книги из ГПНТБ / Земляновский, Д. К. Общая лоция внутренних водных путей учеб. пособие

за длинными глубокими плесами. Вода, выходя из озер и плесов, имеет температуру выше 0°. Незамерзающие полыньи встречают­ ся в местах с очень быстрым течением, обычно на порогах.

Полыньи наблюдаются в истоках Невы, Ангары, Свири, Вол­ хова и других рек. Например, в истоке Ангары до постройки Ир­ кутской ГЭС полыньи имели протяженность от 30 до 180 км. В полыньях, находящихся перед затонами, накапливается шуга, заполняющая все свободное пространство между корпусами су­ дов, дном и берегами. Чтобы ликвидировать образование донного льда, полынью закрывают хворостяными щитами.

После ледостава под влиянием низких температур воздуха толщина ледяного покрова продолжает расти. Чем больше период низких температур, тем больше толщина льда. Снежный покров, обладая малой теплопроводностью, замедляет этот процесс. Чем выше снежный покров, тем медленнее нарастает лед. Толщина льда на одном и том же участке, в местах, где мало снега, может быть на 0,2—0,5 м больше, чем в местах, где слой снега толще. Кроме того, толщина льда зависит от скорости течения и притока грунтовых вод. При большой скорости течения толщина льда меньше. В тихих протоках лед почти в два раза толще, чем в главном русле. На плесах лед толще, а на перекатах тоньше. Объясняется это тем, что на перекатах степень турбулентности потока больше, чем на плесах. Подходя к перекату, поток интен­ сивно перемешивается. Общая температура потока на перекате становится несколько выше 0° С. При такой температуре воды за­ медляется процесс намерзания льда, иногда даже образуются по­ лыньи.

На реках СССР толщина ледяного покрова достигает 0,5 м в южных районах и 2 ж в северных.

Различают статическое и динамическое давление льда на бере­ га, гидротехнические сооружения и суда. Статическое возникает при изменении температуры воздуха, вызывающем расширение или сжатие ледяного покрова. Динамическое давление связано с движением ледяных масс по течению и с колебаниями уровней воды.

Давление ледяного покрова зависит от толщины льда, длины ледяного поля, амплитуды колебаний уровня воды и т. д. Вели­ чина статического давления в условиях южных рек составляет 10—30 т/пог. м, в условиях северных рек 40—60 т/пог. м. Вели­ чина динамического давления зависит от массы и скорости дви­ жения льдин.

Наиболее опасно для судов и сооружений давление льда во время весеннего ледохода, когда идут льдины больших размеров. При подвижках льда и ледоходах на берегах северных рек нагро­ мождаются ледяные глыбы высотой более 10 м. Они могут повре­ дить стоящие у берега суда и береговые сооружения.

Серьезную опасность для сооружений представляет вертикаль­ ное давление примерзшего к ним ледяного покрова при колеба­ ниях уровня воды. При повышении уровня ледяной покров давит

121

снизу вверх, а при понижении — сверху вниз. Давление длится до тех пора пока не разрушится лед вокруг сооружения или оно само. Вертикальное давление особенно опасно для отдельно стоящих сооружений. Известны случаи, когда выдергивались сваи, выво­ рачивались камни из устоев моста и т. д.

Процесс вскрытия рек. Весной, с наступлением положитель­ ных температур, начинается таяние снегового покрова и льда сверху. Талые воды с берегов стекают в реку, вызывая увеличение расхода воды и скорости течения. Уровень воды повышается. Температура воды в реке увеличивается, а это вызывает таяние льда снизу. В связи с поступлением в реку талых вод лед быстрее всего тает у берегов, образуются полосы, свободные ото льда, на­ зываемые з а к р а и н а м и . При дальнейшем подъеме уровня ле­ дяной покров отрывается от берегов. Под влиянием течения воды происходит п о д в и ж к а л ь д а , т. е. перемещение всего ледяного покрова вниз по течению. Подвижек может быть несколько. Они опасны для судов и сооружений в русле, так как могут повредить и даже разрушить их. Чтобы предотвратить это, лед около них за­ ранее окалывают. В результате подвижек в ледяном покрове по­

воды, при этом ледяной покров ломается на отдельные льдины, приходящие под воздействием течения в движение. Так начинается в е с е н н и й л е д о х о д . Льдины разбиваются на более мелкие, выносятся в море, озеро или другую реку, выталкиваются на бе­ рега и там тают.

На реках, вытекающих из озер (Свирь, Нева и т. д.), бывает обычно два весенних ледохода; при первом река очищается от своего льда, при втором несет лед из озера.

В устьевых участках рек весной основное значение приобре­ тает тепло речных вод, воздуха и солнечной радиации. Динамиче­ ская сила потока играет второстепенную роль. В воронкообразных устьях (Обь, Енисей, Хатанга, Анабара и т. д.) под воздействием тепла речных вод лед тает на месте, а его кромка отступает в сторону моря. Перед районом чистой воды здесь наблюдается не­ большой взлом ледяного покрова, а по чистой воде с реки идет

мелкий лед.

В устьях с островными и многорукавными дельтами (Лена, Яна, Индигирка и т. д.) речной поток разрушает ледяной покров на незначительном расстоянии по всему морскому краю дельты и затопляет лед, смерзшийся с грунтом.

Вскрытие рек, текущих с севера на юг, протекает относительно спокойно. При наступлении теплой погоды и при подъеме уровня воды в низовье ледяной покров разрушается. Ледоход проходит сначала в низовье, и лед идет уже по вскрывшейся реке. Такой вид ледохода бывает на Днепре, Волге и др.

Реки, текущие с юга на север, вскрываются при прочном льде под воздействием паводка, идущего сверху. Ледоход бурный, со­

122

провождается большим нагромождением льда на берегах и ча­ стыми заторами. Иногда паводок не может взломать ледяной по­ кров, и вода идет поверх льда. Такое вскрытие характерно для северных рек европейской части СССР и рек Сибири.

Заторы. При ледоходе в русле перед каким-либо препятст­ вием— крутым изгибом, перекатом, островом нередко нагромож­ даются льдины.

Лед затора забивает все живое сечение реки до дна. Особен­ но часто наблюдаются и достигают значительных размеров за­ торы весной.

Заторы вызывают большой (до 10 ж в сутки) подъем воды. Уровень поднимается до тех пор, пока давлением воды затор не будет прорван. Ниже затора уровень резко снижается. Иногда ре­ ка уходит в сторону от затора, разрабатывая себе новый ход, на­ зываемый п р о р в о й .

Заторы опасны для отстоя флота, гидросооружений и населен­ ных пунктов. Когда уровень поднимается выше затора, образует­ ся обратное течение. Подхваченный течением лед входит в затон и повреждает суда. Наиболее опасен момент прорыва затора, когда вода и лед с большой скоростью устремляются вниз, сме­ тая все на своем пути. Суда, находящиеся выше затора над за­ топленной поймой, могут обсохнуть на ней при прорыве затора из-за быстрого спада воды. На некоторых сибирских реках (Ени­ сее, Ангаре, Лене) заторы носят подчас катастрофический ха­ рактер.

Заторы ликвидируют при помощи взрывных работ, бомбарди­ ровок, а также с помощью ледоколов.

Зимний режим в нижних бьефах. Осенний ледоход в нижних бьефах наступает на 2—3 дня позже, чем до создания водохра­ нилища. Ледостав часто сопровождается заторами и подъемом уровня воды. Ледяной покров увеличивает гидравлическое сопро­ тивление водного потока, поэтому при одинаковом расходе подъем уровня зимой больше, чем летом, в 1,5—2 раза. Из водохранилища поступает вода с положительной температурой, поэтому ниже ГЭС образуются полыньи (например, ниже Иваньковского водо­ хранилища полынья обычно имеет длину 25 км, ниже Рыбинско­ го — от 3 до 20 км). При понижении температуры воздуха полынья может послужить причиной образования большого количе­ ства донного льда и зажоров на нижележащих участках. Если ни­ же плотины в результате попусков воды скорость равна или больше 1—1,5 м/сек в южных районах, 2 м/сек — в средней по­ лосе и 3 м/сек — в северной полосе, то ледяной покров не обра­ зуется.

Начало весеннего ледохода наступает несколько позднее, чем на реке, находящейся в естественном состоянии.

Судоходные каналы, вследствие малой скорости течения, бы­ стро покрываются льдом, а вскрываются медленно. Для более раннего наступления ледохода попуск воды в нижний бьеф уве­ личивают.

123

ликов льда и снега, попадающих в поверхностный слой). Блинча­

сильном ветре забереги взламываются и, нагромождаясь на бере­ га, приобретают торосистый вид. Постепенно забереги увеличи­ ваются и образуют п р и п а й .

Во время прибоя оледеневшая вода создает на охлажденных берегах и скалах н а п л е с к и . В это же время на отмелых бере­ гах или заберегах возникают л е д я н ы е в а л ы высотой 1—3 м и ледяные шары, образующиеся при окатывании волнами гальки или шуги.

При дальнейшем охлаждении озера забереги растут, к ним примерзают сало и льдины и, наконец, озеро покрывается льдом.

