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

один от другого, железобетонные или деревянные эстакады, стен­ ки или удерживаемые цепями понтоны.

Для швартовки судов, ожидающих шлюзования, предназна­ чаются п р и ч а л ы 6 (см. рис. 8). Большинство из них представ­ ляет собой железобетонную стенку с причальными тумбами.

Причальные устройства в камере шлюза нужны в связи с тем, что при наполнении в ней создается беспорядочное течение воды, под воздействием которого судно движется в разные стороны. Для предотвращения аварии судну необходимо надежно ошвар­ товаться.

рого надевается на тумбу. По мере наполнения камеры трос под­ бирают, а при опорожнении, наоборот, потравливают.

Рис. 40

Неподвижные рымы (рис. 40, а) в стенках камеры устраивают для того, чтобы при подъеме и опускании судна швартовные тро­ сы можно было перекладывать с рыма на рым, когда они не ис­ пытывают натяжения. Рымы применяют лишь для учалки мелких судов, так как перекладывать тросы больших судов трудно. По высоте камеры рымы располагают не реже чем через 1,5 м. Они имеются и на подходах к шлюзам у причальных стенок.

Зачалка за тумбы возможна в шлюзах с напором до 6—7 м. При большем напоре применяют подвижные причальные устрой­ ства — п л а в у ч и е ил и м е х а н и ч е с к и е рымы.

Механический рым представляет собой тележку с причаль­ ным крюком, двигающуюся при помощи лебедки по вертикаль­ ным рельсам в нише стенки камеры соответственно изменению положения уровня воды. Плавучий рым 1 —- это большой цилинд­ рический поплавок, который поднимается и опускается вместе с уровнем воды в специальной шахте 2 в стенке камеры. В верхней части поплавка прикреплен трос или крюк 3, за который швар­ туются суда (рис. 40,6).

Для сообщения между судами и стенкой шлюза в нишах ка­ меры шлюза устанавливают л е с т н и ц ы - с т р е м я н к и . Сигна­ лы подаются с помощью светофоров. Словесные распоряжения передают на суда через громкоговорители.

70

Процесс шлюзования судов. Суда пропускают через шлюз круглосуточно.

Пропуск судна при движении его снизу вверх состоит из сле­

да судна из шлюза (10 мин). Пропуск одного судна продолжает­ ся от 25 до 35 мин. При движении судна сверху вниз операции выполняются в обратном порядке.

Несамоходные суда и плоты чаще всего проводит через шлюз сам буксировщик или специальные рейдовые буксиры. В неко­ торых случаях применяется береговая тяга. Например, на Кам­ ском гидроузле плоты проводят электровозы, передвигающиеся по рельсам параллельно шлюзу.

Управление механизмами ворот и затворами водопроводных галерей на шлюзах дистанционное, осуществляется с одного пуль­ та управления.

При наполнении камер шлюзов происходит беспорядочное движение воды, со значительными уклонами, течениями и водо­ воротами. Величина уклонов и скоростей течения в камере во многом зависит от скорости открывания затворов водопровод­ ных галерей или подъема ворот. Для уменьшения скоростей те­ чения применяют ступенчатое открытие затворов. Особенно боль­ шие скорости течения возникают при наполнении камеры через ворота верхней головы.

В начале наполнения камеры в ней создается продольный ук­ лон поверхности воды от верхней головы к нижней. По мере на­ полнения камеры уклон приобретает направление от нижней го­ ловы к верхней. При головных системах питания шлюзов первое прцложение силы гидродинамического давления к судну насту­ пает тогда, когда первый фронт волны, пройдя судно и отразив­ шись от нижних ворот, вернется опять к корме. Причем первая волна поднимает носовую часть судна. Двигаясь дальше вдоль судна к верхней голове, волна уменьшает созданный уклоном дифферент судна.

Кроме силы отгона, на судно действуют еще две силы — оттал­

ного) действия потока, наполняющего камеру. Сила подсасыва­ ния направлена к верхней голове.

