Маневрирование теплохода при прохождении Горьковского гидроузла и мелководных участков водного пути

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Транспорт как отрасль материального производства играет исключительно важную роль в экономической жизни страны. Водные сухопутные пути сообщения представляют собой своеобразную "кровеносную" систему ее хозяйственного организма.

Важную роль в единой транспортной системе страны занимает внутренний водный транспорт, который в некоторых районах является единственным средством для перевозки массовых грузов. Основное преимущество внутреннего водного транспорта - более низкая себестоимость перевозок по сравнению с железнодорожным, автомобильным или воздушным. Дополнительные его преимущества - меньшие удельные расходы на сопоставимый объем перевозок. Последнему в значительной мере способствует то, что внутренний водный транспорт использует естественные водные пути - реки и озера, затраты на формирование и обустройство которых значительно меньше, чем для автомобильных и железнодорожных магистралей.

Министерство транспорта РФ, пароходства и частные судоходные компании постоянно заботятся о развитии и совершенствовании речного транспорта, являющегося важной составной частью единой транспортной системы РФ. Предусмотрены конкретные меры по дальнейшему развитию речного транспорта и, в частности, пополнение речного флота грузовыми теплоходами большой грузоподъемности, судами смешанного «река - море» плавания, новейшими типами барж для большегрузных составов, ледоколами и комфортабельными пассажирскими судами, а так же - технического, рейдового и служебновспомогательного флота, оборудованных по последнему «слову» техники. Ими же принимаются меры по продлению периода навигации на магистральных речных путях, которые ведут к повышению экономической эффективности в эксплуатации флота.

В осуществлении транспортного процесса важная роль отводится судоводителю как непосредственному исполнителю. Интенсивное развитие речного транспорта требует от судоводителя высокой квалификации в управлении судна. Безопасную работу судна судоводителю позволяет обеспечить сочетание передового практического опыта и глубоких теоретических знаний. Судоводитель должен постоянно изучать условия плавания, маневренные качества судна, уметь правильно оценить возможности своего судна при выполнении маневра в различных неблагоприятных условиях и возникающих ситуациях. Многолетние исследования по анализу аварийности судов показывают, что большое количество аварий произошло из-за недостаточно обоснованного выбора судоводителем маневра в сложившейся ситуации. Это часто происходит не по причине нехватки опыта, а из-за определенных теоретических ошибок в выборе маневра и его производстве.

Важным показателем в работе современного теплохода, особенно это важно в современных условиях, являются экономические показатели. Именно они показывают компетентность как управленцев, так и судоводителей. Сокращение эксплуатационных расходов, сокращение времени обработки, повышение производительности труда -вот успех водного транспорта в современных условиях работы.

В данной дипломной работе на примере маневрирования теплохода проекта №630 ,при прохождении Горьковского гидроузла и мелководных участков водного пути на линии Кстово - Кронштадт - Кстово, поставлена задача выполнить расчет характерных маневров, которые позволяют судоводителю безопасно выполнить шлюзование и проводку судна по мелководью, а также основные маневры при повседневной работе. Подготовить теоретическую базу под практические навыки в безопасном управлении судна. Кроме того, составить финансово - экономический план работы судна проекта №630 на линии Кстово - Кронштадт - Кстово для оценки эффективности использования судна.

1. Условия плавания

1.1 Общая характеристика района плавания

На данной линии Кстово - Кронштадт район плавания проходит по реке Волга и Волго - Балтийскому водному пути имени В.И.Ленина (рис.1.1.).

Волга самая большая река Европы. Её длина превышает 3500 км., а площадь водосбора составляет 1,36 млн. км². С учетом того, что поверхность Каспийского моря на 27м ниже уровня Мирового океана, общее падение реки составляет 255м, а среднее - 7см/км. Волга принадлежит к типу рек с преимущественно снеговым питанием. В связи с тем, что Волга протекает по регионам страны с различными климатическими условиями, доля различных составляющих питания реки водой меняется: при движении сверху вниз по течению значение дождевого питания уменьшается, а грунтового увеличивается. Годовой объем стока колеблиться от 250 до 255 км³. Водный режим реки в значительной мере зависит от режима её крупных притоков. В настоящее время Волга превратилась в каскад крупных водохранилищ. Тогда в естественных условиях р. Волгу принято считать от зон выклинивания подпора водохранилищ до последующего гидроузла. В естественных условиях на реке четко прослеживается весеннее половодье, относительно устойчивая летняя межень (в результате регулирования водосброса на гидроузлах), осенние дождевые паводки и устойчивая зимняя межень. По гидрологическому режиму и особенностям судоходства в современных условиях реку по данному району плавания можно разделить на следующие характерные участки: Рыбинское, Горьковское водохранилища, р. Волгу от Горьковской ГЭС до г. Нижний Новгород, р. Волгу от г. Нижний Новгород до пос. Октябрьский, где находиться зона выклинивания подпора Чебоксарского водохранилища.

