16. Морские и речные судопропускные сооружения

Судопропускные и гидротехнические сооружения предназначены для преодоления судами перепадов уровней воды в гидроузлах и на судоходных каналах.

Различают два основных типа судопропускных сооружений - судоходные шлюзы и транспортные судоподъемники.

Выбор типа судопропускного сооружения производиться на основе технико-экономических расчетов. При этом учитываются грузоподъемность судов, обеспеченность гидроузла водой для пропуска судов через шлюз (шлюзования), величины перепадов уровней воды и колебания их в верхнем и нижнем бьефах, а также топографические и геологические условия района гидротехнических сооружений.

Наибольшее распространение получили камерные шлюзы, сооружаемые для пропуска судов практически любого водоизмещения, при напорах до 40-60 м, на гидроузлах, расположенных в самых разнообразных природных условиях.

Судоподъемники применяются главным образом при напорах 60-70 м, в условиях ограниченного расхода воды на шлюзование, для пропуска судов сравнительно небольшой грузоподъемности (до 2000 т). При высоких напорах и больших навигационных колебаниях уровней воды возводят судопропускные сооружения комбинированного типа – с верховым шлюзом и односкатным наклонным судоподъемником. При значительных подъемах уровня воды в половодье на гидроузлах малого напора (3-5 м) для пропуска судов в период затопления шлюза целесообразно использование разборных судоходных плотин с устройством опускных затворов. В связи с расширением применения скоростных судов (например, на подводных крыльях, на воздушной подушке) в составе гидроузлов нередко возводят специальные судопропускные сооружения, отличающиеся высокой пропускной способностью.

Шлюз судоходный (голл. sluis, от лат. exclude – исключаю, удерживаю, отделяю) - гидротехническое сооружение, расположенное между водоемами с различными уровнями, через которое проходят суда. Шлюз возводят в речных гидроузлах, каналах и в морских портах, акватории которых подвергаются приливам и отливам с большой амплитудой колебаний уровней.

Шлюзы начали строить в Западной Европе в 16 в., в России в 18 в. (на Вышневолоцкой системе). В СССР много крупных шлюзов построено в гидроузлах на реках Волхов, Днепр, Свирь, Волга, Кама, на многих судоходных каналах, водохранилищах. Значительное число крупных шлюзов построено в США (на реках Огайо, Миссисипи, Св. Лаврентия и др.) и в Западной Европе.

В состав шлюзов входят камеры, головные части (головы) и подходы. Камера, в которой размещаются поднимаемые/опускаемые суда, образуется двумя продольными стенами и днищем, выполняемыми, как правило, из железобетона. С торцов она ограничена металлическими воротами (затворами), расположенными в пределах головных частей.

По числу последовательно расположенных камер (зависящему от величины падения уровня и рельефа местности) различают шлюзы однокамерные и многокамерные (многоступенчатые). Для увеличения пропускной способности шлюза устраивают параллельно две (или более) нитки камер. Основные размеры камер (длину и ширину) выбирают при проектировании шлюза в зависимости от категории водного пути, перспективного грузооборота на нем, размеров наибольшего расчетного судна или состава (каравана) судов, одновременно пропускаемых через шлюз. Камеры наиболее крупных шлюзов имеют ширину до 33 м, длину до 400 м при глубинах на порогах от 5 до 15 м (на морских шлюзах). Наполнение и опорожнение камер осуществляется с помощью оборудованных затворами водопроводных устройств (системы питания шлюзов) в течение заданного времени (от 5 до 15 минут).

В головных частях (обычно массивных напорных сооружениях), кроме ворот, поддерживающих разность уровней воды и обеспечивающих пропуск судов при выровненных уровнях смежных бьефов, размещаются водопроводные галереи с затворами, устройства для гашения энергии воды, ремонтные и аварийные заграждения, механизмы для управления оборудованием и системы автоматического регулирования. Примыкающие к верхним и нижним головным частям подходы представляют собой каналы или участки акватории с причальными сооружениями и устройствами для швартовки судов, ожидающих шлюзования, и направляющими сооружениями – для безопасного входа судов в шлюз.

Процесс пропуска судов через шлюз называется шлюзованием. Он состоит из ряда последовательных операций (открывание и закрывание ворот и затворов, наполнение камер водой и опорожнение их, ввод и вывод судов и др.), выполняемых по командам с центрального пульта. Число шлюзований в течение суток (при непрерывной работе шлюза) определяет пропускную способность шлюза.