1.2. Мероприятия и способы по ослаблению ледяного покрова на реках для предотвращения ледяных заторов

Воздействие льда на производство и жизнедеятельность человека в большинстве случаев характеризуется негативным аспектом, а решение инженерно–гляциологических (ледотехнических) проблем чаще связывалось с преодолением вредного воздействия льда.

На подавляющей площади нашей страны лед и ледовые явления непосредственно влияют почти на все среды деятельности человека. Исторически сложилось так, что они чаще становились серьезной помехой в обживании и освоении малозаселенных, но обширных пространств Сибири. Соответственно основные взаимодействия человека с ледовой стихией до недавнего времени ориентировались главным образом на борьбу с ней (на разработку приемов разрушения льда) и на приспособление к этой стихии транспорта, техники и технологий различных производств.

Предотвратить заторообразование по всей длине реки, текущей на север, практически невозможно, это очевидным факт, поэтому возникает необходимость изыскания возможностей регулирования ледового режима таких рек. Полное регулирование ледового и водного режима реки может быть достигнуто за счет строительства каскада ГЭС.

В декабре 1959 г. Ленинградский институт водного транспорта провел совещание по изучению, предупреждению и борьбе с заторами, В 60–е и последующие годы были определены следующие пути предупреждения заторов льда.

1. Ослабление льда воздействием на него химическими реактивами (поваренной солью и хлористым калием) перед ледоходом. Суть способа состоит в снижении температуры плавления льда путем распределения соли по его поверхности. В теплую погоду с устойчивой положительной среднесуточной температурой воздуха расход солей может быть снижен вдвое. Для ориентировочных расчетов можно принимать расход соли в 7... 10 раз меньше массы протаиваемого льда. Недостаток данного способа заключается в том, что при таянии льда образуется вода, уменьшающая концентрацию раствора соли. Кроме того, этот способ не безупречен с точки зрения экологии, дорогой и может применяться в условиях рыночной экономики лишь как вспомогательный.

2. Ослабление льда перед ледоходом путем усиления поглощения его поверхностью солнечной радиации. Способ предполагает использование порошкообразных зачерняющих материалов (каменноугольной золы, угольной пыли и т.д.), которые должны разбрасываться на лед с наземного транспорта или с самолета. Поглотительная способность льда увеличивается на 10…95%. Иногда к зачерняющему материалу добавляют соль. Посыпают лед за 15–25 дней до вскрытия (а точнее, в момент устойчивого перехода дневной температуры воздуха через 0°С) продольными полосами шириной 5–40 м а местах будущих трещин и, прежде всего, у берегов. Норма расхода зачерняющего материала – 1...3 т/га. Наилучшие результаты достигаются в северных и арктических районах в период ясной анткциклональной погоды (можно ослабить верхний слой льда на глубину до 80 см и более). Следует отметить, что этот способ может быть применен на сравнительно небольших участках, так как становится дорогим при значительном увеличении площади зачернения. Кроме того, эффективность способа может быть нулевой, если погода перед ледоходом будет пасмурной или же будет сопровождаться снегопадами.

3. Взламывание льда судами перед началом ледохода. Этот способ принято считать наиболее эффективным видом профилактических мер по предотвращению образования заторов. Однако он часто трудно выполним по техническим причинам и возможностям (предполагается наличие судов ледокольного типа) и может быть применен лишь в ограниченных условиях. Работа ледоколов наиболее результативна при разрушенного ледяного покрова, ослабленного под влиянием естественных факторов (повышения температуры воздуха) или искусственным путем (применением ледорезных машин или химических реагентов). Для разрушения ледяного покрова небольшой толщины (до 0,7 м) могут применяться суда на воздушной подушке. Ширина каналов, образуемых при разрушении льда судами на воздушной подушке, может составить 10…30 м. Недостатком данного способа является то, что разрушаемый лед не может сплавляться по реке, так как весеннее вскрытие северных рек осуществляется по течению с юга на север.

Применение ледорезных машин и баровых машин является одним из самых дешевых и радикальных способов борьбы с заторами. Предполагается предварительное ослабление льда распиловкой его на продольные полосы вдоль русла реки. Самым предпочтительным является метод предварительного расчленения льда с помощью баровой ледорезной машины. Бары навешиваются на базовые машины К–700.

4. Выправительные работы способствуют ликвидации затороопасных участков. При проведении этого вида работ стремятся создать плавно изгибающееся однорукавное русло. При этом учитывают не только условия водопропускной способности русла и образования наносов, но и условия ледопропускной способности.

