Питание водой и сооружения на каналах

Объем воды, необходимый для поддержания судоходных глубин в канале, удовлетворения нужд других потребителей и покрытия потерь должен обеспечиваться за счет естественного, искусственного или смешанного питания.

Естественное (самотечное) питание осуществляется за счет естественного стока воды в водосборный бассейн канала: водораздельный бьеф или водохранилище. Для этой цели стремятся использовать ествественные водотоки (реки и озера), расположенные вблизи водораздельного бьефа и промежуточных бьефов между шлюзами (рис. 11.7).

Рис. 11.7. Схема водораздельного бьефа канала с естественным питанием:

1 – верхнее водохранилище; 2 – соединительный канал; 3 – нижнее водохранилище; 4 – питающий канал; 5 – водораздельный бьеф; 6 – шлюзы замыкающие водораздельный бьеф; 7 – подпорные сооружения с водосбросом;
8 – озеро, питающее водораздельный бьеф

При самотечном питании специально созданные водохранилища, снабжающие водой судоходный канал, располагают выше наивысшего расчетного уровня воды в бьефе канала. Для регулирования расхода воды, поступающего в канал, в составе подпорных сооружений на реках, озерах и водохранилищах устраиваются водосбросы с затворами. Примерами каналов с естественным питанием являются Волго-Балтийский и Беломорско-Балтийский.

Искусственное и смешанное питание каналов водой применятся в том случае, когда естественного стока воды в бассейн канала недостаточно. Питание в этих случаях осуществляется путем перекачки воды насосными станциями из нижних бьефов в верхние вплоть до водораздельного бьефа. Примерами каналов со смешанным питанием являются Волго-Донской и им. Москвы.

Насосные станции Волго-Донского канала располагаются в специально прорытых к ним подводящих каналах (рис. 11.8) и совмещены с водосбросами, которые служат для регулирования уровней воды в бьефах.

Рис. 11.8. Схема расположения насосной станции на Волго-Донском канале:

1 – судоходный шлюз; 2 – верхний подходной канал; 3 – отводящий канал;
4 – насосная станция; 5 – подводящий канал; 6 – эстакада с забральной
балкой; 7 – нижний подходной канал;

Насосные станции канала им. Москвы снабжены обратимыми пропеллерными машинами, что позволяет им работать в насосном и генераторном (турбинном) режимах. В часы минимального потребления электроэнергии насосные станции используют избыточную электроэнергию энергосистемы для наполнения водохранилищ на канале, а в часы максимального потребления электроэнергии через насосные станции сбрасывается вода из водохранилищ и они, работая в турбинном режиме, вырабатывают электроэнергию.

Для исключения возможности перенаполнения или переопорожнения бьефов канала насосные станции работают в автоматическом режиме, а управление их работой – централизовано.

Необходимая мощность насосной станции определятся по формуле

, кВт, (11.21)

где: Q_н.с. – расчетный расход воды насосной станции, м³/с;

η_н – к.п.д. насосной станции, принимаемый равным 0,8;

ρ и g – плотность воды, т/м³; и ускорение силы тяжести, м/с².

Режимы работы насосных станций рассчитываются для трех характерных по водности лет с обеспеченностью 25, 50 и 90%. Число насосов станции определятся на основании суточного графика максимальной водоподачи в канал. К числу выбранных рабочих насосов дополнительно принимается один резервный.

На судоходных каналах возводятся различные по назначению сооружения. Они разделяются на общие, встречающиеся на всех каналах, и специальные, принимаемые для определенных водохозяйственных целей.

К общим сооружениям относятся водозаборные и водопроводящие сооружения, сооружения для пропуска наземного транспорта и населения, ремонтные и аварийные сооружения и др.

Водозаборные сооружения обеспечивают подачу воды из каналов на нужды водоснабжения, орошения, обводнения и др. цели. Водопроводящие сооружения возводят при пересечении трассы канала с водотоками и другими препятствиями: трубы, дюкеры, акведуки, селепроводы, сифоны, туннели и др.

