5_ТОПП учебное пособие. Н. Н. Казаков мво образования Респ. Беларусь, Белорус гос унт трансп. Гомель Белгут, 2009. 207 с
 Скачать 4.82 Mb.
|
|
1.3 Характеристика водных путей Вода, в виде атмосферных осадков выпадая на сушу, за исключением той воды, которая просачивается в грунт и испаряется, стекает по ее поверхности по склонам-водотокам. Мелкие водотоки называются ручьями, более крупные, имеющие разработанное русло и долину, – реками. Та часть суши, с которой воды стекают в данную реку, называются поверхностным бассейном реки. Начало реки называется истоком, место впадения ее в море, озеро или другую реку – устьем. Как правило, счет километров ведется от устья, как более определенной точки, чем исток (рисунок 1.9). L , км 500 Море 1000 Море 20 Море 0 Море 50 Море Исток Море Течение Море H, м Устье Море 1 ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ БАЗЫ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА 18 Рисунок 1.9 – Продольный профиль реки Совокупность рек, сливающихся вместе и выносящих свои воды к месту впадения в другой водоем в виде общего потока, называется речной системой. Река, впадающая в море или озеро, считается главной рекой, остальные реки системы – ее притоками. Различают притоки первого порядка – это реки, впадающие в главную реку, второго порядка – реки, впадающие в приток первого порядка, и т. д. 1.3 Характеристика водных путей 19 Река отличается от ручья наличием долины, которая представляет собой вытянутое, извилистое углубление земной поверхности, образованное многолетней деятельностью реки и имеющее наклон от истока к устью. Наиболее пониженную часть долины, заполненную водой в течение всего года, называют руслом реки, а та часть долины, которая заливается водой только в паводок поймой. Реки преимущественно снегового питания имеют мощное весеннее половодье период навигации, характеризующийся высокими уровнями воды, после спада которого наступает период стояния низких уровней воды – межень. На реках европейской части России, Украины, Республики Беларусь, стран Дунайского бассейна и Балтии часто происходит осенний подъем уровней воды, вызванный обилием осадков в это время года (рисунок 1.10). Рисунок 1.10 – График колебания уровней воды за год Н – высота уровня воды t – периоды года (месяцы t лс – ледостав t лх – ледоход Как видно из графика (см. рисунок 1.10), апрель, май и июнь – месяцы навигации, когда флот может быть загружен на максимальную грузоподъемность, и, следовательно, эксплуатация флота в данный период наиболее эффективна. При движении воды в реках наблюдается значительная неравномерность распределения скоростей по вертикалям живого сечения реки. Эпюры скоростей течения на вертикалях русла реки при различных условиях приведены на рисунке 1.11. Кроме продольного течения в реках наблюдаются течения циркуляционные, поперечные по отношению коси русла. Такие течения возникают на повороте русла под действием центробежных сил и существенно усложняют процесс судовождения. В поверхностных слоях они направлены в сторону вогнутого берега, в донных – в обратную сторону (рисунок 1.12). Эти течения подмывают вогнутый береги отлагают наносы у выпуклого, вследствие чего глубины у вогнутого берега больше, чему выпуклого. t XII XI X IX VIII VII VI V IV III II I H t лх t лc t лc t лх 1 ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ БАЗЫ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА 20 а) б) в) г) Рисунок 1.11 – Эпюры скоростей течения на вертикалях русла реки а – при отсутствии ветра б – при наличии ледяного покрова в – при наличии донных препятствий г – при наличии донной растительности Рисунок 1.12 – Циркуляционное течение 1 – вогнутый подмываемый берег 2 направление течения у поверхности 3 – направление течения у дна 4 – выпуклый берег За редким исключением, все судоходные реки стран СНГ, Балтии и Дунайского бассейна зимой покрываются льдом. Замерзание реки начинается после того, как температура воды понизится до нуля. Первоначально появляются тонкие ледяные пленки, состоящие из смерзшихся кристаллов игольчатой формы. Эти пленки напоминают разлитую маслянистую жидкость и поэтому называются ледовым салом. Одновременно с появлением на поверхности воды сала в толще потока образуется губчатый лед. Большая часть внутриводного губчатого льда всплывает на поверхность реки, где смешивается с салом, снегом и отдельными льдинками, оторвавшимися от берегов, и образует комки непрозрачного льда, называемого шугой. Соприкасаясь с холодным воздухом, отдельные комки шуги смерзаются и превращаются в льдины. 