В первый период судно смещается к нижней голове, и кормо­ вой трос провисает. Затем оно смещается от нижней головы к верхней, при этом слабина кормового троса уменьшается.

При смещении судна тросы испытывают столь большую на­ грузку (сильные рывки), что иногда обрываются. Величина уси­ лия в тросах зависит от водоизмещения судна. Например, в Куйбышевских шлюзах при водоизмещении судов 3 тыс. т усилия в тросах достигают 9 г, а при 6—7 тыс. т— 12—18 т.

71

При опорожнении в камерах создается продольный уклон по­ верхности воды от верхней головы к нижней. В конце опорожне­ ния уклон получает направление от нижней головы к верхней, из-за инерционного понижения воды в камере по сравнению с уровнем воды в канале нижнего бьефа.

Особенно сильно возрастает величина обратного уклона в связи с интенсивным приростом уровня в нижнем бьефе при опо­ рожнении параллельной камеры и под действием волны, отра­ женной от стороны канала. При опорожнении шлюзов тросы су­ дов водоизмещением 3—7 тыс. т испытывают усилия 5—12 т. Чтобы уменьшить перемещение судов в камере, работают маши­ нами. Например, плоты при опорожнении смещаются в сторону нижней головы, поэтому буксир разворачивается на 180° и рабо­ тает винтом, сдерживая навал плота на нижнюю голову. В кон­ це опорожнения плот интенсивно движется в сторону верхней головы. Поэтому буксир начинает работать винтом в обратную сторону, чтобы предотвратить навал плота на верхние ворота.

Подходные каналы. Для подхода судов к шлюзу со стороны верхнего и нижнего бьефов делаются подходные каналы. Обыч­ но канал верхнего бьефа короткий, созданный дамбами, располо­ женными на акватории аванпорта шлюза. Каналы нижнего бьефа имеют значительное протяжение. Например, подходной канал нижнего бьефа, выходящий в реку у шлюзов Горьковской ГЭС, имеет протяжение 3,2 км, а у Куйбышевской ГЭС — около 6,7 км. Для швартовки судов и плотов, ожидающих шлюзования, в под­ ходных каналах возводятся причальные сооружения (см. рис. 38).

При опорожнении камеры шлюза в низовом подходном кана­ ле возникает волна попуска. Подойдя к устью канала и отразив­ шись от русла реки, она трансформируется в обратную волну, которая, достигнув шлюза, отражается от его головы и превра­ щается снова в волну, идущую к устью. Таким образом, проис­ ходит несколько отражений, с каждым из которых высота волны

искорость ее перемещения убывают.

Вдлинных каналах первая отраженная волна приходит к шлюзу после его опорожнения. Например, у нижних голов су­ доходных шлюзов Волжской гидроэлектростанции имени В. И. Ле­

нина при опорожнении камеры уровень повышается на 25—40 см и понижается при возвращении отраженной волны на 15—20 см\ общая амплитуда колебания составляет 40—60 см. В нижнем канале Горьковского гидроузла при одновременном опорожнении

между шлюзами Цимлянского гидроузла амплитуда колебания достигает 50 см.

В разъездных бьефах, имеющих большую ширину, например, на Горьковском гидроузле, волновые колебания не превыша­ ют 15 см.

72

При малом запасе глубины на пороге (например, у Цимлян­ ского шлюза) в результате волновых колебаний судно может удариться о голову шлюза.

Высота волн hB, образующихся в нижнем канале гидроузла,

швартовах, достигающие 15 т, наблюдаются во время прохожде­ ния мимо судна наибольшего расхода воды. После прохождения гребня волны попуска судно попадает на обратный скат волны и в этот момент начинает смещаться в противоположную сторону.

Обычно ось судового хода на выходе канала в реку сопря­ гается с направлением течения реки под углом, не превышающим 25°. При этом плечо берега и голова стрелки закругляются, что удобно для входа и выхода судов. При повышении уровней, вы­ зываемых попусками через плотину гидростанции, вода реки огибает стрелку, круто поворачивает и заходит в канал. В связи с этим в районе стрелки иногда возникает суводь и свальное те­ чение.

