Общая характеристика и краткий обзор водных путей
Лоция внутренних судовых путей
Лоция (правило 45) — 1) раздел дисциплины «Судовождение», в котором изучаются навигационные опасности, средства навигационного оборудования водного пути, пособия, содержащие сведения, необходимые для выбора безопасных и наиболее выгодных курсов, методика использования этих подобии и др. Лоция является наиболее важным разделом в дисциплине «Судовождение», так как для безаварийного плавания судов требуется хорошее знание района предстоящего перехода. Лоция делится на Лоцию морей и Лоцию внутренних водных путей. В свою очередь Лоция внутренних водных путей делится на общую и специальную; 2) пособие, в котором дается описание моря, озера, реки с целью охарактеризовать условия плавания в пределах рассматриваемого района с учетом особенностей берегов и дна водоема, метеорологических и гидрологических условий, определяющих безопасность и удобство плавания.
Общая лоция — учебная дисциплина, дающая необходимые сведения о внутренних водных путях и являющаяся общим руководством для плавания по водному пути. Общая лоция содержит основные сведения по гидрологии внутренних водных путей, ориентированию, выбору курса судна, картографии, а также об условиях движения судов по рекам, озерам, водохранилищам и вблизи морских побережий. Зная Общую лоцию, судоводитель может ориентироваться на незнакомом участке водного пути и за более короткий срок изучить специальную лоцию.
Специальная лоция — руководство для плавания по определенному участку водного пути. В ней содержатся подробные сведения о русле, берегах с прилегающей территорией, навигационных опасностях, приметах и ориентирах, навигационных знаках, направлениях и границах судового хода. Содержание Специальной лоции судоводитель обязан хорошо знать на память.
Водные пути — участки водоемов и водотоков, используемые для судоходства и сплава леса.
Внутренние водные пути (правило 1) — реки, озера, водохранилища и каналы, пригодные для судоходства и лесосплава. В зависимости от условий ветроволнового режима водные пути по Правилам Речного Регистра РФ разделены на следующие четыре разряда: «М» (морской) — при высоте и длине волны соответственно 3 и 4 м; «О» (озерный) — 2 и 20 м; «Р» (речной) — 1,2 и 12 м; «Л» (легкий) — при высоте и длине волны менее 1,2 и 12 м. Например, к разряду «М» относятся озера Байкал, Ладожское, Онежское; к разряду «О» — большие водохранилища и низовья крупных сибирских рек. В категории внутренних водных путей выделяют так называемые малые реки. Отнесение рек к категории малых условно и устанавливается специальным Перечнем Департамента речного транспорта Минтранса РФ. Класс внутренних водных путей устанавливают в зависимости от габаритов судового хода.
Внутренние судоходные пути — внутренние водные пути, используемые для движения судов, плавучих объектов и плотов. Перечни внутренних судоходных путей устанавливаются и объявляются для судоходства на каждый год Департаментом речного транспорта Минтранса РФ. Внутренние судоходные пути подразделяются на естественные (свободные) — реки (Амур, Лена, Енисей, Обь, Иртыш, Печора, Урал, Северная Двина, Нева, Вятка, Белая и др.) и озера, используемые для судоходства в естественном состоянии, и искусственные (зарегулированные) — каналы, водохранилища и реки (Волга, Кама, Дон и др.), режим стока (речного) и уровни воды которых значительно изменены возведенными на них гидротехническими сооружениями. Протяженность внутренних судоходных путей, эксплуатируемых в Российской Федерации, 100 тыс. км, из них более 16 тыс. км приходится на искусственные, на которых имеется 100 шлюзов, 70 плотин, крупные насосные станции.
Участок бассейна (правило 1) — административно-географический участок водного пути для осуществления путевых работ и надзора за безопасностью плавания.
Элементы рек и течения
Река — водоток значительных размеров, питающийся атмосферными осадками со своего водосбора и имеющий четко выраженное русло.
Русло — выработанное речным потоком ложе, по которому осуществляется сток без затопления поймы.
Речная система — совокупность рек, сливающихся вместе и выносящих свои воды в виде общего потока. Речная система состоит из главной реки и притоков 1-го порядка, из притоков 2-го порядка, впадающих в приток 1-го порядка, и т.д.
Бассейн речной (правило 1) — водосбор реки или речной системы. Бассейном также принято считать определенную часть внутренних водных путей или в целом речную систему (например, бассейны Амурский, Волжский и т.д.). Бассейн Лены составляет 2490 тыс. км2, Енисея — 2580, Волги −1360, Камы — 507, Дона — 422 тыс. км2.
Водосбор реки — часть земной поверхности, толща почв и горных пород, откуда вода поступает к водному объекту. Водосборы реки бывают поверхностные и подземные. Иногда водосбор реки называют водосборным бассейном или просто бассейном. Водосбор реки разделен водоразделом
Исток реки (правило 3) — начало реки, т.е. место, с которого появляется постоянное течение воды в реке. Истоком реки может служить родник, болото, озеро или ледник. Часто за начало реки принимается место слияния двух других рек.
Устье (правило 3) — место впадения реки в другую реку, озеро, водохранилище или море. Иногда реки, не имеющие ясно выраженного устья, теряются в песках.
Устьевое взморье — часть прибрежной зоны моря, в которой проявляется влияние речного стока и происходит формирование подводной части дельты. Устьевое взморье могут быть нескольких видов: открытые, закрытые, приглубинные, отмельные.
Дельта — устьевой участок реки, в пределах которого происходит ее деление на водотоки. Дельты создаются путем заполнения наносами котловин морских заливов (на р. Дунай) или затопления в результате геологических процессов долин рек (на реках Хатанга, Анабар, Оленек и др.). Дельты рек занимают большие площади (км2): Лены — 28 000, Дуная — 3600, Волги — 15 000, Индигирки — 5000. Обычно Дельты низменны и болотисты, покрыты богатой растительностью. Образуясь в течение многих столетии, они постепенно продвигаются вперед и наступают на море. При каждом половодье Дельты растут, меняют свою форму, расширяются и удлиняются. Например, на р. Дунай длина Дельты ежегодно увеличивается на 4-6 м, на р. Терек — на 100 м, на р. Нева площадь Дельты ежегодно увеличивается на 50 тыс. м2 Судоходство в Дельте из-за малых глубин, узости и переменчивости фарватера затруднительно. К примеру Дельта р. Северной Двины имеет много рукавов, но подход к Архангельску осуществляется только по одному рукаву Маймаксе, который мелководен и интенсивно заносится.
Пойма — часть речной долины, сложенная наносами и периодически заливаемая в половодья и паводки.
Речная долина, долина реки — пониженная часть земной поверхности, по которой протекает река. У речной долины широкие места чередуются с узкими. Ширина речной долины может достигать десятков километров, а глубина — сотен метров. Речную долину с боков ограничивают коренные берега.
Рукав — часть русла реки, разделившейся на протоки, наибольший из которых по водности является река.
Боковая река — приток главной реки, используемый в полноводный навигационный период для экспедиционного завоза грузов и для движения маломерных судов.
Излучина — изгиб русла реки. Излучины бывают пологими, крутыми, длинными и короткими. В судоводительской практике некоторые Излучины в зависимости от размера и положения называют лукой и коленом.
Лука — длинная и крутая излучина русла вместе с долиной реки, у которой расстояние между началом и концом излучины очень мало по сравнению с длиной.
Коренные берега, кряжи, склоны — участки земной поверхности, ограничивающие с боков речную долину.
Остров — часть суши, окруженная водой. Верхнюю часть О. по течению реки называют приверхом, нижнюю —ухвостьем.
Ходовой берег - берег, вблизи которого проходит судовой ход.