Спецефический рельеф территории Европейской части страны обособил водные коммуникации центральных речных бассейнов от коммуникаций Северо-Западного бассейна. Успешно эта проблема была решена посредством Мариинской шлюзованой системы, переделанная в последствии в Волго - Балтийский водный путь имени В.И.Ленина(современная трасса). Этот водный путь включает в свой состав участки с различными гидрологическими и путевыми условиями: р. Неву, Ладожское озеро, р.Свирь, Онежское озеро, шлюзованный канал, Белое озеро, р. Шексну. По волновому режиму Ладожское и Онежское озера относятся к разряду «М», остальные участки пути характеризуются речными условиями плавания. Общая протяженность пути по основному судовому ходу от устья р. Невы до устья р. Шексны составляет 867 км. Волго - Балтийский водный путь позволяет преодолеть водораздел, отделяющий бассейн Балтийского моря от бассейна р. Волга. Водораздельный бьеф, включающий в себя шлюзованный судоходный канал, Белое озеро и верхнюю Шексну, возвышается над Балтийским морем более чем на 110м , а над уровнем Рыбинского водохранилища примерно на 10м. На отдельных участках Волго - Балтийского водного пути должны соблюдаться установленные ограничения режима движения судов и составов согласно местным Правилам плавания, которые должны находиться на каждом судне, плавающем в водах бассейна. Согласно этим Правилам плавания запрещается:

стоянка судов и плавучих кранов более чем в один корпус у причалов, расположенных в непосредственной близости от судового хода, ширина которого не превышает 50м;

стоянка любых плавучих средств у борта дноуглубительного(дноочистительного) снаряда, когда мимо него проходят суда и составы;

обгон одного водоизмещающего судна другим, кроме одиночных длиной 20м и менее, на участках пути, где для них ограничены скорости, а также на рейдах;

маневрирование на рейдах, движение на участке между шлюзами №1-6 Волго - Балтийского канала порожних самоходных судов грузоподъемностью 2000 т. и более без принятого балласта или без вспомогательного буксировщика;

движение судов при ограниченной видимости ( в том числе и с использованием радиолокационной станции) на р. Неве (в районе ленинградских мостов и на участке Пирогово - Лобаново), на Кошкинском фарватере, на Свирском баре, на трех участках р. Свирь (от Лодейного опля до р. Мунгала, от урочища Толстое до Черного берега и в Ивинском разливе вплоть до Вознесенья), на трех участках Волго - Балтийского канала (от Онежского до Белого озера, отКрохинского бара до Гориц и от г. Шексна до границы между водными путями Северо - Западного бассейна и производственного объединения «Канал имени Москвы»).

1.2 Реки в естественном состоянии

Участок р. Волга от Горьковского гидроузла до пос. Октябрьский длиной 72 км состоит из двух частей: Горьковский гидроузел - устье р. Оки - пос. Октябрьский, протяженностью соответственно 56 и 16 км. В проекте Чебоксарского гидроузла и водохранилища принятая отметка НПУ предусматривала распространения подпора до Горьковского гидроузла с подъемом уровня в его нижнем бьефе на 1 м. Подобный вариант решения обеспечивал благоприятные условия для судоходства на всем протяжении водохранилища, но в ходе строительства и наполнения по экологическим и экономическим соображениям было принято решение ограничиться первым этапом наполнения, что и привело к тому, что подпор достиг пос. Октябрьский, а выше расположенный участок р. Волги оказался вне зоны подпора. Русло реки на участке нижний шлюз Горьковского гидроузла - г. Балахна сложено плотными глинами. Этот грунт покрыт слоем песчаных отложений. Толща последних относительно невелика и меняется по длине и ширине русла. Вотдельных местах плотные глины и даже скальные породы выходят на поверхность дна реки. В связи с этим судовой ход здесь зафиксирован судоходными прорезями и уклонение судов за их пределы недопустимо. В нижней части участка г. Балахна - пос. Октябрьский русло сложено песчаными грунтами. До устья р. Оки русло в основном однорукавное. Ниже г. Н.Новгород русло реки несколькими большими островами делиться на рукава.Почти на всем протяжении участка берега низкие, пойменные. При повышенных расходах воды через Горьковскую ГЭС уровни воды на р. Волга повышаются. Помимо этого, подпор распространяется на приустьевой участок р. Оки (50-70 км) и сопровождается подъемом уровня воды. Впериод половодья р. Ока может создавать на участке г. Городец - г. Н.Новгород. Подобный подъем уровня воды возникает в конце апреля- середине мая, когда на р. Оке половодье, а Горьковская ГЭС уменьшает сброс воды. Интенсивные изменения высоты уровней воды и уклонов вызывают значительное изменения скоростей течения воды. Средние скорости течения при переходе от половодья к межени уменьшаются с 5,2 до 3,5 км/с. В период суточного подъема уровня скорости течения в 1,3 - 1,5 больше, чем во время спада. На участке г. Н.Новгород - пос. Октябрьский гидрологический режим приближается к режиму свободной реки, на которой расположены 4 переката, где значительную часть занимают рейды Нижегородского речного порта, а регулярные дноуглубительные работы трансформировали очертания перекатов, сгладили различия между перекатами и плёсовыми лощинами. Участок серьезных затруднений для судоходства не представляет. На участке Горьковская ГЭС - г. Н.Новгород расположено 16 перекатов, которые разделяются короткими плесовыми лощинами. Для поддержания судоходных условий на перекатах участка ежегодно ведутся дноуглубительные работы.

В естественном состоянии р. Шексна представляет собой участок нижней Шексны длиной около 7 км. Гидрологический режим зависит от режима сбросов воды через Шекснинский гидроузел и степени наполнения Рыбинского водохранилища. Здесь судовой ход пролегает по основному руслу реки шириной около 200 м в нижнем бьефе гидроузла, в районе подхода к Рыбинскому водохранилищу русло расширяется до 1 км.

Река Свирь вытекает из Онежского озера, впадает в Ладожское озеро, имеет длину 220 км, от истока к устью поверхность воды понижается на 28 м. Русло реки состоит в основном из плотных глинистых грунтов с включением крупных камней и отличается высокой устойчивостью. Это обстоятельство требует от судоводителя повышенного внимания и обязательного удержания судна в границах судового хода. Свирь питается главным образом водами Онежского озера. Это обуславливает небольшие колебания её уровня: в истоке среднемноголетняя амплитуда колебаний уровня воды немного меньше 1 м, а в устье незначительно превышает 1 м. В естественном состоянии река находиться на участке нижней Свири от устья к Нижнесвирскому гидроузлу, её русло сужается с 500 до 200 м. Четко выраженных перекатов с побочнями, гребнем на участке не имеется, в результате дноуглубительных работ очертания руслаприобрели характер искусственного канала. Рельеф дна на оси судового хода сглаженный, преобладают глубины 5 - 6 м, лишь на нескольких коротких участках увеличиваясь до 12 м. По условиям судоходства этот участок реки является наиболее затруднительным.

