Труды по гидроэнергоресурсам Сибири. Научная деятельность С. А. Балакшина разнообразна и затрагивает ряд проблем, над которыми ученый работал на протяжении всей своей жизни. Особое место в его научных исследованиях занимали вопросы определения гидроэнергетического потенциала сибирских рек и способы его практического использования. С. А. Балакшин понимал, что эта проблема имеет огромное значение для страны в связи с намечаемым в те годы бурным развитием промышленности, сельского хозяйства, транспорта и др.

Как известно, запасы таких источников энергии, как каменный уголь, нефть, природный газ, ограничены и не восстанавливаются. Запасы других источников (дерево, торф), хотя и образуются постоянно, восстанавливаются крайне медленно. Но существуют такие энергетические источники (вода, ветер, солнечное излучение), запасы которых возобновляются постоянно, и их энергия является самой дешевой* Поэтому С. А. Балакшин считал, что в процессе реконструкции народного хозяйства страны гидроэнергия должна играть роль одной из главных производительных сил.

Как уже говорилось, на основе результатов исследований, проведенных Сибисполводом, инженер-конструктор С. А. Балакшин составил первый приближенный кадастр водоэнергетических ресурсов Сибири и опубликовал теоретическую работу "Запасы водных сил Сибири" [8, 23]. В ней С. А. Балакшин попытался выяснить общий запас водной энергии Сибири, ее территориальное распределение и возможное использование на ближайшую и более дальнюю перспективу.

Прежде всего он наметил площади отдельных водосборных бассейнов сибирских рек по гипсометрической карте азиатской части России. Затем С. А. Балакшин определил количество выпадавших там осадков: их изолинии он наносил на основании метеорологических материалов того времени. Для подсчета количества воды, стекающей с разных частей бассейнов, ему потребовалось установить коэффициент стока или отношение количеств стекающей и выпадающей воды.

Ввиду изменения коэффициента стока в зависимости от высоты бассейна над уровнем моря, уклона и других факторов С. А. Балакшин разделил высоту каждого бассейна на три части: равнинную — от 0 до 200 м над уровнем моря; среднюю — от 200 до 500 м и гористую — выше 500 м над уровнем моря. Исходя из этих данных, он обвел и определил планиметрированием по гипсометрическим картам, составленным Ю. М. Шокальским [43, 78], площади отдельных частей каждого бассейна. Вся площадь Сибири была разделена на 16 отдельных бассейнов, причем одновременно были вычислены площади водосборных бассейнов сибирских рек, находившихся в Монголии, откуда берут начало некоторые сибирские реки (Обь, Енисей, Амур). В результате такой обработки была составлена таблица площадей водосборных бассейнов рек Сибири (см. прил. табл. 6).

Для того чтобы узнать количество воды, стекающей как с отдельных поясов разных высот бассейнов, так и с площади каждого бассейна, необходимо было установить количество осадков и рассчитать коэффициент стока. Сколько осадков выпадает в том или ином бассейне С. А. Балакшин подсчитал по изменяющимся у него метеорологическим материалам. Исходя из полученных данных, он составил карту распределения осадков азиатской части России по отдельным бассейнам [8].

Пользуясь этой картой, исследователь провел планиметрирование площадей различных частей бассейна для каждой высоты его пояса с одинаковым количеством осадков и на основании этого подсчитал количество воды, выпадающей в каждой отдельной площади бассейна.

Эти данные легли в основу расчета "количества воды, выпадающего на каждый пояс бассейна. При этом количество годовых осадков, выпадающих на площадь между двумя изолиниями годовых осадков, принималось как среднее арифметическое".

Затем С. А. Балакшин перешел к установлению количества стока сибирских рек. Прежде всего, использовав данные зарубежных литературных источников, он определил коэффициенты стока: сибирских рек: для равнинной части бассейна (высота до 200 м) — 0,3; для средней (до 500 м) — 0,4; для гористой (500— 1200 м и выше) — 0,6. С. А. Балакшин изложил в своей работе материалы, подтверждающие правильность выбора приведенных коэффициентов стока [8]. Учитывая коэффициенты стока и данные о количествах выпадающих осадков, он вычислил "объем стока по бассейнам рек Сибири и его распределение по высотам бассейнов".