Яр — невысокий обрывистый, как правило, вогнутый пойменный берег русла реки. На криволинейных участках русла возникают поперечные течения, направленные у поверхности под утлом к вогнутому берегу, а у дна — в сторону выпуклого. Дойдя до берега, поверхностные струи поворачивают к дну и размывают его. Донные поперечные течения захватывают продукты размыва и переносят их к выпуклому берегу, где из-за небольшой продольной скорости потока происходит отложение насосов. Этот процесс приводит к тому, что глубины у вогнутого берега наибольшие, а у выпуклого -наименьшие. Яр имеет два плеча: верхнее и нижнее. Плечи, определяя начало и конец яра, совпадают с началом и концом его размыва, а также с устойчивыми большими глубинами, где преимущественно проходит судовой ход.
Фарватер — безопасный в навигационном отношении проход по водному пути, характеризующийся достаточными глубинами и отсутствием препятствий для судоходства.
Урез воды — линия пересечения поверхности воды с берегом.
Старица — водоем в пойме реки, удлиненный в плане, постепенно заиливающийся, возникший в результате отчленения участка речного русла при спрямлении излучины путем прорыва перешейка петли или разработки спрямляющей протоки.
Водный режим — изменение во времени уровней, расходов и объемов воды в водоемах и грунтах. В водном режиме рек наблюдается несколько характерных фаз, повторяющихся из года в год и обусловливаемых видом питания реки (половодье, паводок и межень).
Межень — фаза водного режима реки, ежегодно повторяющаяся в одни и те же сезоны, характеризующаяся малой водностью, длительным стоянием низкого уровня воды, который возникает вследствие уменьшения питания реки.
Мелководье — малые глубины в период низкого уровня воды.
Уровень воды — высота поверхности воды в водном объекте над условной горизонтальной плоскостью сравнения (рис.5). Наиболее важными являются следующие уровни воды: естественный -уровень в водотоках и водоемах в их естественном состоянии, т.е. не подверженный влиянию гидротехнических сооружений;
мертвого объема — наинизший уровень, до которого допускается опорожнение водохранилища; наинизший судоходный (НСУ) — условно низкий (меженный) уровень с заданной обеспеченностью гарантированной глубины судового хода в естественных условиях (с учетом возможного дноуглубления); нормальный подпорный (НПУ) — наивысший подпорный уровень, который может поддерживаться при нормальных условиях эксплуатации гидротехнических сооружений; подпорный (ПУ) — уровень, образующийся в водотоке или водохранилище в результате подпора; подпорный (ПУ) -условно низкий уровень с заданной обеспеченностью, где под обеспеченностью понимается продолжительность периода (в процентах), когда уровень воды был выше или соответствовал данной его отметке, (от ПУ показываются значения глубин на навигационных картах рек, сообщается высота ферм в пролетах мостов, устанавливается гарантированная глубина; ПУ устанавливают на основании многолетних наблюдений так, чтобы время меньшего уровня воды составляло не более 10 % продолжительности навигации на реках с неразвитым судоходством и до 3 % на реках с развитым; высота ПУ приводится в предисловии к навигационным картам); рабочий (РУ) — уровень в момент его измерения; расчетный судоходный (РСУ) — судоходный уровень, определяемый расчетом, от которого отсчитывают надводную высоту подмостового габарита; срезочный — условный уровень, к которому приводят глубины, измеренные при различных рабочих уровнях воды; форсированный подпорный (ФПУ) -уровень выше нормального, временно допускаемый в чрезвычайных условиях эксплуатации гидротехнических сооружений.
Уклон поверхности воды — отношение падения уровня воды на данном участке реки к длине этого участка. Здесь падение уровня воды — разность между отметками в двух пунктах, расположенных вдоль реки в начале и конце данного участка (рис.6). Падение также может характеризоваться величиной (обычно в сантиметрах), приходящейся на 1 км длины участка реки. Например, среднее падение р. Оби на 1 км равно 4 см. Уклон выражается безразмерной величиной (десятичной дробью): I = (H1-H2)/L- Меженные уклоны Волги у Нижнего Новгорода равны 0,00007, Северной Двины у Берез-ников — 0,00003, Енисея у Красноярска — 0,00002 и т.д.
Значения продольных уклонов поверхности воды в реках зависят от высоты уровня воды, вида продольного профиля реки, плановых очертаний русла и т.д. При низких уровнях воды уклон поверхности воды меньше, причем, как правило, он на плесах меньше, чем на перекатах. При увеличении расхода и подъеме уровня уклона поверхности воды на плесах увеличиваются, а на перекатах уменьшаются. При дальнейшем повышении уровня уклона поверхности воды на плесах и перекатах могут сравняться. При еще большем повышении уровня уклона поверхности воды на плесах увеличиваются, а на перекатах уменьшаются. После выхода воды из русла и разлива ее по пойме уклон поверхности воды будут зависеть от очертаний речной долины в плане: там, где долина уже, поверхностный уклон поверхности воды больше; там, где долина расширяется, — меньше. Скорость течения воды в реке зависит от продольного уклона поверхности воды: чем больше уклон поверхности воды, тем больше скорость течения, и наоборот. Поэтому в межень скорость течения на перекатах больше, чем на плесах, а в половодье наоборот. Поверхность воды в реке имеет и поперечные уклон поверхности воды, возникающие на закруглениях русла, при резких подъемах и спадах воды, а также вследствие вращения Земли.
Водоем — скопление больших масс воды в понижениях земной поверхности (пруд, озеро, водохранилище).
Озеро (правило 3) — естественный водоем с замедленным водообменом.
Водохранилище (правило 3) — искусственный водоем, образованный водонапорным сооружением на водотоке с целью хранения воды и регулирования стока. Водохранилища используются для поддержания водного режима реки или канала, водоснабжения, орошения, работы гидроэлектростанций и обеспечения благоприятных условии для судоходства. В зависимости от конкретного ветроволнового режима на водохранилище различают зоны озерную, речную и зону выклинивания подпора.
Озерно-речная зона водохранилища — часть водохранилища, расположенная между озерной и речной зонами. Относительно большие глубины на озерно-речной зоне водохранилища сохраняются только при нормальном подпорном уровне (НПУ). При сработке водохранилища глубины над затопленной поймой небольшие, поэтому судовые ходы над ней закрывают, волнение ослабленное, наблюдаются относительно сильные течения. Условия плавания в озерно-речной зоне водохранилища приближаются к речным.
Речная зона водохранилища — наиболее отдаленная от плотины часть водохранилища, постоянно находится в подпоре, однако вода заполняет лишь меженное русло, не выходя на пойму. Здесь имеется течение, под действием которого происходят деформации русла реки.
Канал (правило 3) — искусственный открытый водовод в земляной выемке или насыпи (рис.7). По назначению каналы разделяют на соединительные, обходные и подходные. Соединительные каналы служат для соединения водным путем рек различных бассейнов, а также для соединения рек, озер и морей (например, каналы им. Москвы, Волго-Донской, Беломорско-Балтийский). Обходные каналы предназначены для обхода судами озер, на которых бывают сильные штормы, а также центральных частей больших городов (Приладожские, Прионежские и др.). Подходные каналы служат для подхода судов к портам, населенным пунктам и промышленным предприятиям, находящимся в стороне от основного судового хода (например, каналы в Архангельске, Санкт-Петербурге и др.).
По способу питания каналы бывают самотечные (вода поступает непосредственно из реки или озера и сама распространяется по всему каналу) и с искусственным питанием (вода из источника насосами накачивается в водораздельный бьеф, откуда стекает самотеком).
К гидротехническим сооружениям, необходимым для эксплуатации каналов, относятся в основном судоходные шлюзы, аварийно-ремонтные заградительные ворота, водосбросы и водоспуски. Скорость судов на каналах ограничена и не превышает 10-15 км/ч. Сбрасывание мусора и отходов в канал запрещается. Отдача якорей возможна лишь в отведенных местах, пользование лотами и цепями-волокушами не разрешается.
Канал морской — искусственное углубление в морском дне для прохода судов к портам, обозначенное навигационными знаками. Такими каналами являются Архангельский (рукав дельты), Днепро-Бугский (бар). Херсонский (лиман, рукав и река), Волго-Каспийский (рукав дельты), Ленинградский, Мариупольский, Калининградский (морской залив).
Условное течение (правило 3) — течение на озерах и каналах, где практически нет течения или оно незначительно, принимаемое условно. О нем делается оповещение в лоциях, навигационных картах и местных правилах плавания.