На небольших озерах в тихую погоду лед может быстро рас­ пространиться от берегов к середине, и озеро даже за одну ночь способно покрыться гладким льдом. Средние и большие мелко­ водные озера замерзают на 3—20 суток. Центральная часть круп­ ных глубоких озер длительное время остается свободной ото льда, а в некоторые годы не замерзает совсем (Ладожское и Онежское озера).

При ветре, длительное время дующем в одном направлении, льдины становятся торчком, образуя торосы высотой до 3 м.

Ледовый режим. Во время ледостава происходит нарастание ледяного покрова, зависящее от температуры воздуха и слоя сне­ гового покрова. Интенсивно этот процесс идет в первые 2—3 дека­ ды после ледостава, а затем замедляется из-за малой теплопро­ водности льда.

Снег замедляет образование льда. При большом количестве снега лед погружается в воду, дает трещины, по которым вода вы­ ступает на поверхность и замерзает вместе со снегом, образуя « н а е л уд». Толщина льда на водохранилищах европейской части

СССР 0,5—1,1 м, на водохранилищах Сибири 1,0—1,5 м.

Резкие колебания температуры вызывают в ледяном покрове температурные напряжения, приводящие к разрыву льда и появ­ лению трещин шириной до 1 ж и более. При похолодании на верх­ ний слой льда действует сила сжатия, и ледяной покров стремится изогнуться вниз. При потеплении происходит обратное, и ледяной

124

покров выгибается вверх, причем лед на десятки километров мо­ жет вспучиться на 2 ж в высоту.

Трещины возникают и при колебаниях уровня. При пониже­ нии уровня происходит оседание льда на берегах и разрывы ле­ дяного поля.

На крупных озерах ветер нередко разрывает ледяной покров, и льдины затем дрейфуют по свободной части озера.

Вскрытие озер и водохранилищ. Весной, с повышением темпе­ ратуры воздуха, начинается таяние снега и ледяного покрова. Когда снег сойдет, верхний слой воды делается теплее и проис­ ходит сильное таяние льда внизу. Снизу стаивает 'Д—7з толщи­ ны льда. Так, на Цимлянском водохранилище до вскрытия тол-'

лых вод и подъем уровня озера. Лед отрывается от берегов, воз­ никают з а к р а и н ы шириной до 1—2 км.

Под действием ветра лед взламывается и льдины плавают по озеру, постепенно разрушаясь и тая. Большие массы льда вытал­ киваются на берега, образуются завалы высотой в несколько мет­ ров. На водохранилищах часть льда сбрасывается через плотину.

Вскрытие и очищение происходят раньше всего в устье и в истоке реки. Вскрытие водохранилища начинается сверху в зоне выклинивания подпорного уровня и носит здесь чисто речной ха­ рактер. Между вскрытием и очищением ото льда проходит значи­ тельный промежуток времени (например, на Ладожском озере в

осеннего ледохода. Ф а к т и ч е с к а я , или э к с п л у а т а ц и о н ­ н а я длительность навигации — продолжительность работы транс­ портного флота.

Средняя продолжительность физической навигации зависит от климатических и гидрологических особенностей реки. Навигация на реках страны длится от 112—145 суток (на Колыме) до 300 су­ ток (на Кубани). На водохранилищах физическая навигация мень­ ше, чем на реке. Водохранилище обычно замерзает на 8—10 дней раньше и вскрывается на Ш—15 дней позже, чем река.

Очень важно бывает продлить навигационный период. Осуще­ ствляют это применением ледокольного флота; сбросом из боль­ ших водохранилищ в нижний бьеф воды с температурой выше 0°; использованием теплых вод, сбрасываемых предприятиями, а так­ же при помощи золы, шлака, торфа и т. д., разбрасываемых вес­ ной по льду с целью ускорить его таяние. В последнее время ве­ дутся работы по освоению нового способа: с глубины водоема к поверхности льда подают воду температурой выше 0°. Подъем осуществляется при посредстве сжатого воздуха, пропускаемого через трубы с отверстиями.

Наиболее эффективный способ — использование ледокольных судов.

125

§ 26. З А Т О Н Ы И З И М О В К И

Основные виды. Для зимней стоянки судов служат защи­ щенные от ледохода затоны, которые располагают в глубоких есте­ ственных заливах, протоках, старицах и т. д. Затоны, не вполне удовлетворяющие требованиям безопасного отстоя флота, улуч­ шают искусственно (углубляют, строят ледозащитные дамбы, устанавливают ледорезы и т. п.). В затонах устраивают судоре­ монтные мастерские и заводы. Иногда при внезапно наступившем ледоходе или в случае, если судно запоздало зайти в затон, а также при невозможности разместить все суда в затоне для зим­ него отстоя флота используют случайные или неприспособленные отстойные пункты, называемые з и м о в к а м и . Под зимовку ста­ раются выбрать безопасные для отстоя судов места, расположен­ ные по возможности ближе к населенному пункту.

