Что такое шлюзование рек

Как это работает? | Cудоходный шлюз

Первый судоходный шлюз, в котором осуществлялось попеременное выравнивание уровня воды, был изобретен Цяо Вэйюэ в 984 году и возведен на Великом Китайском канале. Шлюз представлял собой прямолинейный участок длиной 76 метров, который был ограничен с двух сторон воротами. Они были изготовлены из деревянных брусьев и перемещались вертикально. Берега шлюза были укреплены, а над ним размещался навес. В течение 11 века строители возводили шлюзы по всей длине Великого Китайского канала. Как же работает современный судоходный шлюз? Об этом в сегодняшнем выпуске!

Итак, шлюз — это гидротехническое сооружение на судоходных и водных путях, которое обеспечивает переход судов из одного водного бассейна в другой с различными уровнями воды в них. С двух сторон шлюз ограничен затворами или воротами, между которыми располагается герметичная камера с регулируемым уровнем воды. Камера любого шлюза имеет габариты, достаточные для размещения в ней одного или нескольких судов. При этом, в отличие от судоподъемников, камера шлюза не может менять свое положение или габариты. Однако уровень воды в ней может изменяться.

Одним из самых важных в конструкции шлюзов является водопроводное устройство. Оно предназначено для наполнения и опустошения камеры. Как правило, в качестве такого устройства используется плоский щитовой затвор. В крупных шлюзах могут применяться и специальные насосы.

Процесс пропускания судна через шлюз длится, как правило, от 10 до 20 минут в зависимости от размера камеры и перепада уровня воды. При шлюзовании чередуют направление пропускания судов: после того как судно, идущее вниз по течению, завершило шлюзование, в камеру с уже пониженным уровнем воды заходит судно, движущееся в обратном направлении. Таким образом не приходится выполнять лишнее заполнение либо слив воды из камеры.

Источник

Шлюзование реки

Cудоходный шлюз — гидротехническое сооружение на судоходных и водных путях для обеспечения перехода судов из одного водного бассейна (бьефа) в другой с различными уровнями воды в них. С двух сторон ограничен затворами, между располагается смежная камера, позволяющая варьировать уровень воды в её пределах. Перевод судов посредством судоходного шлюза осуществляется последовательным переводом в смежную камеру после выравнивания в них уровня воды. Использование шлюзов главным образом направлено на то, чтобы сделать водные пространства с различными уровнями воды в них более пригодными для судоходства.

Процесс пропускания судна через шлюз называется шлюзованием. Каждый шлюз имеет три главных элемента:

Принцип работы шлюза следующий:

Шлюзование длится как правило от 10 до 20 минут в зависимости от размера камеры и перепада уровня воды. В случае, если судно движется вверх по течению, процесс реверсируется: судно входит в пустую камеру, затем открывается клапан, наполняя камеру водой и поднимая судно.

При шлюзовании как правило стараются чередовать направление пропускания суден: после того, как судно, идущее, к примеру, вниз по течению, завершило шлюзование, в камеру уже пониженным уровнем воды в ней может сразу же зайти судно, движущееся в обратном направлении. Таким образом не требуется выполнять лишнее заполнение, либо слив воды из камеры.

Использование шлюзов в речной навигации

Использование шлюзов необходимо в случаях, когда для осуществления прохода судов создаётся искусственный обводной канал в обход таких препятствий, как пороги, плотины, дамбы и проч. Плотина увеличивает глубину водного пространства перед ней, в таком случае шлюз может быть установлен либо непосредсвтенно в на плотине, будучи её составной частью, либо в устье бьефа. Река, оснащённая такого рода сооружениями, носит название водного пути. Также с помощью установки шлюза в устье реки можно добиться того, чтобы река перестала быть подверженной влиянию приливов и отливов в крупных водоёмах, в которые она впадает. Для усовершенствования водного пути на реке используются дополнительные шлюзы:

Шлюзы также служат для поднятия и опускания воды в водохранилищах.

