Содержание
Улучшение судоходных условий на Верхнем Иртыше
- Степан Мирошниченко, канд. техн. наук, главный инженер службы эксплуатации водных путей и флота Республиканского государственного казенного Восточно-Казахстанского предприятия водных путей (РГК ВК ПВП),
- Галина Петренко, директор РГК ВК ПВП (Республика Казахстан);
- Владимир Дегтярев, д-р техн. наук, профессор;
- Владимир Никифоров, канд. техн наук, профессор (Новосибирская государственная академия водного транспорта).
Река Иртыш – основная магистраль Верхне-Иртышского бассейна – протекает по территории Казахстана на протяжении 1718 км. В зону деятельности РГК ВК ПВП входит участок Иртыша от пристани Буран до пристани Шульбинск протяженностью 800 км.
Особенность указанного участка водных путей состоит в том, что он включает как плесы с глубинами на всем протяжении судового хода не менее 3 м (озеро Зайсан и три водохранилища – Бухтарминское, Усть-Каменогорское, Шульбинское), так и мелководные, с перекатами и судоходными шлюзами (таблица 1).
Гарантированные габариты водных путей
Таблица 1.
| Название участка | Протяжен- ность, км | Глубина, см | Ширина, М | Радиус закруг- ления, м |
| Буран-Приозерное | 110 | 105 | 40 | 150 |
| Приозерное-Куйган | 175 | 200 | 60 | 300 |
| Куйган- Бухтарминская ГЭС | 250 | 200 | 60 | 300 |
| Бухтарминская ГЭС- Усть-Каменогорская ГЭС | 77 | 200 | 60 | 300 |
| Усть-Каменогорская ГЭС- мост «Лопатино» | 19 | 105 | 40 | 150 |
| Мост «Лопатино»-Убинск | 115 | 105 | 40 | 150 |
| Убинск-Шульбинская ГЭС | 50 | 200 | 60 | 300 |
Бухтарминский шлюз был пущен в эксплуатацию в 1963 году. Он имеет четыре судопропускных камеры с габаритными размерами 100х18х2,5 метра. Высота подъема судна при шлюзовании составляет 68,6 метра. Габариты шлюза позволяют шлюзовать суда грузоподъемностью до 1700 тонн. Время шлюзования одного судна составляет 60 минут.
Усть-Каменогорский судоходный шлюз, эксплуатирующийся с 1953 года, является уникальным однокамерным шахтного типа шлюзом, с высотой подъема судна 42,5 метра. Габаритные размеры камеры 100х18х2,5 метра, позволяют шлюзовать суда грузоподъемностью до 1500 тонн. Время шлюзования одного судна составляет 40 минут.
Шульбинский судоходный шлюз – однокамерный с распределительной системой питания. Размеры камеры 100х18х3 метра позволяют шлюзовать суда грузоподъемностью 1000 тонн с осадкой 1,5 метра. Время на шлюзование одного судна составляет 37,9 мин. Высота подъема судна при шлюзовании составляет 28,8 метра.
Ввод в эксплуатацию Шульбинского шлюза восстановил сквозное судоходство, однако даже гарантированные габариты судового хода позволяют эксплуатировать суда с осадкой не более 90 см. К тому же на протяжении пятнадцати лет не проводились изыскательские и дноуглубительные работы.
В 2005 г. были разработаны планы мероприятий по изыскательским, исследовательским и дноуглубительным работам на водных путях РК ВК ПВП по бюджетной программе 005 «Обеспечение водных путей в судоходном состоянии и содержание шлюзов». В числе мероприятий: приобретение системы спутниковой геодезии; русловые съемки и дноуглубительные работы на участке Усть-Каменогорск – зона выклинивания Шульбинского водохранилища (103 км), а также привлечение Новосибирской государственной академии водного транспорта для разработки методических указаний по улучшению и поддержанию судоходных условий.
Система спутниковой геодезии
В 2005-06 гг. с помощью системы спутниковой геодезии обследован участок реки Иртыш от Усть-Каменогорска до зоны выклинивания Шульбинского водохранилища, а также акваторий Шульбинского и Усть-Каменогорского водохранилищ, создана трехмерная пространственная модель (см. рис.) водного пути, которая служит для формирования и корректировки лоцманских карт, проектирования дноуглубительных прорезей.
В сотрудничестве с новосибирскими учеными дана характеристика русловых процессов и выполнен прогноз их воздействия на состояние судоходных условий.
