ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ НА ВОДНЫХ ПУТЯХ
В зависимости от назначения и характера искусственные водные пути разделяют на следующие виды: шлюзованные реки; обходные и подходные судоходные каналы; межбассейновые воднотранспортные соединения; водохранилища.
Шлюзованием реки называется способ увеличения судоходных глубин возведением на реке ряда гидроузлов, повышающих в период навигации уровни воды в реке по сравнению с имевшимися в ее естественном состоянии. При этом преодоление судами сосредоточенных перепадов уровней воды осуществляется через входящие в состав гидроузлов судопропускные сооружения – судоходные шлюзы и судоподъемники. В судоходных шлюзах суда переходят из верхнего бьефа в нижний и обратно через камеры, уровни воды в которых попеременно выравниваются с уровнями верхнего и нижнего бьефов. В судоподъемниках камеры вместе с находящимися в них судами перемещают между уровнями воды в бьефах по наклонным путям или по вертикальным направляющим.
Общая схема разделения реки на бьефы зависит от характера намечаемого шлюзования, целей использования гидроузлов: шлюзование реки только в интересах транспорта – для улучшения судоходных условий; каскад гидроузлов предназначен для комплексного использования: в интересах водного транспорта, энергетики, мелиорации, водоснабжения и т. д. Шлюзование
Низконапорный вариант шлюзования: 1 – кривая низких уровней воды; 2 – кривая высоких паводков
Высоконапорный вариант шлюзования: 1 – кривая низких уровней воды; 2 – кривая высоких паводков
Волжский каскад энергетически-транспортных гидроузлов
Схема Волжско – Камского шлюзованного водного пути
Шлюзы
Судоходный шлюз – это напорное гидротехническое сооружение на судоходных и водных путях, обеспечивающее переход судов из одного водного бассейна (бьефа) в другой с различными уровнями воды в них.
1 – верхний подходной канал; 2 – верхняя голова; 3 – камера шлюза; 4 – нижняя голова; 5 – нижний подходной канал; 6 – направляющие палы; 7 – причальные стенки
Основные элементы судоходного шлюза: герметичная камера, имеющая верхнюю и нижнюю головные части и объем (вместимость), достаточный для размещения одного или нескольких судов; уровень воды в камере изменяется в процессе шлюзования; ворота – металлические щиты, расположенные на обоих концах камеры и служащие для впускания и выпускания судна из камеры и герметизирующие камеру во время шлюзования; водопроводные устройства, предназначенное для наполнения и опорожнения камеры; как правило, в качестве таких устройств используются щитовые затворы.
1 – ворота ВГ; 2 – гасители энергии; 3 – плавучие рымы; 4 – двустворчатые ворота; 5 – затворы галерей; 6 – водопроводные галереи опорожнения
Продольный разрез План шлюза
Шлюз Волго-Донского судоходного канала
Куйбышевское водохранилище на участке судоходного двухниточного шлюза
Гидроузел «Три ущелья» (Китай) – пятикамерный двухниточный шлюз
Гидроузел «Три ущелья» (Китай) – пятикамерный двухниточный шлюз
Камера шлюза «Три ущелья», Китай
Камера шлюза «Три ущелья»
Соседние камеры для спуска судов – «Три ущелья»
Панамский канал
16– ти камерный шлюз (лестница) на канале Эйвон, Англия
Судоподъемники
Судоподъемник – комплекс механизмов, предназначеный для преодоления судами сосредоточенных падений уровней воды и позволяющий осуществлять подъём и спуск судов с одного уровня водного пути на другой. На практике осуществлены следующие основные схемы судоподъемников: вертикальные, наклонные и вращающийся (пока единственный в мире).
По способу перемещения: на плаву – в камере, наполненной водой; без воды, по принципу сухого дока. По направлению перемещения: наклонные, - продольные, - поперечные; вертикальные; вращающиеся. По типу привода и балансировке: водяной балласт: гидравлический привод; электрический привод; поплавковый привод.
