13. Методы борьбы с заторами и зажорами на водозаборных сооружениях.

С появлением отрицательных температур воздуха в реке могут возникать ледовые образования: шуга, донный лед, забереги, ледостав и их разновидности. Их характер зависит от температуры воздуха, воды, ее скорости, глубин потока, конфигурации ложа русла и продуктов отложений на ее поверхности.

Шуга — это частицы льда, образованные в толще потока при охлаждении воды до температуры —0,02...—0,05 °С, а иногда до -0,1 °С. Донный лед— это также внутриводный лед, появляющийся на дне водотока, покрытого камнями, валунами и т. п. Забереги—неподвижный лед, расположенный у берегов и скрепленный с ними. Ледостав — установление и существование на водоемах и водотоках неподвижного ледяного состава.

Перечисленные выше ледовые явления создают заторы иди зажоры льда. Затор — скопление и нагромождение льда в русле, дополнительно стесняющие живое сечение и, как правило, приводящие к повышению уровней воды в месте скопления. Подплывающие льдины увлекаются потоком под остановившиеся либо выталкиваются на них, образуя торосы. Зажор— скопление шуги и других образований внутриводного льда в русле реки, также стесняющее живое сечение потока и приводящее к подпору, снижению пропускной способности русла или отверстия водопропускного сооружения.

Зажоры имеют обычно существенно большую длину по сравнению с заторами. Они возникают в результате остановки плывущих шуговых ковров и их смерзания. Внутриводный лед перемещается под формирующийся зажор, который может перекрывать пло­щадь живого сечения потока до 70...85%. Таким образом в его зоне появляется дополнительный подпор. С гидравлической точки зрения затор—это местное гидравлическое сопротивление (внезапное сужение) с местным перепадом уровней, а зажор — участок водовода с повышенным сопротивлением и потерей напора по длине. Зажоры образуются чаще осенью в период ледостава и реже весной. Заторы возникают, как правило, весной, в период ледохода. Сформировавшиеся заторы и зажоры могут значительно повысить уровни воды, что в определенных условиях обусловливает появление наводнений, переливов воды через сооружения и вызывать значительные статические и динамические воздействия на элементы гидротехнических сооружений.

Для того чтобы правильно наметить технические мероприятия по борьбе с заторами и зажорами,

- заблаговременно внимательно определяют и изучают возможные места их образования. Характерные места заторов—участки реки, на которых меняется от большего к меньшему уклон и снижаются скорости потока, шуги и льда. Такие участки бывают в зоне соединения кривой подпора водохранилища с бытовыми уровнями, а также в устьях рек при впадении в море. Заторы возникают также в естественных руслах, представленных узкими горловинами.

- проводят мероприятия по борьбе с образованием заторов и зажоров.

- для борьбы с уже образовавшимися заторами и зажорами применяют технические средства, в зависимости от конкретных условий в отдельности или вместе в различном сочетании. Так, создание каскада гидротехнических сооружений практически полностью ликвидирует заторо- и зажорообразование. На отдельных гидроузлах заторы и зажоры смещаются в зону кривой подпора водохранилища. На небольших гидроузлах, чтобы предупредить образование заторов, в районе кривой подпора с помощью ледоколов создают вдоль водохранилища канал, свободный от льда, по которому поступающий с вышележащего участка лед транспортируется к водосбросной плотине и сбрасы­вается в нижний бьеф. Совместное сочетание работы ледокола с надлежащим маневрированием затворами водосборной

плотины позволяет достичь хороших результатов. Такие операции проводят 3...4 раза в сутки. На крупных гидроузлах иногда оправдано устройство значительных акваторий, способных принять лед, поступающий с вышележащих участков реки.

Чтобы обеспечить более благоприятный транспорт льда на реках, проводят русловыправительные работы. При проектировании трассы для транспорта льда и шуги создают прямолинейные или плавно изгибающиеся участки. На поворотах водотока устраивают уширения, позволяющие транспортировать лед без заторов. При необходимости делают сооружения для задержания льда (кусты свай, полузапруды и т. п.). На Дубоссарском водохранилище в зоне кривой подпора заторообразование предотвращают путем устройств полузапруд (рис. 4.1). При выполнении русловыправительных работ стремятся к образованию однорукавного русла. Если русло имеет два рукава, то очертание разделительного острова должно быть остроугольным скругленным.

Возникновения заторов предупреждает также регулирование стока льда путем воздействия на процесс вскрытия реки: ослабление и разрушение льда или, наоборот, усиление ледяного покрова. Таким путем варьируют время возникновения ледохода на различных участках. Ослабление льда проводят .на участках возможного образования заторов. При малых глубинах для ослабления льда применяют ледорезные машины производительностью до 300 м/ч при толщине льда 1 м и ширине прорези 0,25 м. Имеются предложения использовать ледокольные гидропушки, служащие для устранения уже образовавшихся заторов. Институт географии АН СССР предложил ледовый струг с высокой производительностью (2...4 км борозды при толщине льда 1 м). Для вскрытия реки или оперативной ликвидации заторов широко используют способ бомбометания с воздушно-технических средств. Взрывы ведутся против течения сериями, для того чтобы оторвавшиеся льдины могли перемещаться вниз по течению. Массу (кг) заряда определяют по следующей формуле:

где к—удельный расход взрывчатых веществ (0,3. . . 1,5 кг/м³), зависит от условного диаметра майны, степени дробления льда и его разброса; w — расчетная линия сопротивления, ориентировочно принимаемая равной глуби­не погружения снаряда в воду, м. Ослабление льда достигается также путем опыления его зачерняющим материалом (уголь, сажа и др.). В этом случае отражательная способность льда или снега снижается до 10 -15% по сравнению со свежевыпавшим снегом, когда степень отражения солнечной радиации достигает 90%. Наиболее эффективен порошок черного цвета, имеющий диаметр частиц 0,2...0,5 мм. Крупные частицы размером 0,5...1 мм остаются на поверхности льда и не обладают проникающей способностью. Нормы расхода (г/м²) зачерняющих материалов могут быть определены по следующей зависимости:

где у — средняя плотность зачерняющего материала, у=(1 ... 1,4) •10^е г/м³;

d — диаметр частиц зачерняющего материала, м.

Практически на 1 га площади требуется 0,5...5 т зачерняющего материала.

Для уменьшения толщины льда применяют теплоизоляцию из снега, пенольда и т.п.

В местах, где требуется замедлить время вскрытия реки, проводят искусственное усиление ледяного покрова. Для этой цели с его поверхности зимой удаляют снег и намораживают лед. При необходимости его усиливают заанкериванием в берега путем вмораживания тросов, бревен, свай и т. п.

Различают следующие методы борьбы с зажорами: гидравлические, термические и механические. Гидравлические предусматривают создание таких скоростей потока, при которых шуга не образуется (0,4...0,5 м/с). Такие методы осуществляют путем устройства водоподпорных сооружений, выправительных работ, создания поперечной циркуляции и т. п. Термические возможны при внесении в поток дополнительного тепла, например путем подачи более теплой воды из вышерасположенного водохранилища, создавая определенный режим эксплуатации гидроузла. Гидравлические и термические методы взаимосвязаны. Механические методы борьбы с зажорами и заторами имеют аналогичный характер. В нижнем бьефе следят за тем, чтобы шуга уходила дальше от гидроузла, в противном случае ее перемещают механическим путем с применением плавсредств и реже взрывным способом.