0 ,2 h v max v ср h 0 ,6 h v max 0 ,4 h v max v max 1 2 3 4 Вид сверху Вид сбоку 1.3 Характеристика водных путей 21 Осенний ледоход продолжается до тех пор, пока под влиянием каких- либо причин на каком-нибудь участке не прекратится движение льда и не произойдет быстрое его смерзание и образование ледяного покрова. Вскрываются реки при наступлении положительных температур воздуха. Под воздействием солнечной радиации и теплого воздуха происходит таяние льда и расслабление его прочности. Одновременное таяние снега в бассейне увеличивает приток воды в реку. Вследствие этого уровень воды в ней повышается, что, в свою очередь, отрывает лед от берегов, образуются трещины и впоследствии наблюдаются подвижки ледяных полей. Дальнейшее повышение уровня воды в реке приводит к тому, что большие поля начинают дробиться на более мелкие льдины и вся масса льда приходит в движение – начинается весенний ледоход. Момент полного очищения реки от льда считается началом физической навигации, момент появления осенью сала – ее окончанием. Длительность физической навигации как на одной реке, таки на отдельных реках, в зависимости от геодезических, гидрологических и других условий, изменяется в значительных пределах, например, для водных путей Украины и Республики Беларусь эта величина составляет от 200 до 220 суток, для реки Кубани – в среднем 270 суток. Общая классификация водных путей приведена на рисунке 1.13. Все водные пути подразделяют на внутренние ив не ш ни е . Внешние водные пути – это моря и океаны, которые из-за глубин, несравнимо больших величины осадки морского флота, используемого на перевозках по ним, эксплуатируются практически в естественных условиях. Лишь на подходах к береговым ориентирам (например, маякам) или портам, расположенным на мелководье или в устьях крупных рек, где значения гарантированной глубины недостаточно для судоходства таких судов, применяются специальные средства навигации или эксплуатации морского флота. Внутренние водные пути делят на естественные и искусственные. К естественным водным путям относятся озера и реки в свободном состоянии. Киску с ст вен н ы м – судоходные каналы, шлюзованные реки и водохранилища. Данная группа водных путей является наиболее благоустроенной для судоходства и поэтому их удельный вес в общей протяженности водных путей региона является важной качественной характеристикой. Внутренние водные пути разделяются также на пути с судоходной обстановкой (освещаемой или неосвещаемой) и без нее, с гарантированными и негарантированными габаритами судовых ходов. По условиям ветро-волнового режима внутренние водные пути разделены на разряды М – морской, О – озерный, Р – речной и Л – легкий. Главным фактором при установлении разряда водоема является обеспеченность менее 4 % навигационного периода волн тех размеров, на которые рассчитана прочность судов соответствующих 1 ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ БАЗЫ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА 22 классов если высота волны достигает 4 м, длинам, то водный путь относится к разряду М, соответственно, 2 им к разряду О, 1,2 им Р. К разряду Л относятся водные путине вошедшие в указанные разряды. Рисунок 1.13 – Классификация внутренних водных путей Разряда Л Малые реки Внутренние водные пути Естественные Искусственные по происхождению по условиям ветро-волнового режима Разряда М Разряда О Разряда Р по интенсивности судоходства Сверхмагист рали Магистрали Пути местного значения Постоянные Временные повремени эксплуатации С судоходной обстановкой Без судоходной обстановки по наличию навигационной обстановки С гарантируемыми габаритами С негарантируемыми габаритами по гарантии габаритов судового хода Судоходные Сплавные повремени использования 1.3 Характеристика водных путей 23 На практике не все пространство водных путей может быть использовано для судоходства. Это обусловлено рядом причин, которые препятствуют использованию водного пространства для данной цели как по длине, ширине, радиусу закругления водного пути, таки по габаритам