Регулирование стока и путевые условия нижних бьефов.

 

Часть водотока, примыкающую к водоподпорному сооружению, называют бьефом. Верхний бьеф – это бьеф с верховой стороны водоподпорного сооружения, а нижний бьеф – с низовой стороны его. Протяженность нижних бьефов обычно определяется по границе восстановления естественного водного режима. В нижних бьефах гидроузлов происходит существенная трансформация русел, изменяются темпы и направленность русловых деформаций. Они определяются: многолетним и сезонным регулированием стока, вызывающим его перераспределение между маловодным и многоводным периодами, частичным водозабором в ирригационные системы, на градопромышленные и сельскохозяйственные нужды; неустановившимся движением потока, связанным с прохождением по реке волн суточного и недельного регулирования, а также – при наличии судопропускных сооружений – с волнами, возникающими при шлюзовании судов.

 

В нижних бьефах возникают течения из-за поступления в них воды от плотины или работающей ГЭС (если они имеются помимо шлюза), а также течения от опорожнения камеры шлюза.

1. При сбрасывании воды через турбины ГЭС и водосливные части плотины возникает течение, поперечная составляющая скорости которого составляет 0,3 м/с (10,6 км/ч) и более. Кроме того, оно создаёт неупорядоченное волнение, вызывающее рыскливость и качку судов. Это осложняет вход и выход судов в нижний подходной канал.

Годовое (сезонное) регулирование стока воды сильно растянуто во времени и поэтому не оказывает сильного влияния на судоходство. Оно заключается в том, что воду во время половодий задерживают и используют в маловодные периоды года. В многоводные годы при полном наполнении водо­хранилища излишнюю часть воды сбрасывают через плотину.

Наибольшее влияние на судоходство оказывает недельное и суточное регулирование стока при работе ГЭС. Неравномерное в течение суток и недели потребление электроэнергии народным хозяйством обусловливает неравномерный попуск воды через турбины ГЭС. В связи с этим в нижнем бьефе происходят значительные колебания уровня воды с амплитудой до 2 – 3 м в сутки. При недельном регулировании стока минимальные уровни в нижнем бьефе приходятся на субботние и воскресные дни.

Для уменьшения отрицательного влияния последствий суточного и недельного регулирования стоков правилами комплексного использования водных ресурсов конкретного водохранилища регламентируется минимальная отметка уровня воды в течение суток, среднесуточный расход воды через ГЭС, предельная (наибольшая) амплитуда колебаний уровня воды в течение суток. Выполнение перечисленных требований позволяет обеспечивать в нижнем бьефе необходимые судоходные условия.

2. При опорожнении камеры шлюза в низовом подходном канале возникает волна попуска. Подойдя к устью канала и отразившись от русла реки, она трансформируется в обратную волну, которая, достигнув шлюза, отражается от его ворот и превращается снова в волну, идущую к устью. Таким образом, происходит несколько отражений, с каждым из которых высота волны и скорость ее перемещений убывают. Величина амплитуды волн у нижних ворот шлюза наибольшая, а по мере удаления от ворот она уменьшается. Это волнение негативно сказывается на движении судов, следующих по нижнему подходному каналу в обоих направлениях, а также на суда, ошвартованные в ожидании шлюзования, поскольку они испытывают большие нагрузки в швартовных тросах. В первой половине периода опорожнения камеры эти суда испытывают прямые давления по направлению течения. Во второй половине периода, когда уменьшаются расходы воды и образуются обратные уклоны водной поверхности, суда испытывают обратные давления, которые могут быть значительно больше прямых (иногда в два раза). После окончания опорожнения шлюза судно продолжает смещаться в прямом и обратном направлениях до затухания волны попуска.

3. Выход судна из шлюза в нижний бьеф создаёт волну, которая также вызывает перемещение судов, ошвартованных в ожидании шлюзования. Поэтому выходить из шлюза необходимо на минимальной скорости, при которой сохраняется управляемость судном.

 

Амплитуда колебаний уровней воды в нижнем бьефе зависит от многих причин: максимального расхода воды при шлюзовании, ширины и глубины подходного канала, гидрографа опорожнения камеры (графика изменения во времени расходов воды в реке или другом водотоке за год, несколько лет или часть года), очередности шлюзовании и др. Иногда для исключения этих колебаний водосбросы утраивают так, чтобы вода спускалась из шлюза непосредственно в реку, минуя подходной канал.