Нева вытекает из Ладожского озера, впадает в Финский залив Балтийского моря, имеет длину 74 км. Берега реки крутые: их высота с 8-10 м в верхней части понижается до 2-3 м в районе дельты. Ширина русла изменяется от 0,25 до 1,3 км. Глубины на судовом ходу достигают 12 м, лишь на отдельных участках уменьшаясь до 4 м. Русло реки сложено глинистами грунтами с включением крупных камней и относительно стабильно. Гидрологический режим реки в основном обусловлен стоком из Ладожского озера. Уровенный режим реки зависит от водности, однако на уровни нижней части Невы (устье - Ивановские пороги) влияют сгонно-нагонные явления. В среднем падении уровня воды по длине реки составляет 7 см/км. При средних уровнях воды скорость течения составляет 3-5 км/ч, а при высоких - 9-12 км/ч. Наибольшая скорость течения наблюдается в истоке Невы - на Кошкинском фарватере и на участке Ивановских порогов.

1.3 Крупные водохранилища и озёра

Горьковское водохранилище образовано в результате перекрытия в 1955г. реки Волга плотиной Горьковского гидроузла в районе города Городец. Протяженность водохранилища от Рыбинских шлюзов до Горьковского гидроузла при нормальном подпорном уровне 430 км, наибольшая ширина -26 км в районе впадения в Волгу реки Унжа. В районе Горьковской ГЭС преобладают ветры N и NW направлений, их повторяемость от 13 до 17 %, а также W и SW направлений,- их повторяемость от 14 до 16%.Наименьшую повторяемость имеют E и SE ветры, их повторяемость от 8 до 10 %. N и NW преобладают в мае-июле, E ветры в августе, W ветры в сентябре и октябре, S ветры в октябре. Ветры со скоростью 15 м/сек (7-8 баллов) наблюдаются большей частью в мае, сентябре, октябре. От ветров N и S направлений, которые дуют вдоль озерной части водохранилища возникают волны максимальной высоты, создающие опасность для судоходства. За период с мая по октябрь число дней, когда высота волны достигает 1 м и более в районе Горьковского гидроузла составляет 11%. Повторяемость волн высотой 1-1,5 м составляет 1,3-2,4 %, высотой 1,5-2,0 м составляет 0,2-0,3 % и высотой 2-2,5 м составляет 0,02-0,1 %. Не благоприятная для судоходства погода (ветер, волнение, туман) в районе гидроузла составляет: для буксиров с плотами - 12 %, для судов класса "Р"- 9% и класса "О" - 5% от общей продолжительности навигационного периода. На Горьковском водохранилище туманы наиболее часты с августа по ноябрь. В июне и июле туманы редки. Число дней с туманами в среднем за навигацию в районе гидроузла составляет 13 %. Осадков выпадает в течение года в среднем 100=150 мм. При сравнительно небольшом полезном объеме, Горьковское водохранилище способно осуществлять лишь сезонное регулирование стока. Водохранилище ежегодно наполняется до отметки нормального подпорного уровня (НПУ), а в годы с большим объемом бокового притока временно увеличивается на 30 - 40 см. В навигационный период сработка составляет 40 см. На спаде половодья, когда боковой приток в Горьковское водохранилище снижается до 1000 м³/сек, начинает работать Рыбинская ГЭС. Суточное колебание уровня воды в ее нижнем бьефе с этого момента увеличивается и достигает в отдельные дни 1,5-2 м. Такая величина изменений уровня наблюдается обычно при переходе от рабочих к нерабочим дням недели и наоборот. Минимальные уровни чаще всего наблюдаются от 5-8 часов, максимальные от 10 до 12 часов. Влияние суточного регулирования распространяется до города Ярославля, недельного - по всему водохранилищу. В навигационный период при N и S ветрах на озерной части водохранилища наблюдаются сгонно- нагонные колебания уровня воды. Величина нагонных колебаний уровня воды при ветрах 10-20 м/сек в районе гидроузла достигает 40 см. Колебания уровня воды, вызываемые работой шлюзов Горьковского гидроузла, незначительны и носят локальный характер, распространяясь на участок протяженностью 4-5 км, который примыкает к плотине и включает в себя аванпорт и нижний подходной канал. При подходе к аванпорту и выходе из него судоводитель должен учитывать наибольшие скорости течения весной и в начале лета, когда ГЭС работает на повышенных попусках. Во второй половине навигации скорости течения снижаются.