Использование шлюзов в каналах

При строительстве первых искуственных каналов, возводимых на, как правило, довольно плоских, негористых участках местности, их инженеры и строители предпочтали строить обводы в случае попадания на пути канала холмов, либо низин. Однако, удлинение канала влекло за собой чрезмерное удорожание его строительства и увеличивало длительность прохождения по нему судна. Для решения этой проблемы стали применяться шлюзы. Далее, по мере усовершенствования технических знаний и возможностей, для прохождения препятствий стали применяться всё новые решения: акведуки, туннели, дамбы. И в каждом из таких сооружений продолжили использовать шлюзы, ставшие с тех времён и по сей день неотъемлемой частью практически любого гидросооружения.

Источник

Общие понятия о шлюзовании рек

ШЛЮЗОВАННЫЕ ВОДНЫЕ ПУТИ

Общие понятия о шлюзовании рек

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Источник

СУЩНОСТЬ ШЛЮЗОВАНИЯ, СОСТАВ ГИДРОУЗЛОВ

Способ увеличения глубин водных путей посредством образования подпертых плотинами бьефов и соединения их шлюзами называют шлюзованием рек.

Плотина — водоподпорное сооружение, перегораживающее во­доток и его долину для подъема уровня воды. Часть водотока, примыкающую к водоподпорному сооружению, называют бьефом. Верхний бьеф — это бьеф с верховой стороны водоподпорного сооружения, а нижний бьеф — с низовой стороны его.

Подъем уровня воды, возникающий вследствие преграждения или стеснения русла водотока или изменения условий стока подземных вод, называют подпором.

Для пропуска судов из одного бьефа в другой устраивают судоход­ный шлюз. В результате устройства ряда гидроузлов продольный про­филь поверхности воды приобретает ступенчатый вид (рис. 29). При комплексном использовании рек кроме плотин и шлюзов строят гидро­электростанции.

Шлюзование, используемое только для судоходных целей, назы­вается транспортным. Оно применяется на небольших реках. В большинстве же случаев шлюзование — элемент в комплексном ре­шении других задач (задачи получения электроэнергии, регулирования стока, орошения, водоснабжения и др.).

Комплекс гидротехнических сооружений, объединенных по распо­ложению и целям их работы, называют гидроузлом. В состав

Рис. 29. Схема продольного профиля Волги с гидроузлами (А—падение, L — расстояние от истока)

гидроузла входит плотина, шлюз, ГЭС, подходные каналы, дамбы и др. Расположение сооружений гид­роузла отличается большим разно­образием. На рис. 30 показана схе­ма расположения сооружений в плане одного из гидроузлов.

Рис. 30. План гидроузла:

1 — оградительные дамбы аванпорта;

2 — верхний подходной канал: 3 — верховые причальные палы; 4 — шлюз: 5 — низовые причальные палы; 6 — нижний под­ходной канал; 7 — русло реки; 8 — зем­ляная плотина; 9 — гидроэлектростанция;

10—бетонная водосливная плотина: 11— бывшее русло реки; 12 — коренные берега реки; 13 — водохранилище; 14 — вход в аванпорт

Плотины больших гидро­узлов обычно состоят из двух ча­стей: бетонной и земляной. Общая длина плотин на больших равнинных реках достигает нескольких километров. Плотины могут быть глухие и водосливные. У первых вода не переливается через гре­бень, у вторых — может переливаться.

Вместе с плотиной сооружается здание гидроэлектростанции, которое может составлять продол­жение плотины (так называемые русловые гидроэлектростанции) и принимать на себя полный, одинаковый с плотиной, напор воды, а также располагаться под защи­той плотины с низовой стороны или совмещаться с плотиной.

Бетонные водосливные плотины (рис. 31) име­ют наибольшее распространение. На гребне водосливной части пло­тины 9 устанавливают металлические затворы 13 в виде подъемных щитов. Затворами регулируют высоту уровня воды в верхнем бьефе / и расход воды, пропускаемой в паводок через плотину.

Водосливная часть (водослив) быками 5 разделяется на отдельные пролеты. Быки служат также опорами для щитов и моста 2, предназ­наченного для связи между берегами и перемещения подъемных кранов 3 затворов. Большую часть го­да щиты опущены и вода в нуж­ном количестве поступает в ниж­ний бьеф 6 через работающие тур­бины ГЭС. Весной щиты поднима­ют для сброса паводковой воды.