Точные количественные зависимости между характером руслового процесса и состоянием судоходных условий установить трудно – даже на основании обширных статистических данных по конкретным участкам пути. Речь может идти лишь о качественной оценке и прогнозе влияния характеристик русловых процессов на условия судоходства. Последовательность этапов такого исследования может быть представлена в виде схемы:
- Изучение гидролого-морфологических характеристик
↓
2. Изучение форм проявления руслового процесса
↓
3. Установление зависимостей между русловыми переформированиями и их факторами
↓
4. Оценка влияния русловых переформирований на судоходные условия
↓
5. Прогноз воздействия русловых процессов на состояние судоходных условий
Как видно из схемы, исследование носит комплексный характер и может быть выполнено лишь силами большого коллектива научных и практических работников на базе обширного статистического материала. Вместе с тем имеется методический прием, позволяющий решать задачу прогноза воздействия русловых процессов на состояние судоходных условий в реальные сроки и с допустимыми затратами трудовых ресурсов. Необходимо перейти от схемы с пятью этапами к схеме из двух основных этапов:
1. Классификация русловых процессов по характеру влияния на состояние судоходных условий
↓
2. Прогноз состояния судоходных условий на основе идентификации конкретного руслового процесса
Решение задачи
С формальной стороны решение задачи выглядит следующим образом. Вначале формируется n типов русловых процессов в зависимости от m руслоформирующих факторов. Каждому из факторов задаются граничные условия: минимальный, средний, максимальный; полностью ограниченный, частично ограниченный, свободный и т.д. На основе теории и практики русловых процессов выявляются характер их влияния на состояние судоходных условий. Путем обобщения особенностей русловых переформирований получают схемы взаимосвязи русловых процессов R и характера изменения судоходных условий S: R→S.
Второй этап заключается в идентификации конкретного руслового процесса, то есть описании русловых процессов на данном участке пути и отнесении их к тому или иному типу R с соответствующим характером изменения судоходных условий S:
| Характер руслового потока | Тип речной долины |
↓___________________________↓
↓
| Транспорт наносов |
↓
| Деформации русла |
↓
| Изменение судоходных условий |
При формировании совокупности русловых процессов большую методическую трудность представляет выделение независимых факторов руслоформирования. Для решения практических задач по улучшению условий судоходства необходимо иметь общую схему типизации русел и русловых процессов.
Обычно выделяют три вида речных русел: прямолинейные или слабо изогнутые однорукавные; извилистые однорукавные (меандрирующие); разветвленные. В свое время в Государственном гидрологическом институте (ГГИ) была разработана типизация руслового процесса, включающая шесть типов: ленточногрядовый; побочневый; ограниченное меандрирование; свободное меандрирование; незавершенное меандрирование, осередковый. Однако для оценки и прогноза состояния судоходных условий S тип руслового процесса R должен быть однозначно связан с улучшением (что маловероятно) или ухудшением S, а также с выбором возможных действий по поддержанию судоходных условий. Предлагается следующая градация R:
R(S)1 (не оказывает влияния);
R(S)2 (оказывает определенное влияние, что требует большего контроля за состоянием судоходной обстановки);
R(S)3 (оказывает крайне негативное влияние, требуется срочное проведение организационно-технических мероприятий).
Типизация русловых процессов
Типизация русловых процессов исходя из предложенной схемы представлена в табл.2. С определенной долей условности типы руслового процесса сопоставлены с типизацией ГГИ.
Таблица 2. Типизация русловых процессов
| R | Характеристика речной долины | Характеристика руслового потока | Тип руслового процесса | Характер влияния на судоходные условия |
| 1 | Пойменная разветвленность полностью ограничена, ложе русла галечно-каменистое | Скорость течения повышенная | Близок к ленточно-грядовому | R(S)1 |
| 2 | Пойменная разветвленность полностью ограничена, ложе русла галечно-каменистое | Скорость течения пониженная | Близок к осередковому | R(S)2 |
| 3 | Пойменная разветвленность ограничена с одного берега, ложе русла галечно-песчаное | Скорость течения повышенная | Близок к побочневому | R(S)2 |
| 4 | Пойменная разветвленность ограничена с одного берега, ложе русла галечно-песчаное | Скорость течения пониженная | Близок к ограниченному меандрированию | R(S)3 |
| 5 | Пойменная разветвленность не ограничена, ложе песчаное | Скорость течения повышенная | Близок к свободному меандрированию | R(S)3 |
| 6 | Пойменная разветвленность не ограничена, ложе песчаное | Скорость течения пониженная | Близок к незавершенному меандрированию | R(S)2 |
Таким образом, наибольшее влияние на условия судоходства оказывают русловые процессы, связанные с меандрированием, то есть искривлением русла, размывом вогнутых берегов, отложением наносов у выпуклых берегов, пойменной многорукавностью.