Внижних каналах в первые годы эксплуатации шлюза интен­ сивно оседают наносы, затем объем их на входном участке умень­ шается. Некоторое количество наносов с отраженной волной рас­ пространяется по каналу до самого шлюза.

Вполоводье через турбины ГЭС и водосливную часть плоти­

ны сбрасывается большое количество воды, и при выходе кана­ ла в русло наблюдается большая скорость течения. Продольная скорость течения достигает 2 м/сек и более, а поперечная состав­ ляющая этой скорости — 0,3 м/сек и больше.

Поперечные течения, направленные к берегу, усложняют вход судов в канал и выход из него. У выхода канала в реку и в не­ посредственной близости от плотины создается сильный волнобой, который вызывает рыскливость и качку судов и может при­ вести к деформации корпуса и рулей. Например, у Волжской ГЭС

73

Потоки воды, создающиеся при выходе судна из камеры шлю­ за, воздействуют на суда, входящие во вторую камеру или стоя­ щие у причала в ожидании шлюзования. При этом, если рассто­ яние между шлюзами небольшое, у судов возникает сила «при­ сасывания» (например, на нижних шлюзах Горьковской ГЭС, расстояние между которыми равно 26 м ).

Выходя из камеры шлюза, судно обычно развивает относи­ тельно большой ход. Перед судном образуются волны и повыша­ ется уровень, а у берегов понижается. Одновременно создается течение, направленное в сторону, противоположную движению судна. Скорость потока в воротах шлюза при прохождении судна определяется по формуле

Из формулы (17) видно, что чем выше скорость и больше во­ доизмещение судна, тем больше скорость потока, направленного в камеру. При небольшом расстоянии между камерами течение, создаваемое движением судна, распространяется по всей ширине подходного канала. Пренебрежение учетом этого течения приво­ дит к навалам и ударам судов об откос и причалы.

Движущееся судно оказывает влияние и на суда, стоящие у причала на подходе к шлюзу. Смещение судна вызывает большие нагрузки на швартовы.

Заходить в шлюз и выходить из него необходимо, понизив скорость настолько, чтобы судно сохранило управляемость.

Судоподъемники. Иногда вместо шлюзов строят судоподъем­ ники, вертикальные или наклонные.

У одного типа вертикальных судоподъемников камера с суд­ ном поднимается и опускается при помощи тросов в специальном металлическом каркасном сооружении. У другого — камера пере­ мещается при помощи мощных штоков или поплавков силой дав­ ления воды, заполняющей вертикальные шахты.

При большом напоре строительство вертикальных судоподъ­ емников экономически нецелесообразно. Наиболее крупный вер­ тикальный судоподъемник существует в ГДР, он поднимает суда на высоту 36 м. В СССР вертикальных судоподъемников нет.

Вближайшее время возле Красноярского гидроузла будет введен в действие наклонный судоподъемник, при помощи кото­ рого суда смогут преодолевать высоту более 100 м.

Всостав наклонного судоподъемника входят верховые и ни­ зовые судовозные пути, поворотное устройство, судовозная ка­ мера косякового типа, троллейная сеть, волнозащитные, причаль­ ные и другие сооружения.

74

Судовозные пути 1 (рис. 41, а) представляют собой рельсы с

лезная длина камеры 90 м, ширина 18 м, глубина воды в камере при заводке судна 2,5 м, при движении 2,2 м.

Судно заходит в камеру через ворота, которые имеют сегмент­ ный затвор 3, опускаемый в нишу. Входная часть снабжена кри­ волинейными палами. Энергопитание механизмов 6 осуществля­ ется через троллейную сеть 4 и токосъемники 7. Центральный пост управления находится в отдельном здании.