Рассмотрим основные виды затонов и зимовок.

З а т о н в с т а р о м р у с л е у к о р е н н о г о б е р е г а . Затон имеет весной достаточную глубину, так как течение, идущее через пойму, очищает его от наносов, накопленных во время межени. При весеннем ледоходе в затон через остатки старого русла в пой­ ме может войти крупный лед. Для защиты затона 1 строят ледо­

и акватории затона. Если выше затона старое русло полностью занесено и пойма покрыта лесом, то лед не попадает в затон. Если же старое русло находится в верхней части затона, лед мо­ жет пойти в затон и для защиты строят ледозащитные сооруже­ ния.

З а т о н з а о с т р о в о м и д а м б о й (рис. 58, в). Для созда­ ния затона протоку около приверха или середины острова перего­ раживают дамбой, соединяющей остров с коренным берегом. Обыч­ но требуется систематическая очистка водной площади затона от наносов, особенно в ухвостье острова. В большинстве случаев

126

судам обеспечивается безопасный отстой. Колебаний уровня воды

тон в аванпорту благоустроен и безопасен для зимнего отстоя судов. Вход в залив на водохранилищах обычно мелководен, по­ этому при сработке он обсыхает и создается естественная защита акватории. Затоны на водохранилищах в нужных случаях ограж­ дают дамбами и другими сооружениями. Акватории затонов за­ носятся наносами, поэтому требуют периодической расчистки. Отстой флота осложняется колебаниями уровня воды.

З а т о н в н и ж н е м б ь е ф е ГЭС. Условия отстоя судов в таких затонах неблагоприятны из-за систематических колебаний уровня воды. Если ниже гидроузла находятся крупные затоны, для ГЭС устанавливают минимальные попуски воды, при которых

удобных отстойных пунктов затоны иногда устраивают в устье притока. Глубина таких затонов недостаточна, они маловмести­ тельны и небезопасны во время ледохода, тем более, что на при­ токах он бывает раньше, чем на главной реке. Более безопасны затоны этого вида, когда выше находятся мосты или ледорезы.

З и м о в к а в р у с л е за д а м б о й (рис. 59, б).. При отсут­ ствии хороших природных затонов или недостаточной вместимости основного затона часть судов зимует за дамбой, устроенной в рус­ ле. Эта зимовка вместительна, с достаточной глубиной, но очень опасна при весеннем ледоходе. Высота дамбы должна быть не менее, чем высота уровня, при котором проходит ледоход. Дамба может быть постоянной, но чаще ее делают из снега и льда или заменяют ледорезами. В некоторых случаях с помощью длинных дамб из нарефулированного грунта в русле выгораживают зато­ ны большой площади.

127

уйти в затон или не могут там поместиться. Суда устанавливают в открытом русле и строят на берегу дамбу, под защиту которой весной с прибылью воды и образованием достаточной глубины по­ степенно подтягивают суда. По мере окончания ледохода и сни­

Это обычно вынужденная зимовка. Суда для защиты от осеннего ледохода размещают около устья речки или оврага под косой. Ве­ сенний ледоход на притоке проходит раньше, поэтому в него за­ водят суда при прибыли воды. Зимовки, как правило, имеют не­

В других случаях суда поджимают к берегу. При убыли воды они обсыхают. Если берег вязкий и илистый, под днище подводят ровные бревна.

Влияние ледяного покрова на зимующие суда. Судно, прочно вмерзшее в ледяной покров, вос­ принимает все возникающие во льду напряжения.

При понижении уровня воды ледяной покров, примерзший к берегам, проседает, изгибается и испытывает большие напряже­

ния, передающиеся на корпус судна. В связи с этим между ледя­ ной плитой затона и берегом прокладывают сухую борозду.

При резком изменении температуры воздуха ледяной покров сжимается или расширяется и в нем возникают температурные напряжения, также передающиеся корпусу судна.

Во льду под корпусом у судна, стоящего на зимовке, образу­ ется ледяная чаша. Чаша, обладающая плавучестью, создает до­ полнительную подъемную силу. Окружающий судно лед сопротив­ ляется его подъему, в результате чего в корпусе могут также воз­ никнуть дополнительные напряжения. Для предохранения судна лед вокруг него окалывают.