Рыбинское водохранилище образовано в результате затопления поймы участка р. Волги и устьевых участков рек Мологи, Шексны, Согожи. Это предало водохранилищу очертания озеровидного бьефа с островами и берегами, изрезанными заливами. Водохранилище в основном вытянуто в меридиональном направлении. При отметке НПУ площадь водохранилища составляет 4580 км², при предельной сработки до уровня мертвого объема (УМО) площадь зеркала воды уменьшается почти в два раза и составляет 2385 км². Длина озерной части водохранилища достигает 112 км, а наибольшая ширина 56 км. Подпор по р. Волге распространился на 110 км до Угличского гидроузла, по р. Шексне - на 120 км до Шекснинского гидроузла и по р. Мологе - на226 км. При НПУ максимальная глубина водохранилища достигает 30 м, а средняя глубина - 5,6 м. На дне водохранилища залегают песчаные и глинистые грунты, встречаются камни - одинцы, на пойме затоплены торфы. В течение десятилетий происходит всплывание больших массивов торфа, образующих острова. Регулирование стока водохранилищем сопровождается значительными колебаниями уровня воды: максимальная амплитуда колебании уровня воды в течение года равна 5,1 м. Во время навигации допускается сработка Рыбинского водохранилища на 2,5 м ниже НПУ. Режим колебаний уровня воды в верхнем бьефе Рыбинского гидроузла типичен для водохранилищ с годичным и многолетним регулированием стока. Глубокая сработка водохранилища перед половодьем сменяется довольно быстрым его наполнением и последующей медленной сработкой. В связи с большими размерами акватории на Рыбинском водохранилище наблюдаются сгонно - нагонные колебания уровня воды под действием ветра. В районе г. Череповец на устьевом участке р. Шексны нагон воды при S ветре может достигать 0,5 м, а сгон при N ветре - 0,35 м. Аналогичные колебания уровня возможны при NW и SE ветрах в районе Рыбинского гидроузла. По гидрометеорологическим условиям Рыбинское водохранилище относится к вдхр. с озерными условиями плавания. По данным многолетних наблюдений на вдхр. преобладают ветры W, SW, S и N направлений. На участке г. Рыбинск - г. Череповец волны высотой 2,0 м зафиксированы при ветрах N, E и S направлений скоростью 20 м/с.

Белое озеро находиться в подпоре Шекснинского гидроузла, длина которого составляет 46 км, навигационная сработка бьефа не превышает 0,3 м. Однако при скорости ветра 30 м/с на нем сгонно - нагонные колебания уровня воды составляют 0,45 м (сгон достигает 0,35 м, а нагон - 0,1 м). Под действием ветра на озере образуются волны значительной высоты - свыше 1,5 м. Белое озеро мелководно - глубины транзитного судового хода не превышают 5,5 м. В гидрологическом отношении Белое озеро и р. Шексна связаны между собой. Сток воды, поступающий в озеро и Шекснинское вдхр., в основном проходит через створ Шекснинского гидроузла. Однако небольшая часть (около 3%) расходуется для питания водой северного склона канала и последовательно проходит через Пахомовский, Новинкинский, Белоусовский и Вытегорский гидроузлы. Расход воды в створе Шекснинского гидроузла в зимний период колеблется от 40 до 90 м³/с, а во время навигации - от 100 до 550 м³/с. В течение навигации сработка водохранилища не превышает 1м.

Онежское озеро является связующим звеном ЕГС. С 1953 г. уровень озера несколько поднялся в связи с подпором от Верхнесвирского гидроузла и его сток стал частично регулироваться. Длина озера в меридиональном направлении достигает 250 км, а ширина - около 90 км. Максимальная глубина озера 120 м (в его северной части), площадь акватории 9,7 тыс. км², объем при среднем уровне воды 292 км³. Северный и Западный берега озера высокие, скалистые, изрезаны многочисленными заливами. Вдоль берегов имеется много островов. Наиболее крупными островами здесь являются Большой Климецкий и Большой Леликовский, между которыми находятся много небольших островов иостровков, известных под названием Кижские шхеры. Южную и юго - восточную части озера обрамляют низменные, местами болотистые берега. В северной части озера есть заливы Кондолакшская Губа, Большое Онего, Заонежский. Колебания уровня воды в озере относительно не великий. С момента вскрытия ледового покрова до середины лета происходит медленный подъем уровня воды в озере на 0,5 - 1,0 м. В последующий период года уровень воды понижается. В отдельные многоводные годы амплитуда колебаний уровня воды может достигать 1,9 м. Колебания уровня в основном обусловлено изминениями объемов притока и стока воды. В общем балансе объема воды в озере поверхностный приток достигает 77%, сток - 88%. В остальном заметную роль в балансе объема воды играют осадки и испарение. На колебания уровня, обусловленные не равномерностью стока, могут накладываться сгонно - нагонные колебания уровня воды, достигающие 1,0 м. Устойчивых стоковых течений в озере не наблюдается. Скорость дрейфовых течений, вызванных ветрами, на мелководьях составляет 0,7 - 0,8 м/с. Под действием ветра на поверхности озера образуються волны значительной высоты. Так, при скорости ветра до 12 м/с высота волн достигает 1,8 м, а при скорости 20 м/с увеличивается до 4,0 м. В связи с неблагоприятном для речного судоходства волновым режимом Онежское озеро отнесено к разряду «М».

Ладожское озеро имеет площадь акватории 17,7 тыс. км², наибольшую длину 219 км и ширину 138 км. В озеро впадают реки Волхов, Свирь, множество небольших речек и вытекает р. Нева. Объем воды в котловине озера достигает 908 км³. Берега озера в его северной части высокие, скалистые, в южной - низкие, песчаные. У северного берега расположены группы островов, а у южного - отмели. Глубины озера с 70 - 200 м в северной части, снижаются до 20 - 70 м в южной. Рельеф дна в северной части озера неровный, имеются значительные перепады глубин. При относительно пологом дне в южной части озера зона с глубинами 10 м и более удалена от уреза на 20 - 25 км. Грунты дна в южной части - песчаные, вблизи отмелей - каменистые. Режим колебаний уровня воды в озере зависит от соотношения притока воды в озеро и стока в реку Неву. На основе многолетних наблюдений установлено, что наивысший уровень в озере устанавливается после 2-3 многоводных лет подряд, а наинизший - после 3-4 маловодных лет. При этом максимальная (многолетняя) амплитуда колебания уровня воды достигает 3,0 м. Обычная амплитуда колебания уровня воды в течение года составляет 0,4 - 0,7 м. Под влиянием сгонно - нагонных явлений уровень воды колеблется у пологих (южных) берегов в пределах 0,8 - 1,0 м. При низких уровнях воды или сгонном ветре наибольшие сложности в судоходстве наблюдаются в устье р. Свири и истоке р. Невы. Под действием ветра на озере развивается значительное волнение. При N штормовых ветрах скоростью 24 м/с высота ветровой волны в южной, открытой части озера иногда достигает 6,0 м. Длительное в течение навигации время на озере наблюдается зыбь с волнами высотой 1,2 - 1,5 м. На Ладожском озере в среднем в течение 10% длительности навигации наблюдаются туманы, существенно осложняющие судоходство. Под действием впадающих в озеро рек и вытекающей из озера р. Невы в течение навигации сохраняются поверхностные течения, имеющие замкнутую циркуляцию и направленные против часовой стрелки. Наибольшая скорость течения составляет 0,5 - 1,0 км/ч и наблюдается у западного и восточного берегов.