Навигационное оборудование водохранилищ и озер
На мелководных водохранилищах, которые расположены в большинстве в европейской части страны, основной способ судовождения (как и на реках) — глазомерная (визуальная) проводка по определенным трассам, четко огражденным навигационными знаками. Здесь выход судов за кромки трасс грозит посадкой на мель. К подобным водохранилищам относятся все крупные водохранилища Единой глубоководной системы (Рыбинское, Чебоксарское, Куйбышевское, Саратовское, Волгоградское, Камское, Боткинское, Нижне-Камское, Цимлянское).
На глубоководных водохранилищах (Братское, Красноярское, Усть-Илимское) движение судов не ограничивается определенными трассами и в основе судовождения лежит штурманская проводка с применением навигационных пособий и штурманских приборов. Глазомерная проводка носит здесь вспомогательный характер.
Основными знаками навигационного оборудования на мелководных водохранилищах являются линейные и щелевые створы, знаки «Ориентир», а также русловые маяки. На озерно-речных участках и водохранилищах небольшой ширины (до нескольких километров) ходовые берега могут обозначаться перевальными и ходовыми знаками.
Линейные створы устанавливают на створных линиях протяженностью до 10 км. На больших дистанциях, как правило, действуют щелевые створы. Поскольку дневная дальность действия береговых навигационных знаков обычно не превышает 10 км, то в дополнение к створам судоходные трассы водохранилищ ограждают плавучими знаками по латеральной системе или по ее разновидности — осевой системе.
Плавучие знаки устанавливают также там, где из-за кривизны судового хода или удаленности берега направления движения судов нельзя обозначить береговыми знаками. Озерно-речной участок мелководного водохранилища и его навигационное оборудование ночью показано на рис. 4.
На поворотах судового хода при латеральной системе устанавливают поворотные кромочные буи, а при осевой — осевые поворотные. Расстояние между смежными буями определяется из условия видимости от знака до знака (от огня до огня) и должно быть для озерных и средних морских буев 4–5 км, для озерно-речных — не более 3–3,5 км.
Если ширина судоходной трассы превышает гарантированную в 2 раза и более, то плавучие знаки устанавливают по одной, обычно, левой, кромке. На правой кромке ограждению плавучими знаками подлежат отмели и другие навигационные опасности. На разветвлениях транзитных судовых ходов устанавливают разделительные буи.
Рис. 4. Навигационные знаки на озерно-речном участке мелководного водохранилища:Осевая расстановка плавучих знаков применяется, если ширина хода равна или больше трех-, четырехкратной гарантированной, но составляет не менее 300 м. Осевые знаки выставляют по оси судового хода, и, таким образом, каждая из судоходных полос справа и слева от линии осевых буев должна быть не менее 150 м. Если в одном из направлений буксируют плоты, то судоходная полоса в этом направлении должна быть шириной не менее 200 м. Для облегчения определения местоположения судов на трассах водохранилищ на все буи наносят номера. Эти номера помечены и на навигационных картах.
На рис. 5 показан пример расстановки навигационных знаков на участке водохранилища с интенсивным движением флота. Основной судовой ход (обозначен сплошной линией) закреплен линейным створом Красный и встречными щелевыми створами Осинов-ский и Михайловский. По оси судового хода установлены осевые буи «35», " 34«, «31» и «29» и поворотно-осевые буи «33 », «32» и «ЗО». В вершине поворота сооружен маяк «5». У всех поворотных буев установлены также несветящие ледовые буи.
В условиях продленной навигации оборудование основного судового хода состоит из названных створов, маяка и этих ледовых буев.
Дополнительный судовой ход «В» идет вблизи правого берега водохранилища и огражден линейным створом Гурьевский и кромочными буями «SB», «2B» и «1В». Ниже буя «1В» плавучих и береговых знаков не требуется, так как правый берег ходовой, а слева, по ходу, большие глубины. Оборудование участка дополняется двумя знаками «Ориентир» «0–7» и «0-8».
При неблагоприятном для данного участка южном или юго-восточном ветре суда имеют возможность укрыться в убежище, подход к которому обозначен линейным створом Петровский, а вход — двумя красными и тремя черными кромочными буями.
На глубоководных водохранилищах, ввиду того что судоходство здесь может осуществляться по всей акватории, навигационное оборудование представляет собой систему ориентиров, позволяющую судоводителям периодически уточнять свое местоположение. Основными береговыми знаками на таких водохранилищах являются знаки «Ориентир». Используются также в ограниченном количестве кромочные плавучие знаки. Они указывают в данном случае не правую и левую кромки фарватера, а правый или левый берег водохранилища. Исключая подходы к убежищам и пристаням, створы здесь не применяют, так как надобности в них нет, а высокие берега, поросшие лесом, затрудняют их обслуживание.
Пример расстановки знаков на глубоководных водохранилищах приведен на рис. 66, на котором изображен участок озерной части водохранилища длиной свыше 25 км и наибольшей шириной около 20 км. Рекомендованные трассы показаны сплошными линиями, подходы — штриховыми. Пять знаков «Ориентир» «83», «84», «S5», «86» и «S7» и буи «228», «230», «2 31 », буй-автомат АРИВ (автоматическая плавучая установка гидрометслужбы, регулярно передающая по радио сведения о скорости и направлении ветра) расположены так, чтобы судоводитель (в особенности в ночное время) мог при необходимости определять местоположение судна. Назначением буя «231» и знака «Ориентир» «86» является также указание подхода к пристани, а знака «Ориентир »85« — подхода в убежище.
Навигационное оборудование судоходных каналов, шлюзов и подходов к ним
На каналах используются в основном два типа знаков—путевые и опознавательные. Путевые знаки (огни) служат для обозначения в ночное время берегов канала. Направление течения, относительно которого именуются кромки, принимается условно при составлении проекта, так как фактически на некоторых каналах оно отсутствует. (Например, на канале им. Москвы направление течения принято от Иваньковского водохранилища к г. Москве.)
В светлое время суток хорошо видны берега канала и необходимости в ориентировке по путевым знакам нет. Поэтому они не имеют сигнальных щитов, а представляют собой опоры, на вершинах которых укрепляется фонарь с двумя дисковыми френелевскими линзами (световой пучок одной из них направлен вверх по течению, другой — вниз).
Путевые знаки располагают попарно на обоих берегах, один против другого, на одинаковой высоте от уровня воды. По длине канала расстояние между знаками выбирают с расчетом, чтобы на прямолинейных участках в ночное время судоводитель видел перспективу из нескольких пар огней. Обычно это расстояние равно 500–1000 м. На закруглениях расстояние между смежными парами огней 250 м. При этом необходимо, чтобы судоводитель видел не менее одной пары огней.
Вход в судоходный канал из водохранилища и выход из канала обозначаются опознавательными знаками с соответствующим сигнальным огнем.
Прямолинейный участок судоходного канала с паромной переправой и аварийными (заградительными) воротами в темное время суток показан на рис. 7.
Навигационное оборудование небольших озеровидных бьефов или водохранилищ между отдельными гидроузлами такое же, как и на реках. Оно состоит из линейных и щелевых створов и кромочных плавучих знаков. Такой участок канала с водохранилищем показан на рис. 8.
Навигационное оборудование однониточного шлюза и подходов к нему показано на рис. 9. На стенках камеры шлюза расположены знаки (огни) «Стоп» 9, обозначающие полезную длину камеры. На выходе из камеры шлюза установлены светофоры 8, регулирующие выход судов из шлюза, которые обычно располагают вблизи пульта 10 управления шлюзом. Громкоговоритель 2 служит для сообщений, подаваемых с пульта диспетчера. Вблизи верхней и нижней голов шлюза со стороны входа в камеру устанавливаются входные светофоры 6. Стоповый знак 5, расположенный на стенке причальных палов, обозначает границу предельного приближения судна при одностороннем шлюзовании, а стоповый знак 4 — при двухстороннем шлюзовании. Разрешение на подход судна к камере шлюза регулируется светофором 3, а на подход к причальным палам (причалу) — светофором дальнего действия 1. Имеются сигнальные огни 7 на воротах некоторых шлюзов.