надводных коммуникаций. Для движения судна или состава несамоходных судов по водному пути выделяется пространство, называемое судовым ходом и ограниченное минимальными глубиной Т, шириной В, радиусом кривизны R и надводным габаритом коммуникаций H нг (рисунок 1.14). Перечисленные параметры называются габаритами судового хода. Рисунок 1.14 – Схема водного пути и судового хода На свободных реках гарантированные габариты судовых ходов обеспечивают с помощью комплекса путевых работ обслуживание навигационного оборудования водного пути, траление, руслоочистительные работы, землечерпание, скалоуборочные работы, выправительные работы, берегоукрепительные работы. Для информирования судоводителя о границах судового хода используется судоходная обстановка навигационная обстановка, предназначенная для обеспечения на водных путях безопасного и беспрепятственного плавания судов, судовых и плотовых составов. Знаки судоходной обстановки бывают береговые (рисунок 1.15, аи плавучие (рисунок 1.15, б. Они указывают направление, границы и габариты судового хода, границы акваторий портов, пристаней и рейдов, места свальных течений, начало и конец однопутных участков и возможность движения по ним в томили ином направлении, судоходные В T Н нг R 1 ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ БАЗЫ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА 24 пролеты мостов, подводные и надводные переходы и места, где суда должны подавать сигналы. Специальными знаками судоходной обстановки регулируется движение судов, судовых и плотовых составов через судопропускные сооружения. На водных путях с достаточно интенсивным судоходством, для того чтобы было возможно круглосуточное движение судов, применяют освещаемые обстановочные знаки, например магистральный участок Днепра ниже порта Киев, река Дунай. На путях, где густота движения судов не оправдывает содержания освещаемой обстановки, знаки не освещаются и судоходство осуществляется лишь в светлое время суток – водные пути Республики Беларусь. Знаки такой навигационной обстановки принято называть не освещаемыми. На тех путях, где судоходство неинтенсивно, но при этом требуется круглосуточное движение судов, применяется светоотражающая обстановка, обнаруживаемая с помощью судовых прожекторов. а) б) Рисунок 1.15 – Знаки судоходной обстановки а – береговые знаки (перевальный, ходовой б – плавучие знаки (бакен, буй) Для повышения гарантированной глубины судового хода (Г) на реках и судоходных каналах возводят гидроузлы с судоходными сооружениями. Река или трасса судового канала в этом случае делится напорными сооружениями на отдельные, соприкасающиеся между собой участки – бьефы (рисунок 1.16). а) б) Г Г Г Г ВБ НБ ГУ3 ГУ2 ГУ1 1.3 Характеристика водных путей 25 Рисунок 1.16 – Схемы продольного профиля водного пути а в естественных условиях (Н Г1 ); б зарегулированного гидроузлами (Н Г2 ) Напор воды от одного гидроузла (ГУ1) распространяется до следующего, выше расположенного (ГУ2). У гидроузла таким образом создается верхний бьеф (ВБ) и нижний бьеф (НБ). Пропуск судов и составов из верхнего в нижний бьефы гидроузла и наоборот осуществляется через судоходный шлюз. На рисунке 1.17 приведена общая принципиальная схема плана судоходного шлюза. Шлюзы бывают однокамерными и многокамерными, в одну нитку и параллельные. Однокамерные шлюзы успешно работают при напоре домна нескальных грунтах и домна скальных. Самая высокая часть днища шлюза называется королем или порогом. Вертикальная грань порога образует стенку падения. Емкость, в которую непосредственно поступает вода из верхнего бьефа в процессе наполнения шлюза, называется камерой гашения энергии. Глубина на верхнем короле шлюза со стенкой падения и дна подходного канала задается исходя из осадки судов, принимаемых на расчетную перспективу с учетом запаса воды верхнего бьефа, а также с учетом предвесенней сработки уровня водохранилища, и оказывает влияние назначение гарантированной глубины участка водного пути. Технологию шлюзования укрупненно можно представить как вход судна, состава или группы судов в камеру, выравнивания уровней воды в камере с другим бьефом или со смежной камерой (для многокамерных шлюзов, выход шлюзуемого судна, состава или группы судов в другой бьеф или переход в смежную камеру (рисунок 1.18). УВБ УНБ УВБ г) в) УНБ 1 2 3 5 6 7 4 8 Рисунок 1.17 – Принципиальная схема плана камеры шлюза 1 – верхний подходной канал 2 – верхняя голова 3 – водопроводные галереи 4 – камера 5 – ворота 6 – нижняя голова 7 – нижний подходной канал 8 – стены камеры УВБ УНБ УВБ УНБ б) а) 1 ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ БАЗЫ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА 26 Рисунок 1.18 – Схема пропуска судов через шлюза, б из верхнего бьефа в нижний в, г из нижнего бьефа в верхний УВБ, УНБ – уровни воды верхнего и нижнего бьефа Многокамерные шлюзы (например, Запорожский шлюз) возводят при значительных напорах воды. Эксплуатация многокамерных шлюзов сложнее эксплуатации однокамерных, так как растет число операций при шлюзовании и, следовательно, снижается пропускная способность системы. Поэтому наибольшее распространение на реках и судоходных каналах получили однокамерные шлюзы. Характеристики водных путей, такие как скорость течения, извилистость русла, разряд пути, габаритные размеры судового хода и судопропускных сооружений, продолжительность навигационного периода являются важнейшими исходными данными для эффективной организации перевозочного процесса речным транспортом и оказывают влияние на все основные аспекты его функционирования. 1.4 Характеристика речных портов и других прибрежных пунктов Прием грузов, погрузка их на суда и посадка пассажиров для перевозки водным транспортом, выгрузка грузов из судов, выдача их грузовладельцами высадка пассажиров, а также передача груза, доставленного по водному путина смежные виды транспорта и наоборот, производятся в прибрежных пунктах. В зависимости от характера ирода деятельности эти пункты подразделяют на порты, пристани и остановочные пункты. Портом называется прибрежный пункт в установленных границах, связанный с транспортными магистралями и оборудованный причальными устройствами, береговыми сооружениями и техническими средствами, необходимыми для осуществления грузовых работ, хранения и перевалки грузов, комплексного обслуживания флота, а также обслуживания пассажиров. Пристань прибрежный пункт, принимающий и выдающий грузы, багаж, производящий посадку и высадку пассажиров, оборудованный соответствующими техническими средствами для выполнения своих функций. 1.3 Характеристика водных путей 27 Остановочный пункт прибрежный пункт, производящий посадку и высадку пассажиров, а также прием и выдачу багажа. Основное назначение порта заключается в передаче грузов сводного транспорта на сухопутный (рисунок 1.19). Прибывающие на судах грузы или перегружаются непосредственно на железнодорожный 2 и автомобильный транспорт 4 (прямой вариант перегрузки, по схемам соответственно судно вагон, судно автомобиль, или на открытые площадки 3 ив крытые склады 5, где грузы сортируют и укладывают в штабеля 6, а в последующем передают на сухопутный транспорт 7. 1 ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ БАЗЫ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА 28 Рисунок 1.19 – Схема основных грузовых операций в порту В крупных устьевых портах применяется прямой вариант перегрузки по схеме судно судно междуречными, например, морским судном 1. В порту производятся широкая номенклатура операций по передаче грузов на сухопутные виды транспорта и наоборот. Различают следующие виды портовых операций грузовые, пассажирские, технические и коммерческие. Грузовые операции выполнение перегрузочных работ и внутрискладских работ по подготовке помещений для приема, хранения и отправления грузов. Пассажирские операции оформление билетов прием, выдача, хранение багажа посадка и высадка пассажиров. Технические операции прием, отправление судов и обрабатываемых портом железнодорожных составов и средств автотранспорта расстановка транспортных средств для выполнения погрузочно-выгрузочных операций экипировка судов мелкий ремонт транспортного флота отстой судов. Коммерческие операции информация о прибытии груза, оформление документов по приему, выдаче, хранению, перевозке, выгрузке грузов подготовка договоров, актово-розыскная работа, рассмотрение претензий. Рассматривая все прибрежные пункты с прилегающей акваторией, следует прежде всего обратить внимание на их большое разнообразие, поэтому порты классифицируются по ряду признаков. Основными классификационными признаками портов являются назначение, экономическое значение, географическое положение, годовая продолжительность эксплуатации, отношение к уровню воды. По назначению порты можно подразделить на транспортные, военные, промысловые и порты-убежища. По значению для экономики страны основным классификационным признаком порта являются размеры выполняемой портом работы и ее характер. 