а)

Z

1

Поворотное устройство 10 (рис. 41,6), находящееся на водо­ разделе, представляет собой стальную наклонную трехопорную балку 11, которая в определенном положении составляет про­ должение верхового 1 или низового 12 судовозного пути. Пово­ ротная балка 11, вращаясь вокруг вертикальной оси на централь­ ной опоре 14, обеспечивает поворот камеры с судном в направ­ лении предстоящего спуска по судовозному пути. Центральная опора 14 поворотного устройства снабжена роликовыми подшип­ никами 15, а каждая концевая опора 9 — тележками, опирающи­ мися на круговую раму 16 и 13.

Пропуск судов через судоподъемник осуществляется следую­ щим образом. Судовозная камера вместе с судном опускается в воду. Через открывающиеся ворота в камеру из бьефа поступает дополнительное количество воды, увеличивающее глубину с 2,2 до 2,5 м, и судно выходит из камеры.

После захода встречного судна, закрытия ворот и слива из­ лишней воды камера поднимается вверх и накатывается на на­ клонные балки поворотного устройства. Затем она разворачива­

75

ется и занимает такое положение, при котором наклонные балки являются продолжением противоположных судовозных путей, а входной торец камеры обращен в сторону спуска. После этого камера спускается до входа в воду другого бьефа. Продолжи­ тельность одного полного двустороннего цикла 80—90 мин.

Маневрирование судов при входе в камеру и выходе из нее имеет определенные трудности, в частности то, что судно должно выходить из камеры или входить в нее задним ходом.

§ 16. НИЖНИЙ БЬЕФ ГИДРОУЗЛА

Регулирование стока. В течение года сток рек неравно­ мерен. Во время половодий и паводков вода идет в большом ко­ личестве и почти не используется. В меженный же период из-за малых расходов воды глубина нередко становится недостаточной для судоходства, ухудшается водоснабжение городов и орошение полей.

Для лучшего и планомерного использования водных ресур­ сов сток рек регулируют. Для этого на реке строят плотину, выше которой создают водохранилище, где в весеннее половодье и во время паводков скапливается вода, которую используют затем по

пользуют в маловодные периоды года. В многоводные годы при полном наполнении водохранилища излишнюю часть воды сбра­ сывают через плотину. Годовое регулирование стока имеет боль­ шинство ГЭС: Волгоградская, Горьковская, Новосибирская, Куй­

что в многоводные годы вода накапливается, а в маловодные го­ ды ее расходуют. Многолетнее регулирование стока предусмот­ рено на Цимлянской, Иркутской и Бухтарминской ГЭС.

Н е д е л ь н о е и с у т о ч н о е регулирование. Электроэнергия потребляется неравномерно, следовательно, неравномерен и сток, потребный для выработки ее.

Недельное регулирование обусловлено неравномерным пот­ реблением электроэнергии в течение недели (так, в воскресные дни потребление электроэнергии наименьшее). При этом виде ре­ гулирования накопленная за воскресный день вода расходуется в течение недели, сток воды в нижнем бьефе будет поэтому не­ равномерным.

Суточное регулирование связано с неравномерным потребле­ нием электроэнергии в течение суток. Наибольшее потребление — днем, когда работают предприятия, а наименьшее-— ночью и в предутренние часы. В период наибольшего потребления электро­ энергии на гидроэлектростанции работают все турбины и в ниж­ ний бьеф поступает большое количество воды. При наименьшем

76

потреблении часть турбин останавливают, в водохранилище в это время накапливается вода, поэтому количество воды, поступаю­ щей в нижний бьеф, сокращается.

Недельное и суточное регулирование, зависящее от энергети­ ческой нагрузки, применяется на гидроузлах, рассчитанных на годовое и многолетнее регулирование стока.

Регулирование стока уменьшает весенний подъем уровня и повышает меженный уровень воды в нижнем бьефе. На рис. 42 показаны графики уровня воды на Волге у Ярославля до (1936 г.) и после (1942 г.) создания Рыбинского водохранилища.

ют колебание уровня и пере­ формирование русла в ниж­ нем бьефе, заносится судо­ вой ход в зоне перехода во­ дохранилища в реку и т. д.