Наклонные судоподъемники в зависимости от положения судна к направлению его перемещения бывают продольными и поперечными. По форме продольного профиля они могут быть односкатными или двускатными. Суда могут перемещаться в тележках насухо или на плаву в камерах. Тележки могут быть самоходными или прицепными.
Схема продольного судоподъемника «Ронкьер» (Бельгия)
Продольный судоподъемник
Поперечный судоподъемник
Схема судоподъемника Красноярского гидроузла (Россия)
Различают три вида вертикальных судоподъёмников: механические судоподъёмники работают аналогично обычному лифту, камера висит на тросах и уравновеши-вается противовесом; в поплавковых судоподъемниках камера поддержива-ется поплавками, которые находятся в подземных резервуарах (шахтах или колодцах), изменяя количество воды в шахтах, можно поднимать или опускать камеру; в гидравлических (плунжерных) две камеры связаны между собой и приводятся в движение по принципу гидравлического пресса.
Механический вертикальный судоподъемник
Поплавковый вертикальный судоподъемник
Краткий обзор существующих в мире судоподъёмников
На Центральном канале расположены четыре старинных шлюза-судоподъёмника, включённых ЮНЕСКО в 1998 году в список Всемирного наследия: в Уданг-Гоеньи; в Уданг-Эмери; в Стрепи-Бракньи; близ Тьё.
Помимо Центрального канала: наклонный судоподъёмник Ронкьер близ одноименной деревни в муниципалитете Брен-Ле-Комт; самый высокий вертикальный судоподъёмник в мире – судоподъемник Стрепи-Тьё. Судоподъёмник Стрепи-Тьё состоит из двух уравновешенных камер, наполненных водой. Они могут двигаться в вертикальной плоскости независимо друг от друга. По закону Архимеда вес камер не должен зависеть от того, находится ли в них судно или нет. На практике постоянный уровень воды поддерживать сложно, поэтому масса камер меняется в пределах от 7200 до 8400 тонн. Полезная ширина каждой камеры 112 м, высота 12 м, глубина — от 3,35 до 4,15 м. Каждая камера подвешена на 120 несущих тросах, которые переброшены через направляющие шкивы диаметром 4,8 м и связаны с противовесами. Дополнительно по 32 троса управления используются для подъёма и спуска камер. Диаметр каждого троса 85 мм. Масса противовесов подобрана так, чтобы сила натяжения тросов управления не превышала 100 кН. Каждую камеру поднимают по восемь лебедок, приводимых в действие четырьмя электромоторами через редукторы. Камера преодолевает высоту в 73 метра за семь минут. Длина судоподъёмника 130 м, ширина 81 м, высота 117 м.
Судоподъемник Стрепи-Тьё с высоты птичьего полета
Вид со стороны нижнего канала
Вид со стороны нижнего канала
Противовесы
Нижний бьеф
Верхний бьеф
Нижний бьеф
№ 1. Houdeng-Goegnies
№ 2. Houdeng-Aimeries
№ 3. Strépy-Bracquegnies
№ 4. Thieu
Пять судоподъемников: Судоподъёмник в Андертоне, графство Чешир; Кессонный шлюз близ Ком Хей Фолкиркское колесо Наклонный судоподъёмник в Фокстоне Наклонный судоподъёмник Хей в Айрон-Бридже Фолкиркское колесо — первый в мире вращающийся судоподъемник, соединяющий каналы Форт-Клайд и Юнион. Построен в 1999 – 2002 г. Перепад высот между этими водными артериями составляет 35 м. Перемещается не менее 8 яхт и катеров среднего размера за 15 минут. Часть акведука длиной 150 метров проходит под землей по туннелю эллиптического сечения. Является популярным туристским объектом.
Пол оборота
Вид сверху виадука
Наклонный судоподъёмник Хей
Судоподъёмник в Брукерхафене
Канхебехаус (подъёмник барж-контейнеров) в Хальсбрюке ; Канхебехаус в Гросфогтсберге; Судоподъёмник в Хенрихенбурге; Судоподъёмник в коммуне Нидерфинов; Судоподъёмник в Ротензее; Двойной судоподъёмник Шарнебек.