Сигнализация на двухниточном шлюзе и подходах к нему со стороны верхнего бьефа водохранилища показана на рис. 10. На оголовках дамб при входе в аванпорт 1 устанавливают опознавательные знаки 1, являющиеся ориентирами для судов, идущих со стороны водохранилища 11. На оголовке причальных палов 2 установлен светофор дальнего действия 3, входной светофор 5 регулирует вход в левую по ходу камеру шлюза, а светофор 8 — в правую.
Выход в нижний бьеф из левой камеры регулируется светофором 6, а из правой — 7. Знаки «Стоп» 4 расположены на стенках камер шлюза и причальных палах. Буи 10 ограждают приплотинную зону гидроузла 9. Штрихпунктирной линией на рисунке показана ось судового хода при движении из водохранилища для входа в левую и правую камеры шлюза.
Сигнализация на двухниточном шлюзе со стороны нижнего бьефа (рис. 11) схожа с рассмотренной выше. При этом опознавательный знак 1 устанавливается на оголовке дамбы нижнего подходного канала II. Буи 2 ограждают приплотинную зону I. Светофоры ближнего действия 3 и 4 регулируют вход в камеры шлюза, а светофор дальнего действия 5 — подход к причальным палам.
Рис. 11. Сигнализация на шлюзе со стороны нижнего бьефаВыход из шлюза и из аванпорта в сторону водохранилища / осуществляется согласно сигналам и знакам, показанным на рис. 12. Здесь обозначено: 1 — светофор, регулирующий выход из левой (по ходу) камеры /V’, 2 — опознавательные знаки на дамбах аванпорта //; 3 — светофор, регулирующий выход из правой (по ходу) камеры шлюза ///.
Общий вид двухниточных шлюзов со средним (разъездным) бьефом и сигнализация на них показаны на рис. 13.
Общее устройство шлюза
Шлюз (правило 18) — гидротехническое сооружение для перехода судов из одного водного бассейна в другой с различными уровнями воды в них. Принципиальная схема шлюза одинакова, но в их устройстве есть некоторые различия. Шлюз состоит из верхней и нижней голов и камеры (рис.14). Стенки шлюза могут быть вертикальными или откосными. Откосные встречаются на небольших шлюзах старых систем. На внутренних водных путях Российской Федерации наиболее часто принимают следующие размеры шлюзов: длина 150-290 м, ширина 18-30 м, глубина на пороге (на входе в шлюз) 3,65-5,50 м. К головам шлюзов примыкают подходные каналы для швартовки судов, ожидающих шлюзования. Головы шлюза делают значительно массивнее, чем камеру, так как в них располагаются ворота в водопроводные устройства.
Наполнение и опорожнение камеры водой происходит самотеком по принципу сообщающихся сосудов при помощи специальных водопроводных устройств без применения насосов. Во время наполнения и опорожнения камеры ворота закрыты. В открытом состоянии они входят в специальные ниши — шкафы, чтобы быть заподлицо со стенками камеры и не мешать проходу судов. Система наполнения камер шлюзов может быть головной (сосредоточенной) и распределительной. При головной системе используются водопроводы и затворы или в большинстве случаев наполнение происходит из-под плоских подъемно-опускных ворот. Опорожнение камеры осуществляется через короткие круговые галереи нижней головы. Выходные отверстия водопроводов располагают за воротами друг против друга. Выходящие из противоположных водопроводов потоки воды встречаются и частично гасят свою энергию, что улучшает условия шлюзования судов. При распределительной системе питания шлюза подача воды в его камеру (или сброс при опорожнении) происходит через несколько продольных водопроводных галерей, обычно находящихся в днище шлюза Такая система обеспечивает меньшую продолжительность наполнения, причем одновременно по всей длине камеры, и создает относительно спокойные условия шлюзования судна по сравнению с головной системой. Объем воды, помещающийся в камере шлюза и сливаемый при пропуске судов в нижний бьеф, называют сливной призмой. В современных больших шлюзах объем сливных призм достигает 140-180 тыс.м3, а время наполнения и опорожнения камеры составляет обычно 8-15 мин на один процесс.
Ворота шлюза могут быть различных систем. Нижние ворота обычно делают двустворчатыми, а верхние — сегментными или плоскими опускными. Для пропуска судов такие ворота опускают в ниши. Порог, к которому примыкают ворота, называют королем шлюза. Глубина в шлюзах для судоходных целей отсчитывается от него. Полезной длиной камеры считается расстояние от нижнего конца шкафной ниши верхних ворот до верхнего конца шкафной ниши нижних ворот. В пределах полезной длины осуществляется расстановка судов для шлюзования.
По числу последовательно расположенных камер шлюзы может быть однокамерным, двухкамерным, трехкамерным и т.д. Однокамерные шлюзы строят для малых и средних напоров, многокамерные — для больших напоров. У таких шлюзов общий напор делится на несколько камер, расположенных последовательно одна за другой. Иногда условия местности не позволяют построить многокамерные шлюзы непосредственно один за другим. Тогда шлюз разделяют судоходным каналом — межшлюзовым бьефом. Длина их различна (до 4 км и более). При больших напорах вместо многокамерных строят однокамерные шлюзы шахтного типа. Камера такого шлюза представляет собой глубокую шахту. Со стороны нижнего бьефа делается глухая стенка, в нижней части которой имеется отверстие для прохода судов, перекрываемое плоским подъемным затвором (напор Усть-Каменогорского ШЛЮЗ на р. Иртыш превышает 40 м). По числу параллельно действующих камер шлюзы могут быть однониточными (один шлюз), двухниточными (два рядом расположенных шлюза) и т.д.
Для удобного захода в шлюз устраивают специальные направляющие сооружения — палы.
Они представляют собой свайные кусты, поставленные на определенном расстоянии один от другого, либо деревянные эстакады, стенки или удерживаемые цепями понтоны. Для швартовки судов, ожидающих шлюзования, предназначены причалы, в большинстве случаев представляющие собой железобетонную стенку. Причальные устройства в камере шлюза необходимы 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 ошвартоваться. Причальные устройства в камерах бывают неподвижные и подвижные. К неподвижным относятся причальные тумбы и рымы. Суда крепятся за тумбы при помощи каната, огон (петля) которого надевается на тумбу. По мере наполнения камеры канат подбирают, а при опорожнении, наоборот, потравливают. Неподвижные рымы (рис.15) в стенках камеры устраивают для того, чтобы при подъеме и опускании судна швартовные канаты можно было перекладывать с рыма на рым, когда они не испытывают натяжения. Рымы применяют лишь для учалки малых судов, так как перекладывать канаты больших судов трудно. По высоте камеры рымы располагают не реже чем через 1,5 м. Они имеются и на подходах к шлюзу у причальных стенок.
Швартовка за тумбы возможна в шлюзах с напором до 6-7 м. При больших напорах применяют подвижные причальные устройства -плавучие рымы (рис.16). Такой рым представляет собой большой продолговатый поплавок, который поднимается и опускается вместе с уровнем воды в специальной шахте в стенке камеры. В верхней части поплавка прикреплен крюк, за который швартуются суда.
В нишах камеры шлюза устанавливают лестницы-стремянки, предназначенные для служебных целей. Для пропуска судов применяют сигнализацию в виде светофоров (рис.17).
Центральный пост управления современного шлюз оборудован установками промышленного телевидения, что позволяет улучшить контроль за процессом шлюзования. Техническими мероприятиями, обеспечивающими действие шлюза при его обмерзании, являются воздухообдув двустворчатых ворот для отгона льда из шкафов, индукционный обогрев и обогрев калориферами частей сегментных затворов. Отгон плавающего битого льда осуществляют при помощи специальных устройств, ограничением режима наполнения использования обратной волны при открытии нижних рабочих ворот.