Особенности гидрологи­ ческого режима нижних бьефов. Современные круп­ ные гидроузлы улучшают

судоходные условия водных путей. В результате образования во­ дохранилищ значительно увеличился навигационный расход воды в нижнем бьефе ряда рек. Это повысило судоходные глубины на реках. Например, на Дону увеличение расхода воды со 160 до 580 мъ/сек позволило увеличить гарантийные глубины ниже Цим­ лянского гидроузла более чем в 2,5 раза.

Регулирование стока при помощи водохранилищ небольшой емкости не везде дает хорошие результаты. Например, ниже Но­ восибирской ГЭС значительного улучшения условий судоходства не наблюдается.

В ряде случаев неравномерность попусков воды через турбины ГЭС приводит к большому колебанию уровней и, несмотря на об­ щее увеличение глубин, затрудняет судоходство.

Каждый нижний бьеф можно разделить на два характерных по режиму уровней и условиям судоходства участка: первый рас­ положен в 30—100 км от гидроузла, второй — вслед за первым. Первый участок характеризуется резко выраженными колебани­ ями уровня воды, с амплитудой 1—3 м, вызванными неравномер­ ной работой ГЭС. При этом наиболее сильные колебания бывают вблизи ГЭС. По мере удаления от гидроузла амплитуда колеба­ ний уменьшается и к началу второго участка составляет

77

15—20 см. Второй участок имеет относительно небольшие коле­ бания уровней воды.

В табл. 11 приведены сведения о колебаниях уровня воды в

во вторник и даже в среду. Например, ниже Новосибирской ГЭС

55 см, ПО км — 40 см; 200 км — 30 см.

Уменьшение попуска воды в выходные и праздничные дни мо­ жет затруднять движение судов с полной осадкой.

Суточное регулирование стока вызывает резкие колебания уровней воды, достигающие 1—2 м. По мере удаления от гидро­ узла волна попуска, распространяясь вниз по течению, постепен­ но распластывается, поэтому амплитуда суточных колебаний уровня воды постепенно сокращается. Высота волны уменьшает­ ся из-за неодинаковых скоростей перемещения ее гребня и скло­ нов. Гребень волны попуска перемещается быстрее, чем подо­ шва, в связи с чем уклон лобового склона увеличивается, а тыло­ вого уменьшается. Передний склон волны, имея большой уклон, перемещается быстрее тылового, поэтому волна растягивается и распластывается.

Волна попуска распространяется в нижнем бьефе с опреде­ ленной скоростью. Для практических целей время повышения уровня воды в определенном пункте, лежащем ниже гидроузла, можно определить путем расчета скорости перемещения волны попуска по приближенной формуле Л. С. Кускова

78

пониженных уровней созданы графики. По графикам судоводи­ тель может определить для всех перекатов время минимального и максимального уровня, амплитуду изменения уровня, а также начало его спада и подъема. Такие графики приводятся на неко­ торых навигационных картах, помещаются в лоциях и пособиях для судоводителей.

Регулирование стока меняет гидрологический режим нижне­ го бьефа. В водохранилище в связи с выпадением наносов про­ исходит осветление воды. Осветленная вода, поступая в большом количестве и со значительной скоростью в нижний бьеф, размы­

ны. На верхнем участке, где изменение уклона велико, русло уси­ ленно перерабатывается.

При попуске резко возрастают продольные скорости течения, которые выравниваются по вертикали. Иногда на перекатах дон­ ные скорости становятся больше поверхностных. Это приводит к размыву русла.

Переформирование русла и перекатов особенно активно про­ исходит на участках, где сказывается суточное регулирование стока. Колебания уровня воды влияют и на состояние пере­ катов нижнего бьефа. При подъемах уровней происходит их на­ мыв, при спадах — размыв. В начале навигационного периода для интенсивного размыва перекатов иногда увеличивают попуски воды. Колебание уровня уменьшает устойчивость землечерпатель­ ных прорезей, поэтому такие участки требуют повторения дноуг­ лубительных работ.

Регулирование стока благоприятно сказывается на удаленных от гидроузла участках нижнего бьефа: сток распределяется рав­

ло правильной формы, предназначенное для движения по нему

79