1 2 3 4 5 6 7 1.4 Характеристика речных портов и других прибрежных пунктов 29 В зависимости от грузооборота и пассажирооборота все порты подразделяются на несколько категорий. По категории порта определяются административная структура порта и его эксплуатационный штат, размеры ассигнований на его эксплуатацию и ремонтные работы, объемы работ по его развитию и технической эксплуатации устройств, класс основных сооружений, отметки территории и расчетные уровни воды. По географическому положению различают порты речные, водохранилищные, устьевые, береговые, лагунные и островные. Речные порты, в зависимости от расположения на реке, подразделяют на русловые, вся акватория которых и причальный фронт находятся непосредственно в русле реки (рисунок 1.20, аи внерусловые, или затонные, в которых акватория и причальный фронт находятся в естественном затоне или в искусственном ковше (рисунок 1.20 , баб) Рисунок 1.20 – Схемы расположения речных портов а – руслового б – внеруслового (затонного) Водохранилищные порты располагаются в верхних бьефах водохранилищ. Волны вовремя шторма могут достигать на этих участках значительной высоты. Поэтому водохранилищные порты, также как и морские, имеют оградительные сооружения, защищающие рейды и причалы от волнения. Такие порты являются одновременно портами-убежищами. Устьевые порты характерны тем, что в них сходятся морские и речные водные пути. Портовые устройства размещаются, как правило, по берегам реки или в вырытых в берегу затонах. При этом порты стремятся разместить на некотором расстоянии от моря, чтобы избежать строительства оградительных сооружений. В некоторых случаях на крупных реках морские порты располагаются на значительном расстоянии от устья и их следует отнести к особому разряду внутренних морских портов, например, Херсонский порт. По годовой продолжительности эксплуатации порты на внутренних водных путях подразделяют на постоянные и временные. Постоянные порты эксплуатируются в течение всей навигации. Временные порты функционируют только часть навигации, что обусловливается гидрологическими условиями (продолжительностью Порт Порт 1 ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ БАЗЫ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА 30 периода высокой воды, когда возможен подход судов к причалам) или сезонностью груза (например, продукция сельского хозяйства. Для выполнения основной задачи по передаче грузов и пассажиров с одного вида транспорта на другой порт должен располагать комплексом инженерных сооружений и соответствующим оборудованием. Так как в порту сочетаются водный и сухопутные виды транспорта, то любой порт должен иметь водную площадь, называемую акваторией порта, и примыкающую к нему сухопутную площадь – территорию порта. По составу основных элементов, в зависимости от специализации, речные порты несколько различаются между собой. Схематически состав и расположение основных устройств речного внеруслового порта представлены на рисунке 1.21. Акватория порта состоит из рейдов площадей водной поверхности, отведенных для выполнения судами определенных операций. Площадь акватории, ограниченная окружностью и служащая для разворота судов, носит название навигационного рейда. В портах, в некоторых случаях, суда перегружаются на акватории, для чего на ней выделяется особый участок, называемый перегрузочным рейдом. Здесь, при помощи плавучих перегрузочных машин, грузы из крупных судов перегружаются в малые суда или наоборот (см. рисунок 1.19). Полоса водной площади у причалов, где стоят суда при производстве перегрузочных операций, называется причальным рейдом. Составы несамоходных судов иногда не могут быть поданы сразу к причалам. Поэтому для размещения прибывающих составов на акватории выделяют сортировочный рейд. В портах с незначительными размерами грузооборота нет необходимости специально выделять части акватории для выполнения определенных