Открытка 1900 года
Построен в 1974 году. Напор (высота подъема судов) – 38 м
Судоподъёмники на каналах Трент-Северн в провинции Онтарио: Киркфилдский подъёмный шлюз; Подъёмный шлюз в Питерборо; Сухопутный эллинг в Биг Шут; Сухопутный эллинг в Свифт Рапидс.
Парный вертикальный судоподъемник в Питерборо
Наклонные судоподъёмники – похильни – на Эльблонгском канале перевозят суда посуху (небольшие суда водоизмещением до 50 тонн)
Похильня на Эльблонгском канале
Похильня на Эльблонгском канале
Железная дорога для переправы судов волоком в горах Аллеганах, в штате Пенсильвания; 23 наклонных судоподъёмника на канале Моррис в штате Нью- Джерси. Канал Моррис в штате Нью-Джерси
Судоподъёмник Фонтиньетты; Наклонный шлюз Фонсеран на Южном канале, близ города Безье; Наклонный шлюз в Монтеш на боковом канале Гаронны; Наклонный судоподъемник близ Сен-Луи и Арзвиллера на канале Марна – Рейн в Лотарингии.
Наклонный шлюз Фонсеран
Наклонный шлюз Фонсеран
Тягач (трактор) наклонного шлюза Фонсеран
Наклонный шлюз в Монтеш
Судоподъёмник Фонтиньетты
Поперечный наклонный судоподъемник близ Сен-Луи и Арзвиллера
Поперечный наклонный судоподъемник близ Сен-Луи и Арзвиллера
Камера судоподъёмника Арзвиллер
Наклонный судоподъёмник Орлицкой плотины на реке Влтаве (на заднем плане)
В Японии два судоподъемника: наклонный судоподъёмник на канале Камогава, в городе Киото; наклонный судоподъёмник на канале Бива-ко, в пригороде Киото. Судоподъёмник Бива-ко, 1940 г.
Бива-ко сегодня
Судоподъёмник водохранилища Даньцзянкоу (Danjiangkou) в провинции Хубэй, способный поднимать суда водоизмещением до 450 тонн; Судоподъёмник ГЭС Geheyan в провинции Хубэй, способный поднимать суда водоизмещением до 300 тонн. Плотина запущена в эксплуатацию в 1994 году, однако из-за технических проблем судоподъёмник начал работать лишь спустя четыре года; Судоподъёмник водохранилища Луньтань (Longtan); Судоподъёмник Янтань (Yantan); Судоподъёмник гидроузла «Три ущелья».
Гидроузел «Три ущелья» (модель)
Модель плотины гидроузла «Три ущелья» (справа судоподъемник)
1 — здание диспетчерского пульта; 2 — поворотное устройство; 3 — монтажно-ремонтная площадка; 4 — судовозная камера с судном.
Судоходные каналы
Обходные каналы в составе Мариинской, Тихвинской и Вышневолоцкой водных систем
Приладожские каналы
Онежский канал
Белозерский обводной канал
Обходные береговые каналы в США
Подходные каналы прокладывают от рек, озер и водохранилищ к расположенным вне берегов промышленным центрам, отдельным крупным предприятиям для доставки водным путем грузов непосредственно к причалам. Обычно это делается при больших объемах перевозок и небольшой длине каналов. Подходные каналы прокладывают также от русел рек к внерусловым портам.
Современные межбассейновые воднотранспортные соединения – это сложные шлюзованные системы, представляющие собой большой комплекс гидротехнических сооружений (шлюзов, плотин, дамб, водосбросов, каналов, насосных станций и т. д.). В состав межбассейновых воднотранспортных соединений часто входят не только судоходные каналы и гидроузлы на реках, но и гидроэлектростанции, водозаборы оросительных систем или водоснабжения и другие сооружения.