В современной практике путевых работ основными мероприятиями по улучшению и поддержанию судоходных условий на затруднительных участках являются: разработка прорезей; выправительные работы; дноуглубительные работы. С точки зрения путевых работ все затруднительные участки делятся на четыре группы (табл. 3).
Таблица 3. Классификация затруднительных участков
| Группа | Характеристика | Схема улучшения путевых условий |
| Первая | Участки с недостаточными глубинами в прямолинейных и слабо-криволинейных руслах с развитыми затонами и свальными течениями | Углубление перекатов, ликвидация свальных течений, закрепление побочней, разработка нового судового хода |
| Вторая | Сильно извилистые участки в меандрирующих руслах с мелкими перекатами | Спрямление одной или нескольких извилин русла для создания нового судового хода, укрепление сильно размываемых берегов в районе извилин, отторжение побочней для создания удобного перевала потока к неразмываемому берегу, перекрытие слаборазвитых спрямляющих проток, разработка капитальных прорезей |
| Третья | Разветвленные участки с перекатами в руслах, имеющих пойменную и русловую многорукавность | Углубление судоходных рукавов, перекрытие несудоходных рукавов, перенесение судового хода в развивающиеся несудоходные рукава, ликвидация свальных течений в районах приверхов и в ухвостье, отвлечение наносов в несудоходные рукава, объединение наносов в большие наносные образования |
| Четвертая | Участки с недостаточными глубинами в руслах с неразмываемыми грунтами | Удаление крупных камней и валунов, разработка капитальных прорезей |
На участке от Усть-Каменогорской ГЭС до зоны выклинивания Шульбинской ГЭС (103 км) расположено 44 переката, лимитирующих судоходство, при этом перекаты на участке от Усть-Каменогорской ГЭС до с. Прапорщиково (30 км) относятся к первой группе, ниже с. Прапорщиково (73 км) – ко второй и третьей. Для всех перекатов на первом этапе (2006-2007 гг.) может быть принята следующая схема путевых работ: углубление судового хода путем создания прорезей и отвала грунта для закрепления побочней и ликвидации свального течения.
Конкретные действия
По данным русловых съемок 2005 года, проведенных методом спутниковой геодезии, для достижения и поддержания минимальной глубины 105 см. при попуске воды через Усть-Каменогорской ГЭС 500 м3 /сек потребуется проведение комплекса путевых работ на 9 мелководных перекатах из 43, при этом на одном из них, Поворотном, расположенным в зоне выклинивания Шульбинского водохранилища, необходимо спрямление судового хода (рис. 6).
Разработка перекатов предусматривается сверху вниз. Объем дноуглубительных работ был запланирован в размере 250 тыс. куб. м грунто-водяной пульпы. Средняя длина прорези 400 м, средняя ширина – 60 м, средняя глубина разработки 0,72 м. При таких значениях, учитывая характеристики грунта (песочно-галечный), посадка уровней составит 7-10 см, то есть реально глубина увеличится в среднем на 62-65 см.
На втором этапе путевых работ стоит более сложная задача. Необходимо перейти от дноуглубительных работ на отдельных перекатах к созданию системы коренного улучшения судоходных условий на базе комплексных путевых работ, включающих формирование русла, в соответствии с типом руслового процесса. Производство путевых работ на верхнем участке должно включать в себя:
- уточнение направления судового хода и выправительной трассы;
- разработка капитальных прорезей с одновременным закреплением границ трассы выправительными сооружениями;
- закрепление и отторжение побочней,
- применение полузапруд для увеличения водности на судовом ходу.
На нижнем участке необходимы, в соответствии с уточненным направлением судового хода и выправительной трассы, разработка схемы спрямлений, создание капитальных прорезей, возведение запруд в несудоходных рукавах и струенаправляющих дамб.
Главное в мероприятиях по поддержанию и улучшению судоходных условий на Верхнем Иртыше – работа по комплексной схеме, позволяющая при минимуме землечерпательных и других работ обеспечить стабильность судоходных условий.
июль 2007 год