К числу сооружений для пропуска наземного транспорта и перевозки населения относят мосты, эстакады, акведуки, паромные переправы, пристани и причалы. Для обеспечения безопасного прохода судов под мостовыми переходами и линиями электропередач устанавливаются их габариты (ширина пролета и высота от наивысшего судоходного уровня) в зависимости от типа перехода. Подмостовой габарит на шлюзах Волжско-Камского каскада и Волго-Балтийского водного пути, например, назначают не менее 16,5 м. Наименьшие расстояния от проводов воздушных линий электропередач определяют в зависимости от надводного габарита судна и запаса от несъемной части надстроек судна до проводов ЛЭП, который принимают в зависимости от энергонапряжения в проводах.

В качестве ремонтных и аварийных сооружений на каналах используют заградительные ворота, водосбросы и водоспуски. Заградительные ворота устанавливаются по краям водораздельного бьефа или в конце больших бьефов на склонах канала с целью предотвращения возможности опорожнения бьефов в случае аварий на сооружениях. Водопропускные сооружения (водосбросы и водоспуски) необходимы для регулирования объемов и уровней воды в канале, полного или частичного опорожнения бьефов при выполнении ремонтных работ. Водосбросы обеспечивают пропуск определенного расхода воды, а водоспуски – полное опорожнение бьефа канала.

К специальным сооружениям на каналах относятся судоходные шлюза, насосные станции, гидроэлектростанции, рыбозащитные и сороудерживающие сооружения.

На каналах транспортно-ирригационного назначения широко используются открытые и трубчатые регуляторы, водоспуски, водомеры, вододелители и другие сооружения.

Судоходные каналы России

Канал им. Москвы (рис. 11.9) длиной 126 км соединяет водохранилище Иваньковского гидроузла на р. Волге и р. Москву. Северный склон канала длиной 73 км имеет пять шлюзов, которые обеспечивают подъем судов на 38 м. Водораздельный бьеф канала имеет длину 49 км (между шлюзами № 6 и № 7). Короткий южный склон (4 км) в пределах г. Москвы преодолевается двумя двухкамерными шлюзами № 8 и № 9.

Водораздельный бьеф канала питается волжской водой, которая подается насосными станциями и расходуется как на шлюзование судов, так и на водоснабжение г. Москвы.

На водоразделе располагаются Икшинское, Учинское, Клязьменское и Химкинское водохранилища. Насосные станции размещены на гидроузлах № 2, № 3, № 4, № 5 и № 6.

Волго-Донской (рис. 11.10) судоходный канал соединяет р. Волгу с р. Дон. Длина канала 101 км. При этом Волжский склон имеет длину 21 км, на котором расположено 9 шлюзов, с помощью которых суда поднимаются от р. Волги до водораздельного бьефа на 88 м. Спуск судов от водораздельного бьефа, где между шлюзами № 9 и № 10 располагается Варваровское водохранилище, до Цимлянского водохранилища на р. Дон производится на 43 м через 4 шлюза. Питание водораздельного бьефа производится донской водой с помощью 3-х насосных станций.

Волго-Балтийский канал (рис. 11.11) распложен между Онежским озером и Рыбинским водохранилищем на р. Волга. На северном склоне канала (подъем 80 м) расположено 6 шлюзов (№ 1-6), на южном склоне (13 м) один Шекснинский шлюз (№ 7). В последние годы на Шекснинском гидроузле параллельно шлюзу № 7 построен шлюз № 8 с несколько большими габаритами. Этот шлюз является первым из шлюзов II-ой нитки Волго-Балтийского канала, которую планируется построить в перспективе.

Питание водораздельного бьефа канала, где расположено Белое озеро, осуществляется за счет естественного стока многочисленных рек, крупнейшими из которых являются река Ковжа, Вытегра, Шексна. Этого стока достаточно не только для шлюзования судов, но и для выработки электроэнергии на Шекснинской и Вытегорской ГЭС.

Беломорско-Балтийский канал (рис. 11.12) длиной 227 км соединяет Онежское озеро и Белое море. Южный склон канала имеет семь шлюзов, из которых шесть – двухкамерные. Высота подъема Онежского озера до водораздельного бьефа 70 м. Северный склон в сторону Белого моря имеет падение 100 м, которое преодолевается двенадцатью шлюзами. Питание водораздельного бьефа и промежуточных бьефов между полушлюзами естественное за счет стока рек и крупных озер. Крупнейшие реки Выг, Сегежа, а самое крупное – озеро Выг. На трассе Беломорско-Балтийского канала построено несколько гидростанций.