Защита зимующих судов от ледохода. Простейший вид защи­ ты судов от ледохода при зимовке в русле — отделение площади, занимаемой судами, от общего ледяного покрова сплошной бороз­ дой. Лед, проходя мимо, скользит по кромке борозды, не затраги­ вая зимующих судов.

Весной река освобождается ото льда раньше, чем затон. Под­ вижка льда может захватить ледяную плиту затона и вынести ее вместе с судами. Поэтому к моменту подвижки ледяная плита за­ тона должна быть отделена бороздой от общего ледяного покро­ ва реки.

Для защиты судов иногда устраивают ледяные или снеговые дамбы.

128

При ледоходе для судов опасны удары крупных льдин. Для уменьшения их размеров применяют ледорезы. Крупная льдина, встречая ледорез и налезая на него, разламывается. Ледорезы (рис. 60) обычно ставят группами, на расстоянии 5—6 м один от другого. Размеры ледорезов зависят от уровней весеннего ледо­ хода. Кроме ледорезов, применяют также свайные кусты и за­ пани.

§ 2 7 . ТРАНСПОРТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВНУТРЕННИХ

ВОДНЫХ ПУТЕЙ

Классификация. Е с т е с т в е н н ы м и водными путями считаются озера и реки в свободном состоянии или с гидротехни­ ческими сооружениями, построенными для регулирования стока и почти не изменяющими их режима (Амур, Лена, Енисей, Обь, Иртыш, Печора, Урал, Северная Двина, Нева, Вятка, Белая и др.).

И с к у с с т в е н н ы м и водными путями считаются каналы и водохранилища, а также реки с гидротехническими сооружения­ ми, построенными для регулирования стока и создающими подпор почти на всем протяжении пути (Волга, Днепр, Кама, Дон и Др.).

По путевым условиям в зависимости от средней навигационной глубины судового хода внутренние водные пути делятся на клас­ сы (табл. 15).

Габариты судоходных путей. Для движения судов , и плотов по реке, озеру или водохранилищу выделяется обычно наиболее глу­

глубиной, шириной, радиусом закруглений, подмостовыми габари­ тами, высотой проводов воздушных электролиний и габаритами шлюзов. От габаритов судового хода во многом зависит степень использования грузоподъемности и мощности судов.

На водных путях есть участки с наименьшими габаритами пу­ ти: некоторые перекаты, пороги, изгибы русла, мосты, шлюзы. Та­ кие участки, ограничивающие размеры и осадку судовых составов, называются л и м и т и р у ю щ и м и . Например, у крупных рек на большей части пути глубина бывает 5—20 м, а на перекатах она может снижаться до 2 ж и даже до меньшей величины.

Наименьшие габариты отдельных участков иногда называются н о р м и р у ю щ и м и (например, нормирующий радиус изгиба, нормирующая глубина и т. д.). При установлении осадки и раз­ мера судовых составов обычно исходят из габаритов лимитирую­ щих участков, если перед ними не предусмотрено переформиро­ вание состава.

Г л у б и н а с у д о в о г о х о д а . В зависимости от нее суда грузят в пределах их осадки так, чтобы был выдержан установ­ ленный запас воды под днищем. Величины запаса воды, зависящие от вида движения, типа судна, характера грунта дна и рода пере­ возимого груза, приведены в «Правилах плавания по внутренним судоходным путям РСФСР». Величина запаса дана для случаев, когда судно не имеет хода. Для рек и каналов запас находится в пределах от 5 до 30 см, а для шлюзов — от 10 до 40 см. Запас воды на озерах и водохранилищах устанавливается с учетом вол­ нения.

Ш и р и н а с у д о в о г о хода . Ею определяется ширина со­ става судов при однопутном или двухпутном движении.

Для рек и водохранилищ расстояние между бортами встреч­ ных составов должно быть наибольшим и для отдельных участ­

В каналах общий запас по ширине (расстояние между бор­ тами судов или составов плюс расстояние между судами и отко­

при повороте не выходило за кромки судового хода, необходимо, чтобы он имел на криволинейных участках достаточно пологий изгиб либо габариты судна или состава должны соответствовать повороту. В соответствии с Правилами плавания длина одиночных судов при движении в обоих направлениях должна быть в 3 раза меньше нормирующих радиусов закруглений. Длина составов, уча­ ленных жестким счалом, как правило, при следовании вниз долж­

возвышение нижней точки фермы моста над наивысшим расчет­ ным уровнем воды и ширина судоходного пролета между опора­ ми. При строительстве моста его подмостовые габариты устанав­ ливают в зависимости от категории реки и гарантированных глубин по нормам проектирования мостов. Так, например, при глу­

130