Для подхода судов к шлюзу со стороны верхнего и нижнего бьефов делают подходные каналы. Обычно канал верхнего бьефа короткий, так как создан дамбами, расположенными на акватории аванпорта шлюза. Каналы нижнего бьефа имеют значительную протяженность: 1,5-8 км при ширине по урезу 70-200 м. Раздельные (межшлюзовые) бьефы имеют длину 1,5-4 км, причем ширина их, определяясь топографическими условиями, местами значительна. Для швартовки судов, ожидающих шлюзования, в подходных каналах возводят причальные сооружения. Большие колебания уровня воды наблюдаются в межшлюзовых бьефах между шлюзами, достигая иногда более 50 см. В межшлюзовых бьефах, имеющих большую ширину, волновые колебания не превышают 15 см. При малом запасе глубины на пороге в результате волновых колебаний судно может удариться о голову шлюза. На ряде шлюзов предусматриваются специальные устройства для уменьшения расхода воды, поступающей в нижний шлюзовой канал, например, сбрасывание всего расхода воды из камеры специальными водосбросами в русло реки, отвод воды в ближайший приток реки, сооружение специальных перепускных устройств, снижающих расход воды из камеры и др.
Течение воды (1-4 км/ч) в нижних шлюзовых каналах создается из-за опорожнения камеры шлюза. Отстаивающиеся в нижних подходных каналах суда испытывают большие нагрузки в швартовных канатах. Обычно ось судового хода на выходе канала в реку сопрягается 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, вызываемых пропусками через плотину гидростанции, вода огибает стрелку, круто поворачивает и заходит в канал. В связи с этим в районе стрелки иногда возникают суводь и свальное течение. В половодье через турбины ГЭС и водосливную часть плотины сбрасывается большое количество воды, и при выходе канала в русло наблюдается большая скорость течения. Продольная скорость течения достигает 2 м/с и более, а поперечная составляющая этой скорости — 0,3 м/с и более. Поперечные течения, направленные к берегу, усложняют вход судов в канал и выход из него. У выхода канала в реку и в непосредственной близости от плотины создается сильное неупорядоченное волнение, которое вызывает рыскливость и качку судов. Высота волны даже на расстоянии 1-1,5 км от плотины может достигать более 1 м.
Потоки воды, создающиеся при выходе судна из камеры шлюза, воздействуют на суда, входящие во вторую камеру или стоящие у причала в ожидании шлюзования. Если расстояние между шлюзами небольшое, у судов возникает сила «присасывания». При выходе из камеры шлюза перед судном образуются волны и повышается уровень, а у берегов — понижается. Одновременно создается течение, направленное в сторону, противоположную движению судна. При небольшом расстоянии между камерами течение, создаваемое движением судна, распространяется по всей ширине подходного канала. Пренебрежение этим течением приводит 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.
Аварийно-ремонтные заградительные ворота канала (правило 8) — сооружение, служащее для выключения отдельных участков канала в случае аварии с судами или ремонта пути (рис.18).
Рис.18. Аварийные ворота канала:Шлюзованный участок реки — участок реки с системой транспортных гидроузлов и судоходными шлюзами, расположенными таким образам, чтобы подпор нижележащего гидроузла распространялся до вышележащего, обеспечивая в нижнем бьефе последнего гарантированную глубину.
Техника шлюзования
Процесс шлюзования (правило 18) — комплекс технологических операции, выполняемых на шлюзе и судне, который включает в себя движение судна при входе в камеру шлюза и выходе из нее, швартовку судна, закрывание и открывание ворот, заполнение и опорожнение шлюза. Судопропуск регламентируется специальными правилами.
Правила пропуска судов, составов и плотов через шлюзы (правило 18) — правила, определяющие порядок пропуска судов, составов и плотов через шлюзы внутренних водных путей Российской Федерации независимо от их ведомственной принадлежности. Сведения о специфических условиях пропуска приводятся также на навигационных картах и в путевой информации. Порядок пропуска маломерных и спортивных судов, а также судов, принадлежащих отдельным гражданам, регламентируется специальными правилами, изданными производственным объединением «Водные пути (каналы)». В случае нарушения Правил пропуска через шлюзы диспетчер канала (района гидросооружения) или диспетчер (начальник вахты) шлюза имеет право запретить дальнейшее движение судна-нарушителя до получения письменного объяснения от его капитана об обстоятельствах и причинах допущенного нарушения. В случае повреждения судном гидротехнических сооружений или другого судна при проследовании гидротехнического сооружения первое судно должно прекратить движение, остановившись в месте, указанном диспетчером движения канала (района гидросооружений) или диспетчером (начальником вахты) шлюза для соответствующего расследования.
Осадка и габаритные размеры шлюзующихся судов и составов должны обеспечивать запасы глубины на порогах шлюзов и фактической ширины их камер. Суда, направляющиеся на шлюзование, должны быть технически исправными, особенно их рулевые устройства и ДАУ, иметь необходимое давление воздуха в пусковых баллонах главных двигателей и надежно закрепленные якоря.
Запрещается шлюзование: нефтеналивных судов, имеющих утечку нефтепродуктов; судов с неподнятыми якорями или с якорями, на которых находятся посторонние предметы с волочащимися цепями и канатами; суда с выступающими за габаритную ширину поврежденными элементами корпуса или надстройки, частью груза или другими предметами.
При подходе к границам шлюза вахтенные начальники судов запрашивают по УКВ-радиосвязи у диспетчера шлюза уточненные данные о порядке судопропуска. Вахтенные начальники судов, идущих на судопропуск, временный отстой которых на рейдах на подходах к шлюзам вызван не ожиданием судопропуска, а выполнением других функции, должны сообщить диспетчеру порта (участка) по шлюзованию ориентировочное время готовности к судопропуску, а после выполнения указанных функций — доложить диспетчеру канала (района гидросооружений) или диспетчеру (начальнику вахты) шлюза о готовности к судопропуску. При наличии очереди судов на подходах к шлюзу должна обеспечиваться такая последовательность пропуска: первая очередь — нефтеналивные составы и танкеры с нефтепродуктами или их остатками с температурой вспышки паров ниже 60 °С, суда с отравляющими и взрывчатыми веществами, суда со скоропортящимися грузами; вторая очередь — специальные объекты и суда технического флота; третья очередь — сухогрузные самоходные суда и толкаемые составы, нефтеналивные составы и танкеры с нефтегрузами или их остатками с температурой вспышки паров 60 °С и выше; четвертая очередь — сухогрузные буксируемые составы и плоты (если нет специально выделенной плотовой нитки шлюза). При большом скоплении флота у границ шлюза должны приниматься меры по первоочередному пропуску пассажирских судов, выбившихся из расписания. Во всех случаях суда, следующие на ликвидацию аварий и пожаров, пропускают через шлюз вне очереди.
С целью наиболее эффективного использования судоходных шлюзов и экономии воды разрешается совместное шлюзование судов в следующем порядке: танкеры и нефтеналивные составы с грузами (или их остатками) всех классов в любом сочетании; сухогрузные суда и составы (кроме судов с ядовитыми, взрывчатыми и другими огнеопасными грузами), а также суда технического флота с танкерами, груженными нефтепродуктами (или их остатками) с температурой вспышки паров 60 °С и выше; пассажирские суда (в том числе скоростные) с сухогрузными судами (составами) и судами технического флота, а также с танкерами, гружеными мазутом (или его остатками) с температурой не выше 45 °С. Перед совместным шлюзованием танкера с пассажирским судном вахтенный начальник танкера обязан проверить соответствие температуры груза нормативному значению, о чем сделать запись в вахтенном журнале.
При совместном шлюзовании должны соблюдаться следующие правила: пассажирские скоростные суда заходят в шлюз последними и становятся в камере таким образом, чтобы у них на траверзе не было других водоизмещающих судов (кроме маломерных); танкеры, как правило заходят в шлюз и становятся первыми, при этом установка пассажирских судов на траверзе с танкерами запрещается, а противопожарный интервал между кормой танкера и форштевнем пассажирского судна должен быть не менее 10 м; сухогрузные суда могут быть поставлены в камере на траверзе танкера при условии, что интервал между их бортами будет не менее 1 м.