1.4 Гидроузлы и каналы

Горьковский гидроузел состоит из аванпорта, защищенного продольной дамбой N9 и поперечной дамбой N8, двух шлюзов, имеющих по две нитки каждый, межшлюзового бьефа и нижнего подходного канала, отделенного от русла реки дамбой N10. Аванпорт имеет площадь около 3,5 кв. км. Длина по основному судовому ходу от входа в аванпорт до верхних ворот шлюзов NN13, 14 составляет 1,5 км. Глубины в аванпорту на судовом ходу 5 - 6 м. От входа в шлюз N13 справа имеется причальная стенка длиной 600 м. В аванпорту располагается участок N1 Городецкого рейда. На этом участке расположены следующие рейды: между продольной дамбой N9 и причальной стенкой шлюза N13 - рейд для плотов, прибывающих с водохранилища и ожидающих шлюзования. Ниже поперечной дамбы N8 на 500 м - рейд переформирования составов. Ниже предыдущего рейда вдоль левого высокого берега - рейд для переформирования сухогрузных судов. Между основным судовым ходом и сухогрузным рейдом находится рейд для самоходных судов без состава, ожидающих шлюзования. Движение в аванпорту регулируется диспетчером через радиосвязь или громкоговорители. Заход в шлюзы NN13,14 также регулируется диспетчером, кроме того на причальной стенке и верхней голове шлюзов установлены светофоры. Межшлюзовой бьеф имеет протяженность 2 км. При заходе шлюзы NN13,14 со стороны межшлюзового бьефа причальная стенка расположена справа, в шлюзы NN15,17 стенка находится также справа. У левого берега реки Волга, за нижней причальной стенкой шлюза N13, расположена в акватории Городецкого судоремзавода. Здесь имеется причальный пирс и слип. В районе нижней напорной плотины, также у коренного левого берега, имеется вертикальная причальная стенка, а на береговой асфальтированной площадке павильон пассажирской пристани Городец. В межшлюзовом бьефе располагается участок N 2 Городецкого рейда на которомнаходится: рейд для сухогрузных несамоходных судов, ожидающих тягу - вдоль левого берега между акваторией судоремзавода и грузовым причалом пристани Городец. Рейд за левобережной кромкой судового хода для судов, ожидающих шлюзование. Подходной канал от коренного русла реки Волга отделен дамбой N10. На оголовке дамбы со стороны нижнего бьефа установлен опознавательный знак. Нижняя причальная стенка шлюзов NN15,16 расположена справа при движении со стороны подходного канала. Ниже этой стенки впадает река Змейка. Левый берег канала естественный, поэтому вблизи его имеются отмели. В подходном канале иногда наблюдается течение и колебание уровней, в ряде случаев очень резкое, которое зависит от сброса воды. Это необходимо учитывать и при расхождении близко не приближаться к левому берегу. В нижней части подходного канала тремя белыми буями ограждена акватория на которой ставится строящиеся железобетонные дебаркадеры. Буи в ночное время имеют постоянные зеленые огни. Движение по каналу регулируется диспетчером. При подходе к нижнему рейду необходимо по радиосвязи получить разрешение на вход в канал от диспетчера. Направление движения судов по подходному каналу определяется левобережным линейным створом, установленным в городе Городце выше дебаркадера местной пристани. В ночное время этот створ имеет зеленые огни. Движение подходным каналом следует производить на пониженных скоростях. Обгон судов и составов не рекомендуется. Очередность шлюзования определяется диспетчером. Нижний бьеф гидроузла характерен периодическими колебаниями горизонтов воды. Ниже подходного канала от дебаркадера местной пристани имеется дополнительный ход к причалам, расположенным на правом берегу у водосливной платины. На выходе из нижнего подходного канала наблюдается свальное течение в сторону левого берега. Интенсивность этого течения периодически меняется и зависит от сброса воды. В нижнем бьефе находится участок N3 Городецкого рейда, на котором располагаются:

-рейд для сухогрузных судов за правобережной кромкой судового хода, находящийся ниже оголовка дамбы N10. общая протяженность этого рейда 500 м; в верхней части рейда ставятся суда, прибывающие в адрес пристани Городец, а нижней части - суда, ожидающие шлюзования; грунт на рейде - песчаный;

-рейд для нефтеналивных судов расположен вдоль левого берега, за кромкой судового хода, напротив селения Городецкая Слобода; общая протяженность рейда составляет 1 км; грунт здесь галично-песчанный;

-плотовый рейд располагается ниже Городецкого переката за правобережной кромкой переката Кочергинские огрудки, вдоль правого берега.

Мимо рейдов движение производится малыми ходами.