5. Строительство гидроузлов приводит к ликвидации заторов в зоне будущего водохранилища, но может способствовать возникновению нового заторного участка в районе выклинивания кривой подпора от водохранилища (впадении реки в водохранилище) и в нижнем бьефе гидроузла. Для предупреждения образования затоков в районе выклинивания подпора на водохранилище в ледяном покрове делается с помощью ледоколов ледопропускной канал шириной около 100 метров. Взломанный лед удаляется в нижний бьеф гидроузла, а в канал поступает ледовый материал с вышележащих участков реки. При этом следует организовать правильный режим работы затворов гидроузла, путем создания неустановившегося режима движения водных масс. Для этого производят быстрое открытие затворов (примерно на 20 м) с последующим медленным их подъемом!. Такие операции производят 3...4 раза в течение суток. Возникновение заторов в нижнем бьефе предотвращают путем правильного регулирования сбросных расходов.

6. Устройство защитных дамб может окончательно снять вопрос о наводнениях, однако этот способ очень дорог и не всегда экономически оправдан. Он требует тщательной экономической, социальной и экологической оценки. Часто более правильным и выгодным оказывается вынос отдельных объектов за пределы зон затопления.

7. Расчистка и углубление фарватера русел обмелевших рек земснарядами способствуют большей водонаполненности и сравнительно большей ледопропускной способности русел.

8. Смещение начала ледохода на затороопасном участке на более позднее время (3...4 дня), чтобы ледяной покров стал менее прочным и более подготовленным к вскрытию. Лед покрывается слоем опилок или другого теплоизолирующего материала. Ледозадержание может осуществляться также путем взламывания ледяного покрова и задержания льдин на мелководье. То есть создается искусственный затор непосредственно ниже прямолинейного участка реки большой длины в сужении русла, верхней части переката и т. п. Длина мелководного участке, должна превышать ширину русла реки не менее чем в два раза. Ледяной покров расчленяется на поля шириной не более половины ширины русла реки. Эти мероприятия следует проводить за месяц до средней даты первых подвижек льда. Задержку вскрытия можно осуществить и искусственным увеличением толщины ледяного покрова. Длина участка увеличения толщины льда зависит от ширины русла В_р и может составить от L_л = ЗВ_Р на сильно извилистом участке реки, до L_л = 8В_Р на прямолинейном участке. Толщину льда увеличивают удалением снега или искусственным намораживанием. При толщине снега более 10 см его удаление приводит к ускоренному нарастанию толщины льда снизу. Снег с ледяного покрова следует удалять за пределы намеченного участка при температуре воздуха ниже минус 10°С и толщине льда менее 30 см.

9. Использование пенольда (замерзшей пены, применяемой при тушении пожара). При нанесении на поверхность ледяного покрова пенольда высотой не менее 0,5 м в виде продольных и поперечных полос исключается нарастание под ними ледяного покрова в течение всего зимнего периода. За 10..15 дней до ледохода по этим полосам пропускается ледокольный буксир, что обеспечивает разделение ледяного покрова на отдельные части. Данный способ характеризуется высокой стоимостью и поэтому неприемлем на больших площадях ледяного покрова.

10. Использование струйной технологии. Способ основан на применении энергии водяной струи, применяемой для разрушения горных пород (давление до 800...1000 атм.). Данная технология рекомендуется как дополнительное мероприятие по разрушению ледяного покрова.

11. Ослабление льда при помощи модификаторов (химических веществ, изменяющих характер и процесс кристаллизации, следовательно, прочностные характеристики льда). Применение этого вида химических веществ пока не вышло за рамки опытных испытаний.

12. Искусственное создание затора льда выше опасного участка, что уменьшает ущерб от его образования. На специально выбранных участках реки (обычно там, где нет поблизости населенных пунктов) в течение зимы искусственно наращивается толщина льда путем периодической расчистки от снега его поверхности. Тем самым создаются благоприятные условия для образования заторов в этих местах. Этот способ также не вышел за пределы опытных испытаний.

13. Одним из наиболее доступных и эффективных способов предупреждения заторообразования являются взрывные работы. Для его осуществления требуются сравнительно небольшие затраты сил и средств. Подразделения, привлекаемые для организации взрывных работ, опираются на ряд документов, которые определяют порядок проведения взрывных работ, и согласно которых происходит обучение и подготовка специалистов–подрывников.

Выводы

Проанализировав ситуацию, складывающуюся на водоёмах страны во время весенних паводков, можно придти к выводу, что последствия наводнений, вызванных заторами, влекут за собой значительный экономический ущерб, представляют опасность для жизни и здоровья людей, сельскохозяйственных культур и животных.

В данном разделе проведён анализ основных способов по разрушению (ослаблению) ледяного покрова на реках России при проведении противозаторных мероприятий, который показывает, что они либо имеют целый ряд отрицательных характеристик, либо не приемлемы по условиям применения.

Решение проблемы предотвращения ледовых заторов требует выполнения комплекса заблаговременных (единовременных и долговременных) инженерных мероприятий, часто требующих значительных первоначальных финансовых и материальных затрат, при окупаемости вложенных средств в последующие годы, с комплексным привлечением областных, местных средств с долевым участием заинтересованных организаций и целевым финансированием из средств федерального бюджета