При совместном шлюзовании вахтенные начальники танкеров и других судов обязаны выполнять специальные мероприятия противопожарного режима, предусмотренные для этого случая действующими Правилами пожарной безопасности на судах и береговых объектах. Перед заходом в камеру шлюза вахтенные начальники шлюзуемых судов объявляют экипажам о предстоящем совместном шлюзовании с танкером и принимают меры к повышению противопожарной бдительности членов экипажа и пассажиров. Курение на открытых палубах всех судов и территории, непосредственно примыкающей к камере шлюза, во время шлюзования запрещается. При движении в подходных каналах шлюза взаимный обгон судов и составов всех видов, кроме обгона водоизмещающих судов скоростными судами, допускается только с разрешения диспетчера порта (участка) по шлюзованию, а при его отсутствии -диспетчера канала (района гидросооружений) или диспетчера (начальника вахты) шлюза при достаточных габаритных размерах канала, если местными правилами плавания не предусмотрен другой порядок. Без согласования допускается обгон скоростными судами водоизмещающих судов и составов всех видов, а плотов — судами и составами всех видов, если в канале предусмотрено двустороннее движение.
Разрешение на подход составов и плотов к причальным стенкам головных шлюзов канала дает диспетчер канала (района гидросооружений), а на отдельно расположенных шлюзах и неголовных шлюзах — диспетчер (начальник вахты) шлюза. Подход судов, составов и плотов к причальным стенкам шлюза разрешается только при зеленом сигнале дальнего светофора — Распоряжения диспетчера (начальника вахты) шлюза, касающиеся расстановки судов (составов) у причальных стенок шлюза, порядка судопропуска и расстановки в камере шлюза, обязательны для выполнения вахтенными начальниками всех без исключения судов, которые обязаны подтвердить получение этих распоряжений по УКВ-радиосвязи, а при ее отсутствии или неисправности — подачей звукового сигнала «Я вас понял». Если .вахтенный начальник судна считает полученное распоряжение невыполнимым (из-за маневренных возможностей судна или состава, метеорологических условий и пр.), он должен поставить об этом в известность диспетчера (начальника вахты) шлюза и не предпринимать никаких действий до принятия согласованного решения. Суда с взрывчатыми и отравляющими веществами, прибывающие по плану-графику шлюзовании, заходят в шлюз без остановки у причальных стенок. Отсутствие сигнала на светофоре является запрещающим сигналом (соответствующим красному свету). В этом случае судно может продолжать движение только с разрешения диспетчера (начальника вахты) шлюза, оформленного записью в вахтенных журналах шлюза и судна.
При судопропуске вахтенный начальник судна обязан: перед заходом в шлюз доложить диспетчеру (начальнику вахты) шлюза по УКВ-радиосвязи о готовности судна к судо-пропуску, о чем сделать запись в вахтенном журнале, при совместном шлюзовании танкеров с пассажирскими и сухогрузными судами вахтенный начальник танкера дополнительно докладывает и делает запись в вахтенном журнале о температуре мазута и температуре вспышки паров перевозимого нефтепродукта; держать постоянную связь по УКВ-радиосвязи с диспетчером (начальником вахты) шлюза; заходить в шлюз с безопасной скоростью, обеспечивающей достаточную управляемость и остановку судна (состава) в месте, указанном для его швартовки; при этом на водоизмещающем судне, имеющем два главных двигателя и более, один из них рекомендуется запустить на режим заднего хода в момент прохода носовой частью судна (состава) створа ворот шлюза; сообщить диспетчеру (начальнику вахты) шлюза по УКВ-радиосвязи или одним коротким звуковым сигналом об окончании швартовки судна (состава) в камере шлюза; проходить шлюз с уложенными мачтами (в тех шлюзах, где это диктуется высотными габаритными размерами); проводить плавучие краны только с уложенными стрелами. Суда длиной более 30 м должны швартоваться не менее чем двумя швартовами (с носа и кормы), расположенными по одному борту.
В границах гидроузлов запрещается: использование плавучих рымов для гашения инерции движущихся судов; заход в подходные каналы за створы дальних светофоров и стоянка у причальных стенок шлюза судам и составам транспортного флота, которым не требуется судопропуск; стоянка судов и составов на якорях в границах причальных стенок шлюзов и вблизи бетонных креплений берегов; работа винтами судов, находящихся в камере шлюза, при закрытии и открытии рабочих ворот.
Образования и препятствия на реке
Наносы — твердые частицы, образованные в результате эрозии водосборов и русл, а также береговых водоемов, переносимые водотоками, течением в озерах, морях, реках и водохранилищах и формирующие их ложа. Н. в русле реки создают песчаные гряды. Это основной вид Н. Из-за гряд песчаное дно реки неровное, волнообразное. Гряды двигаются вниз по течению со скоростью, в сотни раз меньшей скорости потока, однако на больших реках она достигает нескольких метров в сутки. Размер гряд зависит от формы русла, глубины и скорости течения. Высота их пропорциональна глубине потока. Поэтому гряды на плесах выше, чем на перекатах. При повышении уровня воды гряды становятся более высокими и наоборот. Длина сформировавшейся гряды может быть равна 10-12 глубинам потока.
Заструга — скопление наносов в форме крупных гряд, примыкающих к песчаному берегу (рис.8). Конец заструги называют ухвостьем, а понижение дна между застругами-подзастружной ямой. Размеры заструг зависят от формы русла, глубины и скорости течения. Иногда крупные заструги тянутся до противоположного берега. Высота заструг на больших реках достигает 2 м. Закономерности роста и перемещения заструг такие же, как и гряд. Над застругами обычно неровное течение, вызывающее рыскливость судов.
Коса представляет собой песчаную невысокую отмель, вдающуюся в русло длинным клином (рис.9). На реках косы примыкают обычно к выпуклым песчаным берегам. Косы образуются из крупных заструг в результате их постепенного роста и перемещения.
За год коса может переместиться на несколько сотен метров. Залив между берегом и ухвостьем косы называют затониной, небольшую песчаную косу — закоском, большую подводную застругу с крутым тыловым скатом, вдающуюся далеко в русло, — заманихой, гребневую часть крупной гряды, пересекающей русло, обычно затопляемой в половодье и обсыхающей в межень, — побочнем (рис.10).
В меженное время поток, размывающий яр, иногда встречает твердую породу и отклоняется к противоположному берегу. Ниже твердой породы образуется тиховод, где откладываются наносы и формируются побочень, высыпка (рис.11) — отложения из крупных Н. в местах впадения в реку небольших притоков или выходов оврагов. Ниже высыпки в области тихого течения может образоваться побочень. В результате местных русловых переформирований на перекатах с легкоподвижными Н., а также за судами, вставшими на мель на перекате, или за затонувшими крупными предметами возникают-шалыги, отдельно лежащие подводные отмели, образовавшиеся на судовом ходу или перекате (рис.12).
Перекат (правило 19) — характерная для равнинных рек форма донного рельефа, сформированная отложениями наносов, обычно в виде широкой гряды, пересекающей русло под углом к общему направлению течения, вызывающая отклонение его от одного берега к другому. Перекат — это скопление наносов, отложенных по всей ширине русла. Они вызывают местное уменьшение глубины, а в период низких уровней — подпор воды на вышележащем участке — плесе. Перекаты являются основным препятствием для движения судов на реках.
Основные элементы переката (рис.13): верхний и нижний побочни (косы); верхняя и нижняя плесовые лощины; седловина — вал из наносов, соединяющий верхнюю и нижнюю косы; корыто — глубокая часть седловины, где обычно проходит судовой ход; напорный верхний скат — верховая пологая часть седловины; подвалье (тыловой или нижний скат)— низовая часть седловины, более крутая, чем напорный скат; гребень — верхняя кромка подвалья, имеющая наименьшую глубину; затонная часть — верхняя часть нижней плесовой лощины, находящаяся за ухвостьем верхней косы (перекаты могут не иметь затонной части, в этом случае плесовые лощины не заходят одна за другую); выбоина — разработанное потоком углубление в верхней части нижней косы, направленное своим устьем против течения. На планах переката глубины изображают изобатами — линиями равных глубин. Цифра на изобате показывает глубину от проектного уровня, при котором пересечение поверхности воды с берегами образует линию уреза воды, обозначающую конфигурацию русла реки.