Рыбинский гидроузел введен в эксплуатацию в 1941 г. Компоновка гидроузла специфична: одна группа сооружений (энергетическая) расположена в бывшей устьевой части р. Шексны; другая группа (транспортная) - на р. Волге. Волжская группа сооружений гидроузла включает в себя двухниточный однокамерный шлюз с подходным каналом. Шлюзы имеют распределительную систему питания, позваляющая относительно быстро наполнять и опорожнять камеры. Подача воды в шлюз (и его опорожнение) осуществляется посредством продольных галерей, размещенных между камерами, и поперечных галерей - ответвлений в днищах камер. Аналогично Угличскому шлюзу забор и сброс воды происходят за пределами подходных каналов. При ускоренном наполнении (опорожнении) это конструктивное решение создаёт благоприятные условия для движения и отстоя судов на подходах к шлюзу.

В 50 км от Белого озера в пос. Топорня от Шекснинского вдхр. на восток ответвляется Северодвинская шлюзованная система. Створ Шекснинского гидроузла расположен на р. Шексне в районе выклинивания подпора Рыбинского вдхр.. Шлюз гидроузла однотипен с другими шлюзами канала. В связи со значительным ростом грузооборота по каналу здесь завершено строительство второго шлюза - второй «нитки».

Однокамерный однониточный шлюз Верхнесвирского гидроузла имеет распределительную систему питания водой через продольные галереи днища шлюза. Чтобы ослабить воздействие шлюза на режим течений и уровней в верхнем и нижнем подходных каналах для наполнении камеры, вода забирается сбоку - из водохранилища, а сбрасывается в реку. Подобная конструкция шлюза создает условия для ускоренного наполнения и опорожнения камеры. На верхней голове шлюза со стенкой падения имеются плоские подъемно - опускные ворота, а на нижней - двустворчатые. Наличие Верхнесвирского вдхр., включающего в себя часть вод Онежского озера, позволяет осуществлять многолетнее регулирование стока. Среднемноголетний сток его 19,3 км³, в том числе сток весеннего половодья - 5,6 км³. По этим параметрам верхнее водохранилище р. Свири почти не отличается от нижнего. Это объясняется отсутствием крупных притоков в границах Нижнесвирского водохранилища. В течение года верхнее водохранилище может срабатываться ниже НПУ на 3,5 м, а во время навигации - на 2 м. Длина водохранилища собственно по реке составляет 95 км. На приплотинном 40 км участке ширина вдхр. изменяется от 200 до 1000 м. Глубины по оси судового хода колеблются от 17 до 8 м, лишь в нескольких местах падает до 5 м. В 35 км от истока реки имеется Ивинский разлив, где на протяжении 12 км ширина водохранилища достигает 12 км. Однако в связи с малыми глубинами на затопленной пойме судовой ход в границах разлива пролегает по основному руслу реки, несмотря на это глубины местами уменьшаются до 4 м.

В состав Нижнесвирского гидроузла входит одноступенчатый однониточный шлюз без стенки падения с распределительной системой питания. Вода в шлюз подается (сбрасывается) через две продольные галереи в стенах, соединенные с камерой множеством отверстий. Забор воды осуществляется непосредственно из верхнего подходного канала к шлюзу, а сброс - в нижний подходной канал. В верхней и нижней головах шлюза имеются двустворчатые ворота. В результате подпора воды Нижнесвирским гидроузлом образовано водохранилище, затопившее порожистый участок реки. Подпор распространяется до Верхнесвирского гидроузла. Длина вдхр. 45 км, ширина 500 - 600 м и лишь в приплотинной зоне она достигает 1,5 км. В нижней части водохранилища, примерно на протяжении 10 км, глубина на оси с/х достигает 12 м. Далее глубина уменьшается до 5 - 8 м.

1.5 Соединительные каналы (прорези)

Волго - Балтийский канал пересекает Балтийско - Волжский водораздел и соединяет Онежское озеро с Рыбинским водохранилищем. Состоит из следующих участков: устьевой участок р. Вытегра (до г. Вытегра). северный склон канала с шестью гидроузлами и судоходными шлюзами, водораздельный бьеф (включает водораздельный канал, р. Ковжу, Белое озеро и р. Шексну), южный склон с Шекснинским гидроузлом и нижней Шексной. В границах нижнего течения р. Вытегры канал шириной около 90 м проходит по низкой болотистой местности. Его неукрепленные берега возвышаются над поверхностью воды на 1 - 2 м. Уровенный режим зависит от сбросов воды Вытегорским гидроузлом и колебаний уровня Онежского озера. В отдельные моменты возможен «обратный» уклон поверхности воды - в сторону шлюза. В состав Вытегорского гидроузла входят однокамерный шлюз с подходными каналами, причалами и палами, земляная плотина и небольшая гидроэлектростанция. Забор воды при наполнении шлюза происходит из верхнего подходного канала, сброс при опорожнении - в нижний подходной канал. При этом в канале периодически возникают течения воды к шлюзу и от шлюза, образуються длинные волны, изменяется продольный уклон поверхности воды. Эти явления судоводитель должен учитывать при подходе к шлюзу. Вытегорское вдхр. имеет длину около 10км и максимальную ширину 2 км. Глубина по оси с/х меняется довольно значительно, местами достигает 12 м. Водохранилище по существу является промежуточным бьефом между двумя шлюзами и его навигационная сработка не превышает 0,5 м. Следующий Белоусовский гидроузел имеет аналогичный состав сооружений. Длина образованного им Белоусовского водохранилища 5 км, наибольшая ширина 900м, глубина на оси с/х достигает 15 м. Небольшое Новинкинское водохранилище длиной около 5 км состоит из подходного канала к верхнему шлюзу Новинкинского гидроузла (диной 2,5 км) и озеровидного бьефа шириной до 800 м. В этой уширинной части бьефа глубины увеличиваются до 12 м, обеспечивая благоприятные условия для отстоя судов при ожидании шлюзования и маневрирования при расхождении. Замыкающим гидроузлом северного склона канала является Пахомовский, имеющий максимальный напор. Верхний бьеф Пахомовского гидроузла представляет собой водораздельный бьеф канала (длиной 263 км), он состоит из резкоразличающихся по условиям судоходства участков. В состав водораздельного бьефа водного пути принято относить зону подпора Шекснинского вдхр.. Его верхняя часть, примыкающая к северному склону канала, представляет собой искусственно созданный в выемке судоходный канал шириной 80 - 100 м. Длина этой части водораздельного бьефа от пос. Девятый до пос. Анненский Мост составляет 30 км, глубина выемки местами превышает 30 м. Далее на протяжении 65 км канал в водораздельном бьефе пролегает по затопленной долине р. Ковжи. Различий в габаритных размерах этих двух частей канала нет. Лишь на приустьевом участке р. Ковжи (длиной 27 км), впадающей в Белое озеро, наблюдаются разливы. Ширина затопленной поймы достигает нескольких километров.