РОССИЙСКИЕ Беломорско-Балтийский канал, соединяющий Белое море с Онежским озером, а через него – с Балтийским морем. Канал имени Москвы начинается от Иваньковского гидроузла на реке Волге и заканчивается при впадении в реку Москву в северо-западной части города Москвы. Волго-Донской водный путь : выход с Волги в Черное море. В состав водного пути входят шлюзованый судоходный канал между Волгой и Доном с машинным питанием из Дона и Цимлянский гидроузел на Дону с водохранилищем. Волго-Балтийский водный путь между Балтийским морем и Волгой проходит от Финского залива через Неву, Ладожское озеро, Свирь, Онежское озеро, Вытегру, водораздельный канал, Ковжу, Белое озеро, Шексну и далее по шекснинской ветви Рыбинского водохранилища выходит в Волгу.
ЗАРУБЕЖНЫЕ Панамский канал связывает Атлантический и Тихий океан через узкий перешеек в Центральной Америке на территории Панамы. Кильский канал, соединяющий Балтийское и Северное моря. Коринфский канал соединяет одноименный залив Ионического моря с Эгейским. Построен он в 1881 – 1893 годы. Канал Рейн-Майн-Дунай связывает бассейны крупнейших рек Европы в единую воднотранспортную систему от Северного до Черного моря. Суэцкий канал между Средиземным и Красным морями является единственным из упомянутых открытым (нешлюзованным) межбассейновым соединением.
ИСТОРИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
Судопропускное устройство (гидрослив) на Великом канале. (со старинной китайской гравюры)
Гидрослив самого старого в мире транспортного «Волшебного канала»
Древний китайский шлюз. Первый шлюз в Китае – 984 год.
Полушлюзы впервые в Европе были применены в Германии в XIII веке на реке Альстер. Полушлюзы с затворами в виде горизонтальных брусьев (шандор) или вертикальных брусьев (спиц) использовались при напорах до 1 м и ширине судового отверстия до 12 м. Затворы в виде двустворчатых ворот с вертикальными осями вращения были построены в Германии в XIV веке – полушлюзы на реке Дельфенау, притоке Эльбы.
Первое описание камерного шлюза было сделано в 1440 году итальянцем Баптисте Альберти.
Канал со шлюзами
Ворота для шлюза
Дноуглубительный снаряд
В Италии при строительстве канала между городами Миланом и Павией длиной 30 км Бертола да Новата впервые применил камерный шлюз для преодоления напора в 25 м. С XV века строительство судоходных гидротехнических сооружений началось в Германии, Бельгии, Франции, Швеции и других странах Европы.
Год Страна Водный путь Состав 1 2 3 4 1480 Германия река Эльба Шлюз с уширенной камерой у г. Лауэнбурга 1530 Германия реки Траве и Альстер с использование воды реки Бесте Судоходный шлюз 1555 Германия река Хавель Шлюз с уширенной камерой у г. Бранденбурга 1560 Германия река Зааде Два шлюза с деревянными стенами и подъемными воротами, которые служили одновременно для наполнения и опорожнения камеры 1561 Бельгия Северное море – Брюссель Судоходный канал Вилленброк с четырьмя камерными шлюзами 1570 Германия Балтийское море – г. Висмар Судоходный канал с четырьмя камерными шлюзами
Год Страна Водный путь Состав 1 2 3 4 1578 Германия река Шпрее Деревянный камерный шлюз у Берлина 1580 Германия река Эмс – река Рейн Судоходный шлюз 1620 Германия река Хавель – река Финов Судоходный канал с одиннадцатью камерными шлюзами 1639 Швеция озеро Хьельмер – озеро Мелар Судоходный канал 1642 Франция река Сена – река Лаура Судоходный канал Бриар длиной 59 км с 43 шлюзами 1643 Бельгия река Лейе – Северное море Судоходный шлюз с двумя сберегательными бассейнами на Ипрском канале 1681 Франция река Гаронна – Средиземное море Южный судоходный канал длиной 240 км с 99 шлюзами
Страна Общая длина ВВП, тыс. км Количество шлюзов + судоподъемников, единиц Россия 101,6 110 + 1 Китай 56,0 900 + 60 Германия 7,1 202 + 5 США 22,2 191 (237 камер) + 0
Начало XVI века, канал на реке Арно от Флоренции до Пизы. Работы по руководством Леонардо да Винчи были начаты, но не закончены из-за войны флорентийцев с пизанцами.