В меженный период площадь поперечного сечения на перекат меньше, чем на плесах, а следовательно, больше уклоны поверхности воды и скорости течения. От верхней плесовой лощины к гребню переката скорость течения увеличивается, причем к подвалью она достигает наибольшего значения, а за подвальем в результате увеличения глубины русла значительно понижается. Такая разница в скоростях течения отрицательно сказывается на судоходстве, затрудняя проход судов через перекат. Во время половодий и паводков распределение скоростей меняется: на перекат скорости становятся меньше, а на плесах больше. Это объясняется тем, что перекат находятся на расширенных участках русла и при половодье площадь поперечного сечения перекатных участков больше, чем плесовых. Направления течения на перекат определяются его особенностями и положением уровня, они различны в весенний и меженный периоды. В половодье направление течения на перекат и на плесах параллельно берегам долины реки. В этот период перекат не влияют на направление течений. В меженный период направление течения на перекат зависит от его типа, формы, вида подвалья, очертаний русла и др.
При повышении уровня воды во время половодья на перекат в большом объеме откладываются наносы. Намыв переката начинается в середине подъема уровня воды. Наибольшей высоты они достигают в то время, когда начинается спад воды. Высота намыва на судоходных реках достигает 3 м. Нарастают перекаты тем больше, чем выше уровень весеннего половодья и чем оно продолжительнее. Ежегодные намывы увеличивают высоту переката и требуют повторения работ по улучшению судоходного состояния. При убыли воды намытый на перекат слой наносов начинает смываться. Со снижением уровня и увеличением уклона речной поток, стесненный косами ^прорезает корыто на седловине переката При быстром понижении уровня река не успевает размыть наносы, поэтому к межени состояние переката значительно ухудшается и движение судов по нему становится затруднительным. При медленной убыли воды наносы размываются продолжительное время, и к межени может восстановиться прежняя форма переката. На реках с очень неустойчивым руслом во время половодья на перекат остается большой слой наносов, поток не успевает разработать его даже в течение всей межени.
Перекаты постоянно передвигаются вниз по течению — примерно так же, как заструги. Движение переката имеет различную скорость и зависит от расходов и уклонов поверхности воды, крупности частиц грунта и т.д. В среднем течении крупных равнинных рек сдвиг перекатов может достигать 100 м в год. За многолетний период могут произойти перемещение перекатов, полное их уничтожение, значительное переформирование или возникновение новых. Постоянные изменения состояния переката требуют ежегодного повторения дноуглубительных работ по улучшению их судоходного состояния. В результате интенсивного дноуглубления перекаты вырождаются в подводные каналы. Так, в результате интенсивного дноуглубления на Верхней Лене гребни перекатов удлинились, а некоторые плесовые лощины из-за понижения уровня воды обмелели и почти слились по дну с гребнями перекатов. В результате русло Лены на участке от Усть-Кута до Киренска превратилось в своеобразный канал с предельной судоходной глубиной.
Каменистые перекаты встречаются на реках, протекающих в районах горных областей или моренных отложений (Верхнем Иртыше, Енисее, Лене, Алдане, Зее и др.). Каменистые перекаты, имея только общие черты с обычными перекатами, отличаются от них устойчивостью положения из-за наличия каменистых гряд, россыпи отдельных камней иди крупных галечных отложений. На каменистых отложениях происходит формирование песчаных наносов в виде кос, порочней, осередков. Такие перекаты обычно очень устойчивы и редко подвергаются сезонным изменениям при подъемах и спадах воды. Каменистые перекаты затруднительны для судоходства из-за малых глубин, узкого и извилистого судового хода, больших скоростей потока и неправильных течений.
Для управления судном, изучения специальной лоции и обеспечения безопасности плавания особое значение приобретает разделение перекатов по судоходному признаку и по степени трудности проводки через них судов и плотов. На трудность проводки через перекат влияют следующие факторы: вид подвалья, ширина, глубина и форма в плане судового хода, его радиусы изгиба, тип и место расположения переката и условия видимости, положение уровня воды, особенности течения — направление и скорость свальных течений, наличие суводей и майданов и др., сложность входа на перекат и выхода с него со стороны плесовых лощин и т.д.
Перекаты бывают четырех типов (рис.14).
1. Перекат без затонной части обычно находится на пологих изгибах участков неширокого русла реки. Плесовые лощины переката не заходят одна за другую, поэтому затонной части он не имеет. Этот перекат устойчивый, долго сохраняет свою форму и расположение в русле. Судовой ход и корыто на нем плавно переваливают от одного берега к другому. Ровное течение на перекате совпадает с направлением корыта, а свальное течение обычно отсутствует. В большинстве случаев такой перекат без затонной части не вызывает затруднений для движения судов.
2. На перекате с затонной частью плесовые лощины заходят одна за другую. Корыто расположено под большим углом к направлению русла, судовой ход круто переваливает от одного берега к другому. Этот перекат неустойчивый. При низком уровне воды иногда происходит промыв корыта почти поперек русла. При дальнейших переформированиях перекатное корыто может получить еще большее искривление и принять вид буквы S. Часть водного потока сливается на перекате по кратчайшему пути — из верхней плесовой лощины в нижнюю, в связи с чем свал воды направлен к затонной части. При низком уровне воды на перекате создается сильное свальное течение, направленное к нижней косе. перекат данного типа (особенно с развитой затонной частью) из-за узкого судового хода с крутым перевалом, небольшой глубины и сильного свального течения затруднителен для движения судов.
3. Перекат-россыпь возникает на расширенных участках русла. Вследствие избыточной ширины поток не может транспортировать наносы, формировать косы и плесовые лощины, поэтому русло заполняется беспорядочными мощными отложениями (заструги, косы, осередки, шалыги), из которых формируется перекат. Перекат-россыпь не имеет определенной формы. Под воздействием течения (особенно при резких колебаниях уровня) песчаные отложения, непрерывно перемещаясь, изменяют форму переката. Корыто не имеет ясно выраженных углубления и формы. Этот перекат очень неустойчивый, здесь судовой ход извилистый и мелкий, в период межени может сменить свое положение несколько раз. Течение на перекатах-россыпях беспорядочное и неровное. Небольшие глубины, неопределенный судовой ход, неровные течения создают большие трудности для движения судов.
4. Групповой перекат представляет собой участок русла, на котором находятся близко один от другого несколько перекатов различного типа. Косы у группового переката расположены так, что нижняя коса верхнего переката является верхней косой для нижнего переката. Они разделяются небольшими плесовыми лощинами. Иногда такая лощина настолько мала, что создается как бы двойное подвалье одного переката. Протяженность группового переката может достигать нескольких десятков километров. К групповым можно отнести перекат, образовавшиеся от разделения русла островами или крупными осередками при слиянии рек или впадении в русло небольшого притока. Судовой ход на групповых перекатах извилистый, иногда несколько раз переваливает от одного берега к другому. Групповые перекаты обычно неустойчивы, режимы их взаимосвязаны, размыв одного переката может явиться причиной обмеления другого, и наоборот.
Узкий и извилистый судовой ход, свальные и затяжные течения превращают групповой перекат в участок, трудный для плавания судов.
Подвалье — наиболее трудное место при проводке судов через перекат. Все подвалья можно разделить на три вида (рис.15), причем каждый рассмотренный тип переката может иметь любой вид подвалья.
1. Ровное подвалье образовано ровным тыловым скатом седловины переката, расположенным по нормали к оси корыта. Течение на подвалье ровное, совпадает с осью корыта. В некоторых случаях две крупные заструги верхней и нижней кос, сближаясь к середине корыта, создают ровное подвалье со значительным понижением гребня. Косы и заструги таких подвалий направляют воду к середине корыта, создавая сосредоточенное течение. Ровное подвалье не представляет большой трудности для движения судов.
