Шлюзование

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ НА ВОДНЫХ ПУТЯХ

На реках и их притоках, находящихся в естественном состоянии, гарантированные судоходные глубины уменьшаются вверх по течению. А плавать туда порой надо – многие промышленные центры и экономические районы расположены там, где возможности увеличения глубин дноуглубительными и прочими выправительными способами ограничены.

Иногда на реках встречаются порожистые участки или реки впадают в озера или вытекают из озер с тяжелым ветро-волновым режимом.

И наконец, бассейны рек, впадающих в разные моря, разделены водоразделами, через которые по естественным протокам не проплыть, это ограничивает возможности водной перевозки грузов.

Все эти причины вызывают необходимость создания искусственных водных путей.

В зависимости от назначения и характера искусственные водные пути разделяют на следующие виды:

· шлюзованные реки;

· обходные и подходные судоходные каналы;

· межбассейновые воднотранспортные соединения;

· водохранилища.

Шлюзование

Шлюзованием реки называется способ увеличения судоходных глубин возведением на реке ряда гидроузлов, повышающих в период навигации уровни воды в реке по сравнению с имевшимися в ее естественном состоянии. При этом преодоление судами сосредоточенных перепадов уровней воды осуществляется через входящие в состав гидроузлов судопропускные сооружения – судоходные шлюзы и судоподъемники.

В судоходных шлюзах суда переходят из верхнего бьефа в нижний и обратно через камеры, уровни воды в которых попеременно выравниваются с уровнями верхнего и нижнего бьефов.

В судоподъемниках камеры вместе с находящимися в них судами перемещают между уровнями воды в бьефах по наклонным путям или по вертикальным направляющим.

Каскады гидроузлов на судоходной реке возводят, как правило, не на всем ее протяжении. В нижнем течении рек, особенно в устьевых участках, судоходные глубины значительно возрастают, и необходимости шлюзования нет. Помимо этого, в районах реки, расположенных выше крупных экономических районов, нет необходимости обеспечивать большие объемы водных грузовых перевозок. Поэтому выше и ниже шлюзованных участков реки остаются свободные участки, на которых улучшение судоходных условий обеспечивается другими способами (дноуглублением, выправлением русла и т. п.).

При шлюзовании реки от каждого гидроузла вверх по реке распространяется подпор. При этом на всем шлюзованном участке глубины должны быть такими, чтобы подпор нижележащего гидроузла обеспечивал в нижнем бьефе вышележащего гидроузла заданные судоходные глубины. Река гидроузлами разделяется на ряд бьефов. Общая схема такого разделения зависит от характера намечаемого шлюзования, целей использования гидроузлов:

· шлюзование реки только в интересах транспорта – для улучшения судоходных условий;

· каскад гидроузлов предназначен для комплексного использования: в интересах водного транспорта, энергетики, мелиорации, водоснабжения и т. д.

В случаях, когда шлюзование проектируется только в транспортных целях, основным условием является только обеспечение заданных судоходных глубин в бьефах. Именно из этого условия и выбираются расстояния между гидроузлами, места их расположения. Обычно в таком случае реализуется низконапорный вариант шлюзования (рис.).

Низконапорный вариант шлюзования:

1 – кривая низких уровней воды; 2 – кривая высоких паводков

Наименьшие капиталовложения при строительстве и эксплуатационные затраты получаются, когда подпорные уровни гидроузлов не выходят из коренного русла и пойма не затопляется. Понятно, что это возможно, когда напоры на гидроузлы будут небольшими – обычно 2 – 6 м. В этом случае, во избежание затопления пойменных земель расходы высоких половодий пропускают при уровнях верхнего бьефа, близких к обычным (бытовым). При высоких и длительных половодьях иногда целесообразным оказывается пропускать суда через плотины без шлюзования. При этом применяют разборные плотины, и движение судов в период половодья осуществляется помимо шлюза, то есть, в этот период река находится в естественном состоянии. В меженное время плотину собирают и суда идут через шлюз. На зиму плотину вновь разбирают, поднимают или укладывают под воду во избежание повреждения льдом.

При строительстве низконапорных гидроузлов антропогенное воздействие на реку минимально. Такие гидроузлы построены на Северо-Двинской системе, Оке, Северском Донце, Дону и др.

Комплексное использование водных ресурсов в большинстве случаев более целесообразно. При этом реализуется высоконапорный вариант шлюзования. В этом случае строятся высоконапорные сооружения, поддерживающие подпор непрерывно с учетом перераспределения стока как в течение одного года, так и за многолетний период (рис.).

Высоконапорный вариант шлюзования:

1 – кривая низких уровней воды; 2 – кривая высоких паводков

При комплексном использовании водных ресурсов определяющим компонентом, как правило, является гидроэнергетика. Устройство гидроузлов (место расположения, емкость водохранилища, уровень бьефов и напор на гидроузел) определяются из условий достижения максимального энергоэкономического эффекта. При высоких напорах на гидроузел происходит затопление поймы, а иногда и надпойменных террас. Поэтому при проектировании таких гидроузлов следует учитывать размещение предполагаемых к затоплению сельскохозяйственных земель, промышленных объектов и населенных пунктов. Средненапорными комплексными гидроузлами с гидроэлектростанциями (ГЭС) осуществлено шлюзование рек Волга, Кама, Свирь, Днепр и др.

На рис. приведена схема Волжского и Волжско-Камского каскадов гидроузлов.

Волжский каскад энергетически-транспортных гидроузлов

Схема Волжско–Камского шлюзованного водного пути