Рис. 31. Бетонная водосливная пло­тина

Устойчивость плотины, так же как и других гидротехнических сооружений, в большей степени зависит от фильтрации воды под ней. Поднятая плотиной вода под напором просачивается в грунт и двигается под плотиной к нижнему бьефу. Чтобы предотвратить вымывание грунта при этом процессе, путь движущейся под плотиной

воды удлиняют. Тогда скорость фильтрационного потока уменьшает­ся до такой, при которой вода не будет вымывать грунт.

Для удлинения пути фильтрационной воды перед плотиной устра­ивают понур, который обычно состоит из глиняной подушки 12, за­щищенной от размыва уложенными поверху бетонными плитами 11. Для уменьшения скорости фильтрационного потока под основанием плотины забивают один-два ряда металлических шпунтовых стенок 10. Отдельные шпунтины, плотно соединенные между собою, обра­зуют сплошной заслон. Шпунтовые стенки погружают в грунт на глу­бину до 20 м.

Для погашения скорости и энергии воды, переливающейся через гребень, ниже плотины устраивают водобой 8, представляющий собой бетонную плиту с гасителями энергии в виде бетонных выступов, ко­лодцев и других устройств. Скорость потока на водобое снижается до 3—6 м/с. Выходя из водобоя, поток имеет все же повышенную размы­вающую способность. Поэтому за водобоем устраивают рисберму 7— укрепленный камнем участок дна реки.

Земляные плотины 4 (см. рис. 31) делают глухими, по­этому их гребень всегда на несколько метров выше наивысшего уров­ня воды верхнего бьефа. В поперечном разрезе плотина имеет вид трапеции. При сооружении плотины грунт намывают землесосами или (реже) насыпают сухой грунт. По гребню обычно прокладывают авто­мобильную или железную дорогу. При постройке принимают меры для уменьшения фильтрации воды через плотину: устраивают шпун­товые заслоны, глиняные водонепроницаемые экраны и т. п.

Судоходные разборные плотины (рис. 32) пред­назначаются для подпора воды и увеличения глубины при низком межен­ном уровне воды в реке. При высоком уровне воды плотины разбирают. Плотина состоит из ряда ферм 3, свободно поворачивающихся в под­шипниках бетонного основания 1. Пролеты между фермами перекры­вают щитами. В разобранном состоянии фермы, скрепленные поверху цепями 4, укладывают друг на друга. Верхние оконечности крайних ферм укладывают в нишу 2 устоя. При сборке фермы с помощью лебед­ки 6 ставят в вертикальное положение. По верхней части фермы про­кладывают мостик 5. Разбирают фермы на зиму до ледохода, а устанав­ливают после паводка по мере снижения уровня воды. После установ­ки плотины суда идут через шлюз. В зависимости от величины расхода воды убирают или добавляют необходимое количество щитов.

Напор на плотину обычно составляет 1—4 м. Судоходные разбор­ные плотины построены на реках Москве, Оке, Северском Донце и др.

Условия движения и стоянки судов у плотин осложняются неправильными течениями, возникающими вслед­ствие сброса воды через плотину и ГЭС. В верхнем бьефе образуется течение, направленное в сторону плотины или здания гидроэлектро­станции, а в нижнем бьефе — течение от сбросов воды через плотину и выхода ее из турбин ГЭС, зависящее от особенностей сооружений гидроузла.

Колебания расхода воды, вызываемые работой ГЭС, меняют уровень воды, что затрудняет движение и стоянку судов. Управление судном

Рис. 32. Судоходная разборная пло тина Рис. 33. К условиям судоходства в период строительства гидроузла

у плотин требует повышенного внимания, так как имеются случаи срыва судов с якорей, навалов их друг на друга или посадки на грунт.

Условия судоходства во время строительства гидроузла зависят от организации и очередности строительных работ. Для строительства здания гидроэлектростанции 5 (рис. 33) и водосливной бетонной плотины 3 часть русла реки отгора­живают перемычками 6, за которыми откачивают воду (затем уже ве­дут работу). Одновременно намывают земляную плотину 2 и соору­жают шлюз 4 с верхним подходным судоходным каналом 1. В остав­шейся при этом свободной части русла 7 скорость течения увеличивает­ся, возникают свальные течения, затрудняющие судоходство.