2. Выпуклое подвалье имеет в плане и поперечном разрезе выпуклую форму. Оно создается при большом перемещении наносов через седловину перекат, очень неустойчиво и не имеет глубокого корыта. Течение на подвалье веерообразное, слабое, иногда с двусторонним сливом воды по обе стороны выпуклости. В большинстве случае у верхней косы течение слабое, а более сильное направлено к нижней косе. Для судоходства подвалье неблагоприятно.
3. Неровное (искривленное или неопределенной формы) подвалье создается двумя застругами или ухвостьями кос, которые заходят одно за другое. Такое подвалье очень неустойчиво, течение на нем неровное, возле каждой косы создается различное направление слива воды. При большой подвижности наносов образуется подвалье неопределенной формы. Такое подвалье очень искривлено или не имеет ясно выраженного очертания; оно также очень неустойчиво, поэтому для судоходства неровные подвалья наиболее неблагоприятны.
На некоторых участках рек ведутся интенсивные дноуглубительные работы. В результате плесовые лощины соединены сплошным каналом-прорезью, поэтому перекаты не имеют четкого подвалья. В судоходном отношении такое подвалье по сравнению с предыдущими видами более благоприятно.
Условия судоходства в основном зависят от типа переката, вида его подвалья, а также от размеров и осадки судна состава, направления движения судна и других факторов. Для судов малого и большого водоизмешения, толкаемых составов, буксируемых судов или плотов трудность плавания через перекат неодинакова. Если, например, для плота существенное значение имеют ширина судового хода и направление слива воды, то для крупного судна — глубина переката. Очень важно положение уровня воды. Обычно при высоком уровне условия плавания более благоприятны, чем при низком.
По степени трудности для судовождения перекат можно разделить на две группы в зависимости от типа перекат, вида его подвалья и других факторов.
1. Незатруднительный перекат — это в основном перекат без развитой затонной части, который имеет ровное подвалье, прямой судовой ход с достаточными для больших судов глубиной и шириной. На таких перекатах течение ровное, без майданов и суводей, а свальные и затяжные течения незначительны. Вход на такой перекат и выход с него удобны. Расхождение и обгон на незатруднительном перекате возможны только для маломерных судов, при этом должны быть приняты меры, полностью обеспечивающие безопасность плавания.
2. Затруднительный перекат — это перекат с развитой затонной частью, перекаты-россыпи и групповые. Затруднительный перекат обычно имеет небольшие глубину и ширину судового хода, извилистое корыто, свальное или затяжное течение. Расхождение и обгон на таких перекатах для судов любых водоизмещении запрещены.
Осередок — скопление наносов в русле реки в виде невысоких, обычно лишенных растительности, затопленных либо частично обнаженных подвижных островов или отмелей, не примыкающих к берегу. Осередки сужают и искривляют судовой ход и уменьшают глубины. Возникают осередки в тиховодах, например за мысом, из песчаной косы, при слиянии двух рек, а также над препятствием в русле из шалыг и крупных песчаных гряд.
Коса — низкая и узкая полоса суши, идущая от берега в сторону озера или водохранилища.
Заплесок — узкая полоса отлогого берега, примыкающая к урезу воды водоема или русла реки.
Отмель — мелководный участок водоема или реки, примыкающий к береговой полосе.
Течения
Течение воды в реке (правило 7) — движение частиц воды в реке вдоль русла под действием силы тяжести. С увеличением уклона поверхности воды скорость течения возрастает. Энергия речного потока расходуется на внутреннее трение воды и на преодоление трения о дно и берега. Поэтому в целом ускорения движения воды в речном потоке не наблюдается, однако может возникнуть местное ускорение, например, на перекатах и порогах.
Течение воды в реке имеет особенности, иногда их называют неправильными течениями. Тиховод — медленное течение, образующееся за выпуклыми берегами, крупными песчаными отложениями в русле и т.п. При движении судна вверх для увеличения скорости, где это возможно, следует идти по тиховоду. Суводь — водное пространство с вращательным движением воды, обычно находящееся за выступами берегов, мысами, выпуклыми берегами, сильно вдающимися в русло (рис.16).
В этих местах течение, с большой скоростью обтекая берег, встречает на своем пути выступ и создает перед ним подпор воды и повышение уровня. Проходя выступ, водный поток отклоняется от него и по инерции проходит некоторое расстояние. За выступом уровень воды понижен, из-за чего в низовой части суводи вода затягивается из основного потока, а в верхней части, наоборот, — из области суводи в основную струю потока. Этот процесс происходит непрерывно и вызывает вращательное движение воды.
При вращении воды в суводи дно оказывает тормозящее действие. Вследствие этого ближе к поверхности суводи скорость вращения воды и центробежные силы увеличиваются. Под воздействием центробежных сил происходит большее отбрасывание воды от оси суводи у поверхности и меньшее — у дна. Снизу вверх вдоль оси суводи образуется восходящий поток, восполняющий отбрасываемую воду. Он размывает дно, захватывает продукты размыва, создавая воронкообразное углубление дна (рис.16). При уменьшении скорости вода плавно обтекает выступ, образуя за ним тиховод.
У вогнутых берегов в крутых изгибах русла реки также образуются суводи (рис.17). В отличие от суводей, расположенных за выступами берегов, здесь нисходящие токи воды спускаются в восходящий поток воды в суводи центре суводи ко дну и растекаются в стороны. Этот тип суводи с отчетливо выраженной воронкой на поверхности воды иногда называют омутом. Суводи у вогнутых берегов образуются в тех случаях, когда нарушается плавное обтекание берегов излучины.
Суводи могут существовать постоянно или возникать только в половодье. На больших реках создаются крупные суводи, имеющие сферу действия десятки метров и скорость вращения воды в центральной части — несколько метров в секунду. В некоторых бассейнах суводь имеет свое местное название, например на Енисее — улово, на Иртыше -заводь. Суводи представляют серьезное затруднение для судоходства. Суда в них теряют управление, резко смещаются в сторону берега, при этом нередко рвутся канаты счалов судов и буксирные тросы, ломаются рули и т.п.
Майдан — беспорядочное вращательное движение воды в виде подвижных вихрей размером от нескольких сантиметров до нескольких метров в поперечнике. Майданы образуются над крупными подводными предметами при небольшой глубине над ними (рис.18), во время половодья и паводка в тех местах, где идущий через пойму поток встречается под углом с другим потоком, идущим по меженному руслу, при интенсивных местных переформированиях русла и на перекатах, при резких изменениях формы дна и т.д. Майданы неблагоприятны для судоходства, так как вызывают рыскливость судов.
Спорные воды — майданы, образующиеся у устьев притоков и при их слиянии. Чем ближе угол встречи к прямому, тем сильнее развиваются вихри, которые в поперечнике достигают нескольких метров.
Прижимное течение создается у берега на участке реки, где слив воды направлен к берегу. Например, на закруглениях русла прижимное течение возникает у вогнутого берега, так как вода вследствие инерции стремится сохранить прежнее прямолинейное направление, но, встречая на своем пути препятствие в виде вогнутого берега, прижимается к нему (рис.19). На участках с прижимным течением происходит раскат судов в сторону берега.
Свальное течение — слив воды, направленный под углом к судовому ходу (рис.20). Свальное течение возникает из-за разности в уровнях воды по ширине реки. На перекатах такие течения создаются в результате подпора потока седловиной переката, поэтому они направлены из верхней плесовой лощины в затонную часть нижней плесовой лощины. Смещая суда с оси судового хода, свальные течения могут вызвать навал судов и плотов на отмели, опоры мостов и т.п.
Затяжное течение возникает у входа в протоки (рис.21). Особенно сильны затяжные течения во время половодий, когда расход воды в протоках значительно возрастает. Затяжное течение может вызвать навал судов на остров. На характер течения влияют также мосты, дамбы, плотины, сооружения в русле и др.
Водоворот — постоянное вращательное движение воды в русле. В. нередко создают глубокие ямы (омуты) и являются типичными для горных и полугорных рек.