функций. Поэтому в таких портах деление акватории на рейды – условное. Все устройства и сооружения в порту можно разделить на гидротехнические, перегрузочные, складские, транспортные, административ- но-бытовые и специальные. Гидротехнические портовые устройства обеспечивают непосредственную связь причала и судов, эффективную и долговечную работу всех взаимодействующих элементов. Под портовыми гидротехническими устройствами понимаются устройства, сооружения и оборудование, предназначенные для улучшения использования водных путей, безопасной организации портовых работ и обеспечения сохранности портово-пристанского хозяйства. В их состав входят устройства причальные, отбойные, швартовые, оградительные и берегозащитные. 1.4 Характеристика речных портов и других прибрежных пунктов 31 Причальными сооружениями называются гидротехнические сооружения, являющиеся основным элементом причала и предназначенные для швартовки и стоянки судов при производстве перегрузочных операций, посадки-высадки пассажиров, снабжения флота. Рисунок 1.21 – Схема расположения устройств в речном порту ковшового типа 1 – линия судового хода 2 – сортировочный рейд 3 – причальный рейд 4 – навигационные рейды 5 – рейд ожидания 6 – причальная набережная 7 – подкрановые пути 8 – укрепленная линия естественного берега 9 – широкий пирс 10 – узкий пирс 11 – портовый железнодорожный парк 12 – весовой путь 13 – административные и бытовые здания 14 – стоянка для автомобилей 15 – проходные 16 – ограждение устройств порта 17 – линия естественного берега 18 – бункер Причальные сооружения классифицируются по назначению грузовые, пассажирские, специальные по планируемому сроку эксплуатации постоянные и временные по расположению в плане 4 4 2 5 17 10 1 16 15 13 9 6 3 3 3 7 8 8 11 12 15 14 15 16 17 13 15 14 18 1 ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ БАЗЫ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА 32 рисунок 1.22): фронтальные, пирсовые и бассейновые по возможности изменения месторасположения стационарные, передвижные по конструкции гравитационные, в виде тонких стенок, свайной конструкции, эстакады. Причальные набережные образуют профиль прикордонной полосы и их классифицируют на вертикальные, полуоткосные, откосные, полувертикальные и двухъярусные (рисунок 1.23). а) б) в) Рисунок 1.22 – Схемы расположения причальных сооружений а – фронтальная б – пирсовая; в – бассейновая а) б) в) г) еж) з) Рисунок 1.23 – Формы причальной набережной а – вертикальная б – откосная в – полувертикальная; г – полуоткосная; д з – двухъярусные Вертикальная набережная распространена наиболее широко, так как наиболее удобна в эксплуатации, особенно при производстве перегрузочных работ, но более дорогостоящая в сооружении по сравнению с откосными типами набережных. Причалы откосного типа наиболее просты и часто применяются на реках при больших колебаниях уровня воды. Полувертикальная форма используется достаточно редко, при возможных резких понижениях уровня воды (аванпорты шлюзов. 1.4 Характеристика речных портов и других прибрежных пунктов 33 Полуоткосная форма причала используется в портах, где акватория характеризуется низкими горизонтами воды. Двухъярусная форма причальной набережной применяется при значительных амплитудах сезонных колебаний уровня воды. В период эксплуатации необходимо, чтобы причальные сооружения не подвергались ударами навалам судов, а крепление судна вовремя швартовки было надежным. Для этих целей причальные сооружения оснащаются отбойными устройствами и швартовными приспособлениями. Отбойные устройства предназначаются для смягчения удара вовремя привала судов и предохранения причальных сооружений и судов от повреждения. Оградительные устройства защищают акваторию порта от внешних воздействий волн, течения реки, штормов, ледохода и т. д. К ним относятся молы и волноломы оградительные сооружения, связанные с берегом, называются молами, а расположенные вдали от берега и не имеющие с ним связи – волноломами. Берегоукрепительные сооружения предназначены для предохранения линии берега реки от разрушения волнами, течением и льдом. В качестве таковых в портах используют берегоукрепительные стенки разных видов, которые сооружаются в местах сопряжения основных портовых строений для защиты незастроенных участков береговой линии. |