Говоря об использовании высотных перепадов бассейна, С. А. Балакшин писал: "Полное падение или весь уклон использовать невозможно, некоторая часть его должна быть потеряна на движение воды к океану или на само перемещение ее". Ученый принял следующие уклоны поверхности рек (в мм), позволяющие воде естественно перемещаться к океану (на 1 км длины) для: гористого пояса — 120, для холмистого — 40; для равнинной части — 20. Далее он вычислил потери на естественное перемещение воды в речных бассейнах по отдельным поясам, определив для каждого из них средний уклон бассейна.

Полезной высотой падения отдельных поясов С. А. Балакшин считал для равнинной части бассейна — 100 м; средней — 300; гороистой — 700 м. Рассматривая - вопрос о применении количества стекающей воды, С. А. Балакшин указывал, что энергетические установки, действующие на водной энергии, строятся с расчетом на использование минимального количества воды при непрерывной работе в течение 12 месяцев в году или с расчетом полной нагрузки в период нескольких месяцев. Минимальный расход, наблюдаемый в реках обычно зимой, по мнению С. А. Балакшина, "составлял только часть среднего расхода реки".

По данным С. А. Балакшина, за 12 месяцев можно использовать годового стока (в %) для: гористой части бассейна — 15; средней части — 20; равнинной — 25. При этом он подсчитал, что наиболее оптимальное отношение расчетного расхода на ГЭС к минимальному равно двум. Следует сказать, что во всех расчетах С. А. Балакшин принимал коэффициент полезного действия гидравлических машин равным 90 %. Что касается общего коэффициента использования водных ресурсов, то он в расчетах С. А. Балакшина колебался от 10,5 до 45 %.

Мощность того или иного пояса бассейнов сибирских рек С. А. Балакшин находил по формуле

N = 1000QHη/75,

где N — мощность пояса, л. с.; Q — расход воды, стекающей с пояса, м³/с; Н — используемое падение пояса в пределах исследуемого контура над уровнем моря, м; η — коэффициент полезного действия гидравлических машин [⁴ По современной методике этот кпд принимается равным единице.]. Результаты определения потенциальных мощностей бассейнов рек Сибири даны в приложении (см. табл. 7). Здесь же следует сказать о выводе, к которому пришел С. А. Балакшин в итоге своих исследований. По его убеждению, в Сибири возможно использовать в течение 12 месяцев речные бассейны мощностью 38 000 МВт и в течение 9 месяцев — 75 000 МВт.

В работе "Запас водных сил Сибири" С. А. Балакшин показал, что Сибирь при гарантированных запасах водной энергии в размере 38 000 МВт занимает первое место в мире по запасам этого вида энергии (см. прил. табл. 8). Из имевшихся гарантированных гидроэнергоресурсов на 1 января 1922 г., подчеркивал ученый, Сибирь употребила лишь 0,2 %.

Данное исследование, как уже говорилось, стало первой попыткой научно осветить водноэнергетический кадастр Сибири. На основаниий этой работы появилась возможность наметить планы использования энергии сибирских рек для нужд народного хозяйства края. В этом непреходящее значение этого труда С. А. Балакшина. Как показала дальнейшая практика, предложения, высказанные С. А. Балакшиным, подтвердились и способствовали разработке плана строительства крупных сибирских гидроэлектростанций. В 1924 г. "Запасы водных сил Сибири" были представлены участникам Первой мировой энергетической конференции в Лондоне [23].

В работе "Вопросы энергетики Сибири" [18, 24] С. А. Балакшин высказал мысль о том, что странам, обладающим большими запасами водной энергии, принадлежит будущее. Исходя из этого, он в своей новой работе показал народнохозяйственные перспективы сибирского края, привел данные, характеризующие запасы всевозможных энергетических ресурсов на территории Сибири к 1930 г., наметил пути их применения в 30-е годы. (Под Сибирью он подразумевал часть СССР, расположенную от Уральского хребта на западе до Тихого океана на востоке и до среднеазиатских республик и государственной границы на юге.)