Фото со спутника
Строительство Суэцкого канала
Торжественное открытие Суэцкого канала 17 ноября 1869 в Порт-Саиде
Одни из первых путешественников по Суэцкому каналу – XIX век Рисунок Суэцкого канала (1881)
Мост Мубарак
Мост Эль-Фердан
Начало строительства «Компанией межокеанского канала» француза Лессепса (строителя Суэцкого канала) – 1881 год. В 1892 году – банкротство кампании Лессепса. Строительство Панамского канала было продолжено и завершено американскими гидротехниками в 1904 – 1914 годы. 15 августа 1914 года состоялось неофициальное открытие канала. Официально канал открыт 12 июля 1920 года. Длина канала по суше – 65,2 км, а с подводными прорезями на подходах – 81,6 км. Минимальная ширина – 150 м., глубина – 12,6 м. Канал двухсклонный, шлюзованный. Гутунское озеро на водоразделе имеет отметку 25,9 м. Шлюзы двухниточные, на атлантическом склоне трехступенчатые, а на тихоокеанском – одноступенчатые, с размерами камер 305×33,5 м.
Строительство Панамского канала
Строительство Панамского канала
Строительство Панамского канала
Впервые Сайменский канал пущен в Финляндском великом княжестве 7 сентября 1856 года. В 2006 году прошли празднования 150-летия постройки канала.
Общая протяженность канала составляет 57,3 километра.
Ширина перешейка 6,3 км
1906 год
Погружной мост
Соединяет Северное и Балтийское моря по кратчайшему направлению между городами Киль и Бронцбутель. Длина – 98,7 км.
Карта Кильского канала, 1888 год Длина 98,7 км. Минимальная ширина – 50 м, глубина 11 м. По концам построены шлюзы. Современные шлюзы двухниточные, одноступенчатые с размерами камер 330×45×14 м. На канале сделано 11 уширений с причалами для судов, ожидающих расхождения с встречными. Канал работает круглогодично.
Это канал в Германии, в федеральной земле Бавария. Соединяет реки Майн (приток Рейна) и Дунай. Обеспечивает транспортное речное сообщение между Атлантическим океаном, Северным морем и Черным морем.
Начинается от города Бамберг, протекает через Нюрнберг и соединяется с Дунаем у города Кельхайм.
Канал оборудован шестнадцатью шлюзами. Одиннадцать из них располагается в рейнском бассейне, и осуществляют подъем с уровня 230,8 метров до уровня водораздела 406 метров. Пять шлюзов расположены в бассейне Дуная, и осуществляют перепад с водораздела до 338,2 метров.
Канал Майн-Дунай имеет глубину воды 4 м, ширину по дну 31 м и по урезу воды – 55 м. Шлюзы канала стандартного европейского размера 190×12×4,5 м с различными напорами. Три шлюза на водоразделе имеют напоры почти по 25 метров, сложные системы питания водой и снабжены сберегательными бассейнами, позволяющими экономить до 70% сливной призмы. Канал машинный – пять насосных станций подают воду из Дуная, причем их производительность 25 м 3 /с покрывает не только потребности канала в воде (14 м 3 /с), но и обеспечивает обводнение Майнского водного пути. Некоторые участки канала выполнены в виде бетонных акведуков. Отметка воды в водораздельном бьефе – 406 м, что является самым высоким водоразделом на искусственных водных путях в Европе, да, пожалуй, и в мире.
Канал Рейн-Майн-Дунай у города Нюрнберг
Шлюз «Бамберг»
Строительство: 1997 – 2003 годы. Характеристики: Длина – 1 500 м; Ширина – 34 м; Глубина – 4,25 м; Макс. пролет – 106 м.
Конец раздела
