглядела следующим образом.
1.Чаша водохранилища образуется при помощи следующих сооружений:
а) земляной дамбы у Ленинградского шоссе, расположенной в северо-восточной части водохранилища;
б) земляной плотины №1, перекрывающей русло реки Таболки, вблизи ныне существующего Шишковского водоспуска (плотина на реке Таболке);
в) земляной плотины №2 , перекрывающей русло реки Цны ниже существующих Заводских гранитной и деревянной плотин и заменяющей, таким образом, обе эти плотины;
г) гидростанции на Ново-Тверецком канале, расположенной выше моста на шоссе Ленинград – Москва, с примыкающими к ней дамбами обвалования вдоль берега канала и вдоль Московского шоссе.
2. Пропускная способность Ново-Тверецкого канала составляет 100 –110 м3/сек.
3.Отметка нормального подпорного горизонта составляет 163,5 м, что соответствует отметке земли на Балтийско-Каспийском водоразделе.
4. Емкость водохранилища 325 млн. м3, из них 245 млн. м3 – полезная емкость.
5. Длина водохранилища – 12 км, наибольшая ширина – 9 км.
4. Динамика колебания уровня Вышневолоцкого водохранилища
В результате реконструкции Вышневолоцкой водной системы, как уже было изложено выше, нормальный подпорный уровень был повышен с отметки 160,25 м до отметки 163,5 м, т.е. на 2,25 м, и стал равен отметке земли на Балтийско-Каспийском водоразделе. В связи с этим емкость Вышневолоцкого водохранилища возросла с 115 млн. м3 до 325 млн. м3, причем полезная емкость увеличилась с 108 млн. м3 до 245 млн. м3, что соответствует отметке мерного объема 160,5 м. Для характеристики сезонной динамики колебания уровня Вышневолоцкого водохранилища был построен график, на который были нанесены среднемесячные показатели уровня воды в период с 1971 по 2004 гг. Также были вычислены среднегодовые показатели уровня и средние показатели за вегетационный период. Параллельно с данными параметрами были нанесены среднегодовые суммы осадков за тот же период, а также среднегодовые и средние за вегетационный период температуры по каждому году. В результате анализа графиков были выделены некоторые типы колебания уровня воды в Вышневолоцком водохранилище за период с 1971 по 2004 гг.:
I тип – характеризуется неглубокой зимней сработкой, в пределах отметок 162,0 – 162,5 м;
II тип – характеризуется глубокой зимней сработкой, в пределах отметок 160,8 – 161,8 м;
III тип – характеризуется малой амплитудой колебания уровня (в пределах 1 м) в течение года;
IV тип – характеризуется низким уровнем, не достигающим НПУ в течение всего года;
V тип – характеризуется уровнем, превышающим НПУ в вегетационный период более чем на 1 м.
I тип – 1974, 1975, 1981, 1982, 1983, 1984, 1985, 1991, 1995, 1997, 1998, 2000, 2001, 2004 – 41%.
II тип – 1971,1972, 1973, 1976, 1977, 1978, 1979, 1980, 1987, 1988, 1992, 1993, 1994, 1999, 2003 – 44%.
III тип – 1989, 2002 – 6%.
IV тип – 1996 – 3%.
V тип – 1986,1990 – 6%.
В результате анализа графиков можно сделать следующие выводы.
1. Глубина зимней сработки во многом зависит от суммарного количества осадков в предыдущем году в осенние месяцы: если прогнозируется высокий паводок в текущем году, то зимой стараются сработать больше воды, чтобы соответственно и принять больше в вегетационный период.
2. Амплитуда колебания уровня меньше и составляет 1 – 1,2 м, если предыдущие два года были многоводными.
3. Аномальные уровни Вышневолоцкого водохранилища, как правило, имеют антропогенный характер: например, в 1990 г. Гипроречтранс проводил анализ сработки Вышневолоцкого водохранилища, и из Управления канала имени Москвы было дано распоряжение поддерживать в зимние месяцы уровень, близкий к НПУ, в результате чего в весенний период произошло частичное подтопление населенных пунктов, расположенных на берегах водохранилища. Также данная ситуация негативно отразилась на экосистемах Вышневолоцкого водохранилища. Однако резкий подъем уровня в мае 1986 г. до отметки 164,7 м был связан с большим суммарным количеством осадков в 1985 г.
На основе построенного графика можно проследить многолетнюю динамику изменения уровня Вышневолоцкого водохранилища.
За последние 34 года средний уровень Вышневолоцкого водохранилища составил 163,1 м, средний уровень за вегетационный период – 163,5 м, что соответствует отметке нормального подпорного уровня.

Главный водосброс. Фото 2005 г.

