Глава 10. Шлюзованные водные пути

10.1. Общие понятия о шлюзовании рек

Существенное улучшение судоходных условий на большом протяжении реки и создание новых воднотранспортных соединений между двумя речными (морскими) бассейнами, может быть достигнуто посредством шлюзования, при котором водные ресурсы наиболее полно используются в интересах различных отраслей народного хозяйства.

Шлюзование предусматривает возведение на реке ряда подпорных сооружений, повышающих уровни воды на вышерасположенном участке в период навигации, по сравнению с естественным состоянием реки. При шлюзовании река по длине делится сооружениями на отдельные участки, которые принято называть бьефами.

Участок реки, расположенный выше сооружения, считается верхним бьефом, а ниже сооружения – нижним бьефом. Разность отметок уровней верхнего и нижнего бьефов называют напором (Н) на сооружение. Бьефы, накапливающие значительные объемы стока воды и перераспределяющие их во времени, носят название водохранилищ.

Подпорные сооружения поднимают уровень воды на каждом участке до определенной высоты, обеспечивая необходимую судоходную глубину h (см. рис. 10.1). Одновременно увеличиваются значения ширины и радиусов поворота судового хода. Если проектные габариты полностью не выдерживаются, то дополнительно предусматривают проведение дноуглубительных работ. На участке реки, находящемся в свободном состоянии (ниже сооружения 1), величина напора будет зависеть от отметки уровня воды в нижнем бьефе (Н₁ или ).

Технические схемы для шлюзования рек выбираются в зависимости от решения народнохозяйственных целей. Чаще всего встречаются такие варианты шлюзования, как низконапорный и высоконапорный.

Рис. 10.1. Схема шлюзования реки:

а – продольный профиль; б – план реки; 1 – кривая низкая уровней; 2 – кривая высоких уровней; 3 – уровень подпора воды; 4 – участки реки, поддерживаемые дноуглублением

Низконапорный вариант предусматривает шлюзование реки, в основном, в транспортных целях для улучшения судоходных условий. В этом случае на реке возводятся сооружения небольшого напора (см. рис. 10.2, а),предназначенные для создания подпора в меженный период, когда расходы воды в реке малы и судоходные глубины оказываются недостаточными для судоходства. Во время прохождения интенсивных паводков такие сооружения затапливаются, и судоходство осуществляется так же, как и до шлюзования.

Высоконапорный вариант предусматривает шлюзование рек для комплексного использования водных ресурсов при удовлетворении потребностей в воде различных отраслей народного хозяйства (транспорта, энергетики, промышленного и гражданского водоснабжения, сельского и рыбного хозяйства и др.). В этом случае строятся высоконапорные сооружения, поддерживающие подпор воды непрерывно с учетом перераспределения стока как в течение одного года, так и за многолетний период (см. рис. 10.2, б).

Целесообразность использования принятой схемы шлюзования должна быть обоснована технико-экономическими расчетами. Учет затрат и результатов при осуществлении проекта должен охватывать изменения экологического потенциала природного объекта и последствия экономического использования водных ресурсов.

Рис. 10.2. Варианты шлюзования рек:

а – низконапорный; б – высоконапорный; 1 – кривая низких уровней;

2 – кривая высоких паводков

Размещение напорных сооружений по длине реки, их число и величины напоров зависят от цели шлюзования: комплексное использование водных ресурсов или решение частной водохозяйственной проблемы. Сооружения гидроузла располагаются на реке в заранее установленных поперечных створах, которые тщательно выбираются путем сравнения ряда вариантов, отличающихся между собой природными особенностями, условиями строительства и эксплуатации сооружений.

На выбор створа гидроузла существенное влияние оказывают строительные свойства грунтов, на которых возводятся различные напорные сооружения, и рельеф местности в районе строительства. Наиболее надежными и экономичными в эксплуатации считаются сооружения, возводимые на скальных грунтах, а на нескальных приходится возводить тяжелые гидротехнические сооружения, требующие значительных материальных затрат. При крутых берегах русла и долины реки существенно уменьшаются зона затопления земель и длина напорного фронта сооружений, а следовательно, и их стоимость. Однако при этом может быть затруднено производство работ по возведению сооружений.

Во избежание затопления значительных территорий, створы гидроузлов необходимо назначать выше крупных населенных пунктов, промышленных предприятий и территорий, используемых для различных целей (объекты сельского хозяйства, зоны заповедников и отдыха и др.). При выборе створа выше притока уменьшается зона затопления земель, но теряются дополнительные выгоды для энергетики и водного транспорта.

При расположении створа ниже крупного притока реки увеличивается зона затопления поймы притока. Однако при этом улучшаются судоходные условия на притоке и увеличивается общая выработка электроэнергии. Окончательный выбор створа в данном случае должен производиться путем сравнения затрат для различных отраслей народного хозяйства.

При выборе местоположения гидроузлов необходимо учитывать наличие в районе строительства подъездных путей и других инженерных коммуникаций, жилых поселков, материальных и трудовых ресурсов, промышленных предприятий и производственных баз, а также условия для пропуска льда, паводков, судов и другие факторы.