Длина речной части Шекснинского водохранилища (от Белого озера до створа гидроузла) составляет 120 км. В пределах этой части имеется четыре «разлива» - участка длиной 10-40 км с затопленной поймой, где ширина вдхр. достигает 4 км. В сужениях длиной 6-17 км ширина вдхр. уменьшается до 300 м. Судовой ход, за исключением нескольких искусственно созданных спрямлений ( прорезей), пролегает по затопленному руслу реки. Поэтому глубины на оси с/х 8-12 м. Лишь на участках спрямлений глубины падают до 5 м.

2. Технико - эксплуатационные характеристики судна ПР.№630

Технико - эксплуатационные данные теплохода "Волгонефть" проекта №630 приведем ниже в табличной форме

Таблица 2.1. Технико - эксплуатационные данные теплохода "Волгонефть" проекта №630. Основные показатели

3. Определение безозопасных параметров движения судов в условиях стесненного плавания

3.1 Влияние мелководья

плавание судно стесненный танкер

3.1.1 Обоснование проводки танкера по мелководным участкам водного пути

Поддержание безопасных режимов и скоростей движения судов по мелководным участкам - одно из важнейших условий предотвращения аварийности на флоте.

При движении судов по мелководью скорость их меньше, чем на глубокой воде (при равных оборотах двигателей). Это объясняется увеличением всех составляющих сопротивления воды движению судна на мелководье, а также изменением характеристик работы движителей из-за близости дна водоема.

Из практики судовождения известно, что непременным обстоятельством при выходе на мелководье, является интенсивный рост волновой системы у судна, увеличение вибрации корпуса, ухудшение управляемости и заметное увеличение осадки судна, особенно в кормовой части. Последнее может привести к удару днищем судна о грунт и к повреждению обшивки корпуса.

Вопросам определения величины приращения осадки судов при движении по мелководью, а также выбору безопасной скорости движения судов посвящены работы многих ученых в т. ч. Г.И. Ваганова, В.В. Звонкова, Г.Е. Павленко, П.Н. Шанчурова, Н.Ф. Соларева и др.

Одним из учеников Н.Ф. Соларева - А.Д. Ненюхиным на базе работ вышеуказанных авторов были разработаны справочные таблицы по определению величины приращения осадки и безопасной скорости судов при движении по мелководью [17]. Таблицы были одобрены службой безопасности судовождения и штурманского обеспечения ВОРП и рекомендованы для использования в практической работе. Однако с годами эта работа была несколько забыта, но проблема движения судов по мелководью осталась. Ниже мы приводим таблицу.3.1. приращения осадок для крупнотоннажного судна типа ''Волго-Дон'' по своим размерениям и мощности СЭУ аналогичен танкеру типа ''Волгонефть'', данными которой можно пользоваться и при проводке танкера по мелководным участкам водного пути.

Результаты расчетов элементов основных маневров, которые приходится выполнять судоводителю в относительно протяженном рейсе Кстово - Кронштадт, по нашим натурным наблюдениям с достаточной степенью точности отражают реальные схемы маневрирования. Это позволяет использовать предварительные расчеты элементов маневрирования в практике судовождения, в виде справочной информации, которая должна постоянно находится в ходовой рубке.

3.1.2 Определение величины приращения осадки и безопасной скорости судов при движении по мелководью

Таблица 3.1. Величины приращения осадки крупнотоннажного судна (пр.№507) при движении по мелководью, см

Далее производим расчеты в порядке, изложенном в пособии [4], для танкера пр. №630, хотя эти расчетные данные не многим будут отличатся от данных, приведенных в табл.3.1.

Влияние дна водоема на характеристики движения судов следует учитывать при Н/Т <=4.

Увеличение сопротивления воды движению судна связано с изменением общей картины обтекания корпуса водой на мелководье: перед форштевнем судна образуется область повышенного давления, и уровень воды повышается; за кормой судна образуется впадина. Вода перетекает от носа к корме со скоростью превосходящей скорость движения судна. За счет этого увеличивается вязкостная составляющая сопротивления. Одновременно изменяется характер волнообразования, расходящиеся судовые волны сливаются в поперечную волну, составляющую с диаметральной плоскостью угол, близкий к 90^о, что обуславливает рост волнового сопротивления. Особенно заметно при Н/Т <=1,5 и достижении судном так называемой критической скорости, по исследованиям Г.И. Сухомела и А.М. Басина, значение критической скорости

V_кр===5,87 м/с , (1)

где k - коэффициент стесненного потока для речного русла:

k = , (2)

где В,Т - соответственно ширина и осадка судна, м ;

b_p ,H - соответственно ширина и глубина русла реки, м .