После окончания строительства гидроэлектростанции весь расход воды пускают через турбины, а свободную часть русла перекрывают земляной плотиной. В этот период и в период завершения работ на гидроузле суда движутся через временный канал и шлюз.

По другой схеме гидростанцию и водосливную плотину строят на пойме и к ней в нижнем бьефе прорывают новое русло. Когда эти со­оружения готовы, старое русло перекрывают земляной плотиной. Во время подготовки к перекрытию русла судоходство затрудни­тельно, так как русло сужается из-за отсыпки каменных призм с обоих берегов и в связи с этим возрастает скорость течения.

Источник

Шлюз (гидротехническое сооружение)

Не снимайте пометку о выставлении на переименование до окончания обсуждения.
Дата постановки — 12 мая 2012.

Судоходный шлюз — гидротехническое сооружение на судоходных и водных путях для обеспечения перехода судов из одного водного бассейна (бьефа) в другой с различными уровнями воды в них. С двух сторон ограничен затворами, между которыми располагается смежная камера, позволяющая варьировать уровень воды в её пределах.

В отличие от судоподъемников, при использовании шлюзовых систем требуется большое количество воды, что приводит к снижению их пропускной способности и в том числе к меньшей скорости пропуска судов. Преимуществом является их более простое и дешевое в обслуживании техническое оснащение по сравнению с судоподъемниками.

Содержание

Основные сведения

Процесс пропускания судна через шлюз называется шлюзованием. Перевод судов посредством судоходного шлюза осуществляется последовательным переводом в смежную камеру после выравнивания в них уровня воды. Использование шлюзов главным образом направлено на то, чтобы сделать водные пространства с различными уровнями воды в них более пригодными для судоходства.

Каждый шлюз имеет три главных элемента:

Принцип работы шлюза следующий:

Шлюзование длится как правило от 10 до 20 минут в зависимости от размера камеры и перепада уровня воды. В случае, если судно движется вверх по течению, процесс реверсируется: судно входит в полупустую камеру, затем открывается клапан, наполняя камеру водой и поднимая судно.

При шлюзовании как правило стараются чередовать направление пропускания судов: после того, как судно, идущее, к примеру, вниз по течению, завершило шлюзование, в камеру уже пониженным уровнем воды в ней может сразу же зайти судно, движущееся в обратном направлении. Таким образом не требуется выполнять лишнее заполнение, либо слив воды из камеры.

Использование шлюзов в речной навигации

Использование шлюзов необходимо в случаях, когда для осуществления прохода судов создаётся искусственный обводной канал в обход таких препятствий, как пороги, плотины, дамбы и проч. Плотина увеличивает глубину водного пространства перед ней, в таком случае шлюз может быть установлен либо непосредственно в плотине, будучи её составной частью, либо в устье бьефа. Река, оснащённая такого рода сооружениями, носит название водного пути. Также с помощью установки шлюза в устье реки можно добиться того, чтобы река перестала быть подверженной влиянию приливов и отливов в крупных водоёмах, в которые она впадает. Для усовершенствования водного пути на реке используются дополнительные шлюзы:

Шлюзы также служат для поднятия и опускания воды в водохранилищах.

Использование шлюзов в каналах

При строительстве первых искусственных каналов, возводимых, как правило, на довольно плоских,негористых участках местности, их инженеры и строители предпочитали строить обводы в случае попадания на пути канала холмов, либо низин. Однако, удлинение канала влекло за собой чрезмерное удорожание его строительства и увеличивало длительность прохождения по нему судна. Для решения этой проблемы стали применяться шлюзы. Далее, по мере усовершенствования технических знаний и возможностей, для прохождения препятствий стали применяться всё новые решения: акведуки, туннели, дамбы. И в каждом из таких сооружений продолжили использовать шлюзы, ставшие с тех времён и по сей день неотъемлемой частью практически любого гидросооружения.

Источник