В период с 1971 по 1980 г. можно, судя по графику, выявить следующие особенности: преобладание глубокой зимней сработки и уровня, равного НПУ в вегетационный период. Следующее десятилетие с 1981 по 1990 г. отличается от предыдущего низкими сработками в зимний период и высокими уровнями, доходящими в отдельные годы до отметки 164,3 – 164,7 м за вегетационный период. Данная ситуация связана с высоким суммарным количеством осадков в этот период. В период с 1991 по 2000 г. динамика колебания уровня Вышневолоцкого водохранилища схожа с динамикой периода с 1971 по 1980 г.: наблюдаются глубокие зимние сработки и уровни, не превышающие НПУ в весенне-летние и осенние месяцы. В этом периоде, как уже было сказано выше, особо выделяется 1996 г., когда не были превышены уровни НПУ за весь год. С 2001 по 2004 г. вновь наблюдается ситуация с неглубокой зимней сработкой и высокими уровнями в паводочный период.
Исходя из вышесказанного можно сделать следующие выводы: суммарное количество выпадающих осадков оказывает достаточное влияние на отметки уровней Вышневолоцкого водохранилища. Наряду с этим при выведении зависимости между выпадающими осадками и уровнем водохранилища следует учитывать среднегодовые показатели температур и средние показатели температур за вегетационный период. Однако в ряде случаев играет роль антропогенный фактор, когда уровень воды в Вышневолоцком водохранилище сопряжен с рядом исследований сработки либо ремонтом гидротехнических сооружений на водохранилище.

4. Современное использование Вышневолоцкой водной системы.

До начала 50-х годов ХIХ в. Вышневолоцкая водно-транспортная система по объему перевозок оставалась на первом месте среди прочих равных. Однако со строительством в 1852 г. Николаевской, а затем в 1972 г. Рыбинско-Бологовской железной дороги ее значение как водной артерии резко сократилось.
Однако трудно переоценить, какое влияние оказала водная система на экономическое и культурное развитие населенных пунктов, стоящих на ней. В настоящее время Вышневолоцкая водная система с транспортной точки зрения используется лишь для местных перевозок.
При советской власти с появлением нового принципа комплексного использования водных ресурсов в 1926 г. на Вышневолоцкой водной системе появилась Волховская гидростанция, которая снабжала нынешний Санкт-Петербург электроэнергией. А после реконструкции системы, в 1943 г., начала снабжать электроэнергией и Москву. Теперь, когда на Волге появились мощные гидростанции, Вышневолоцкая система потеряла былое энергетическое значение. Зато возросло ее значение в снабжении Москвы водой, которая подается из Волги в столицу по каналу имени Москвы. В общем водном балансе города она составляет около 9%. Таким образом, с течением лет Вышневолоцкая водная система постепенно превратилась из транспортной в водохозяйственную. Также сменилось и направление ее работы: раньше она работала в северном направлении, к Санкт-Петербургу, а со второй половины ХХ в. работает в южном, снабжая Москву водой.
Таким образом, в настоящее время основным значением Вышневолоцкой водной системы является регулирование местного стока с целью обеспечения попусков на волжский склон для нужд энергетики, водного транспорта и улучшения водоснабжения Москвы, а также для обеспечения попусков на балтийский склон в интересах местного судоходства. Кроме того, водохранилища системы используются в рыбохозяйственных целях, а также для промышленного и коммунального водоснабжения.
Главным регулирующим водохранилищем является Вышневолоцкое, которое обеспечивает:
1) переброску части стока рек Цны и Шлины через Ново-Тверецкий и Ревяницкий каналы в бассейн реки Волги;
2) санитарные попуски воды в водораздельный бьеф (г. Вышний Волочек), через Ново-Цнинскую ГЭС;
3) выработку электроэнергии на Ново-Тверецкой и Ново-Цнинской ГЭС, а также увеличение выработки электроэнергии на верхневолжских ГЭС (Иваньковской, Угличской);
4) совместно с Вышневолоцким водохранилищем регулирование стока осуществляют озера Велье и Шлино, расположенные в верховьях реки Шлины и образующие с Вышневолоцким водохранилищем единый каскад;
5) на балтийском склоне осуществляется регулирование стока в озерах Мстино, Пирос, Кафтино и др.
За 52 года после реконструкции Вышневолоцкой водной системы Вышневолоцким водохранилищем было принято 57,1 млрд. м3 воды, через сооружения гидроузла сброшено 56,6 млрд. м3, выработано 446,26 млн. квт-часов электроэнергии.
Водный путь, соединивший Волгу с Невой, принес огромные промышленные, политические и технические выгоды России в период ее выхода к берегам Балтии. Смелая и технически совершенная идея аккумулирования весенних вод и их использования для регулирования стока не имела прецедента в западноевропейской гидротехнике.