Приближение скорости движения к критической сопровождается резким увеличением судовых волн и ростом волнового сопротивления. Одновременно увеличивается коэффициент нагрузки движителя, резко снижаются его пропульсивные качества, повышается коэффициент засасывания, характеризующий взаимодействие движителя с корпусом судна. В следствие этого увеличение частоты вращения движителей не дает увеличения скорости движения и лишь вызывает повышенный расход топлива, износ двигателей и вибрацию судна.

Приращение осадки и возникновение дифферента на корму - объясняется уменьшением гидростатического давления воды под днищем корпуса. Это уменьшение является следствием увеличения скорости обтекания днища водой из-за стесненности потока, понижения уровня воды у бортов, а также условий волнообразования у движущегося судна. Работающие гребные винты, отсасывающие воду из-под кормовой оконечности корпуса, способствуют дополнительному увеличению дифферента на корму.

Приращение осадки судна по корме на ходу

Т_к= = = 0,45 м , (3)

где а - числовой коэффициент, причем:

для крупнотоннажных грузовых судов и толкаемых составов

а=== 0,316 , (4)

где Н_Э - эквивалентная глубина судового хода, м

Н_Э=Н=3,85= 4,15 м , (5)

В выражении (5) в квадратных скобках знак ''минус'' относится к движению судна по течению, а ''плюс'' - против течения.

Для обеспечения безопасности плавания большое значение имеет правильный выбор безопасной скорости движения. Безопасную скорость необходимо устанавливать из условия предупреждения удара корпуса судна о дно водоема, т.е. с учетом приращения осадки Т и динамического запаса воды под днищем h_д при движении по мелководью:

= 0,1 м (6)

где Н - глубина судового хода, м;

Т - осадка судна на стоянке, м;

Т - приращение осадки при движении по ограниченному фарватеру, м.

Минимальный динамический запас (необходимая прослойка воды под днищем, обеспечивающая возможность перемещения судна) зависит от следующих факторов: точности измерения осадки судна, глубины, рода грунта и груза. Главную роль здесь играют первые два фактора, последние два влияют в основном на исход транспортного происшествия в случае контакта судна с грунтом.

В настоящее время осадку и глубину измеряют с точностью до 5 см. Кроме того, для безопасности движения необходима прослойка воды между днищем судна и грунтом, равная 1 - 2 см. Исходя из этого динамический запас воды под днищем представляет собой суммарную ошибку в определении величины осадки судна и глубины судового хода ''плюс'' 1 - 2 см и может быть выражен следующим выражением

0,100,12 м (7)

где Н - ошибка в определении глубины судового хода, м;

Т - ошибка в определении статической осадки судна, м.

Таким образом, минимальный динамический запас воды под днищем судна h_д должен быть величиной постоянной, не зависящей от типа судна и глубины судового хода и равный 10 - 12 см. С другой стороны, осадка судна на стоянке может быть выражена через глубину судового хода Н и статический запас воды под днищем h_ст таким образом

Т=Н - h_ст (8)

Рассматривая совместно выражения (6) и (8), получим

Т=h_ст-h_д (9)

Из совместного рассмотрения выражений (3),(4),(9) без учета скорости течения воды в реке получим зависимость

h_ст-h_д=[0,1+0,4(Н-h_ст)/Н] , (10)

откуда безопасная скорость движения судна, м/с

V_без=22,2=22,2

= =5,328 (11)

Формула (11) справедлива при Н >h_ст.

Для малых запасов воды под днищем, предусмотренных Правилами Плавания, при определении безопасных скоростей движения судов по мелководью можно пользоваться более простой формулой:

V_без=22,2=22,2=5,146 м/с , (12)

Результаты расчетов сводим в таблицу 3.2.

Таблица 3.2. Величины приращения осадки (Т) крупнотоннажного судна (пр.№630) при движении по мелководью, см

По результатам расчетов строим график зависимости Т = f ( Н_п, V ) рис.3.1.

Приращение осадки Т танкера проекта №630 и безопасная скорость движения по мелководью

3.2 Влияние стесненности

3.2.1 Расчет безопасной скорости движения одиночного судна в канале

Величину безопасной скорости одиночного судна в подходном канале можно определять по формуле (4) [5];

V_без = а(1- n_к) (1- )^0,25 = 17(1- 0,161) (1- )^0,25 = 8,48 км/ч , (13)

где а - коэффициент для судна в грузу а = 17;

Т - осадка судна, м ;

Н_к - глубина в канале, м ;

n_к - коэффициент стеснения живого сечения канала корпусом судна, кото-

рый определяем по формуле (с.11) [5].

n_к = = = 0,161 , (14)

где _м - площадь погруженной части мидель-шпангоута судна, м²;

_к - площадь живого сечения канала, м².

Площадь погруженной части мидель-шпангоута судна определим как

_м = ТВ = 3,7 16,5 0,999 = 60,99 м² , (15)

где - коэффициент полноты мидель-шпангоута (для расчетного суд-

на = 0,999);

Т, В - расчетные осадка и ширина судна соответственно, м.

Площадь живого сечения канала определим как

_к = (89 + 1,37Н)Н = (89 + 1,37 4,0) 4,0 = 377,92 м² , (16)

где Н - глубина канала, м.

3.2.2 Расчет инерционных характеристик танкера при движении в канале

Расчет инерционных характеристик производим по методике П.Н. Токорева. Характеристики торможения (путь l _{т. к} и время t _{т. к}) определяем по выражениям позволяющим вести перерасчет с характеристик, определенных для глубокой воды, на условия канала.