5.3 Особенности эксплуатации каналов в зимних условиях

В районах Восточной Сибири с суровыми климатическими: условиями отдельные водотоки иногда промерзают до дна. В юж­ных районах страны (Средняя Азия, Кавказ, Казахстан) в нача­ле зимы с появлением отрицательной температуры в реках обра­зуется большое количество шуги, которая вызывает появление зажоров или заторов льда. Особенности льдообразования в кана­лах определяют условия их эксплуатации: с ледяным покровом толщиной не более 0,5... 1 м из условия наименьшей шерохова­тости; с шуготранзитным режимом при скоростях в канале свы­ше 0,4 м/с; с открытой водной поверхностью (при возможности); с искусственной термоизоляцией.

В период появления ледостава стараются поддерживать ста­бильный высокий уровень воды и небольшие скорости течения (не более 0,3...0,5 м/с). Это предотвращает заторы и зажоры и способствует интенсивному образованию льда. С этой же целью отключают подачу воды из резервного водохранилища. Иногда располагают плавающие решетки из хвороста или некондицион­ных бревен, жердей поперек течения. Колебание уровней вызы­вает разрушение ледяного покрова, в некоторых случаях его- продвижение, а также более интенсивное его намораживание если лед сверху покрывается водой, то есть образуется много­слойный лед. В таком случае значительно уменьшается пропуск­ная способность канала. Помимо этого, в период колебания уровней воды деформирующийся лед, смерзшийся с берегами, разрушает крепление откосов путем выворачивания плит креп­ления, деформаций отдельных участков и т. п. Если не удается быстро организовать ледостав и появляется большое количество шуги, то ее пропускают по каналу и сбрасывают через шугохо- ды. Движение шуги в канале в основном происходит (по В. М. Потапову):

где d_c — глубина воды в канале.

в виде равномерных хлопьев по всему живому сечению при скорости v>v₂

где С — коэффициент Шези; t_f — толщина слоя шуги; d_red — диаметр ус­ловных частиц шуги, принимаемый примерно 5 мм;

в виде сплошной полосы или отдельных ковров при скоро­сти v<v_{

Ориентировочные значения v₁ и v₂ составляют соответственно

5. и 2...2,5 м/с. Первый режим движения шуги более предпочти­телен, так как при этом сопротивление канала меньше. Исходя из условия отсутствия зажоров на канале (по В. М. Потапову), радиус закругления его на поворотах должен быть не менее:

где а – угол поворота канала; a=l₁/d_c; ν - средняя скорость движения воды.

В о время эксплуатации каналов в ряде случаев, например для прогноза условий пропуска льда во время ледохода, нужно знать толщину (см) образовавшегося льда, которую можно за­мерить с помощью пробного бурения или прогнозировать (при 0<1) по формуле А. И. Березы:

Зная толщину льда, можно определить пропускную способ­ность канала, покрытого им. Для этой цели используют прибли­женную формулу Шези:

где n_ml — приведенный коэффициент шероховатости; n_ici и n_s — коэффи­циенты шероховатости смоченной поверхности льда и русла канала; R_icl и ω_icl - гидравлический радиус и площадь живого сечения канала, покрытого льдом; χ_s и χ_icl — смоченный периметр русла и ледяного покрова.

Существуют и более точные зависимости для определения n_ml

В местах забора воды у перегораживающих и других водо­пропускных сооружений в зимний период для предупреждения образования льда и поддержания незамерзших акваторий ис­пользуют, как и на водосбросах, пневмоустановки, устраивают проруби, обогревают затворы и их пазы. Однако работа пневмо­установок при малых глубинах может привести к обратному эф­фекту, то есть усиленному обмерзанию элементов сооружения, если запасы тепла на глубине потока недостаточны. Пневмоуста­новки зачастую работают в автоматическом режиме с учетом метеоусловий.

В ряде случаев, например в Казахстане, каналы проходят в регионах, характеризующихся сильными ветрами и снегопадами.. Скорость ветра достигает 40 м/с и более 2...3 раза в месяц.. Участки канала Иртыш - Караганда, например, устроенные в. глубоких выемках, заносятся слоем снега толщиной, достигаю­щей 20 м. При этом оси заносов располагаются к направлению- господствующих ветров под углом 60...90°. Кроме того, образу­ются заторно-зажорные скопления на участках длиной в не-’ сколько километров. Это выводит канал из нормальной эксплуа­тации на 2...3 мес.

Для борьбы со снеговыми заносами делают следующее: пере­мещают кавальеры грунта из зон с большими заносами и наре­зают промежуточные бермы; придают кавальеру формы и разме­ры, способствующие транзиту снега из зоны канала; разбивают* две лесополосы продуваемого типа шириной по 10... 12 м с рас­стоянием между ними 30...40 м, удаленные от бровки откоса за­щищаемого канала на расстояние не менее 50 м и расположен­ные под углом 60...90° к направлению господствующих ветров;, устанавливают снегозадерживающие щиты высотой 3...4 м (под­нимая их над землей на 10... 15 см) в 2 ряда на расстоянии

30. .40 м один от другого и 50 м от канала (коэффициент проду­ваемости щитов принимают порядка 0,75); устраивают ограж­дающие сетки из пластика, нейлона и т. д.