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.

Рис. 1. Схема водных путей Верхне-Иртышского бассейна

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 участкаПротяжен- ность, кмГлубина, смШирина, МРадиус закруг- ления, м
Буран-Приозерное11010540150
Приозерное-Куйган17520060300
Куйган- Бухтарминская ГЭС25020060300
Бухтарминская ГЭС- Усть-Каменогорская ГЭС    7720060300
Усть-Каменогорская ГЭС- мост «Лопатино»1910540150
Мост «Лопатино»-Убинск11510540150
Убинск-Шульбинская ГЭС5020060300

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.

Рис. 2. Нижний подходной канал Бухтарминского шлюза.

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.

Рис. 3.Судоходная камера Усть-Каменогорского шлюза.

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.

Рис. 4. Вид Шульбинского судоходного шлюза.

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.

Рис. 5. Пример обработки донной картографии по цифровой системе.

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:

  1. 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

RХарактеристика
речной долины
Характеристика
руслового потока
Тип руслового
процесса
Характер влияния на
судоходные условия
1Пойменная разветвленность полностью ограничена, ложе русла галечно-каменистое     Скорость течения повышеннаяБлизок к ленточно-грядовомуR(S)1
2Пойменная разветвленность полностью ограничена, ложе русла галечно-каменистое   Скорость течения пониженнаяБлизок к осередковомуR(S)2
3Пойменная разветвленность ограничена с одного берега, ложе русла галечно-песчаноеСкорость течения повышеннаяБлизок к побочневомуR(S)2
4Пойменная разветвленность ограничена с одного берега, ложе русла галечно-песчаноеСкорость течения пониженнаяБлизок к ограниченному меандрированиюR(S)3
5Пойменная разветвленность не ограничена, ложе песчаноеСкорость течения повышеннаяБлизок к свободному меандрированиюR(S)3
6Пойменная разветвленность не ограничена, ложе песчаноеСкорость течения пониженнаяБлизок к незавершенному меандрированиюR(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

ГруппаХарактеристикаСхема улучшения путевых условий
ПерваяУчастки с недостаточными глубинами в прямолинейных и слабо-криволинейных руслах с развитыми затонами и свальными течениямиУглубление перекатов, ликвидация свальных течений, закрепление побочней, разработка нового судового хода
ВтораяСильно извилистые участки в меандрирующих руслах с мелкими перекатамиСпрямление 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
ТретьяРазветвленные участки с перекатами в руслах, имеющих пойменную и русловую многорукавностьУглубление 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
ЧетвертаяУчастки с недостаточными глубинами в руслах с неразмываемыми грунтамиУдаление 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.

Рис. 6. Начало работ по спрямлению судового хода.

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

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.