Применение гидрологии для судоходства. Применение гидрологических данных для определения характеристик фарватера

Реки — это характерные ландшафтные образования и часть природной, культурной и экономической среды. Помимо того, что они используются водным транспортом, они очень важны с точки зрения национальной экономики и экологии.

На ранних стадиях судоходства глубина и ширина фарватера рассматривались в качестве его основных параметров. Со временем потребности в увеличении транспортной способности привели к созданию более однородных условий для навигации посредством выправления русел рек или регулирования речного русла, что позволило использовать длинномерные и еще более крупные суда и отказаться от частых и дорогостоящих перевалок груза.

С самого начала развития речной навигации глубина и ширина остаются основополагающими характеристиками водных путей. Существуют различные концепции развития водных путей. Согласно классическому водорежимному подходу, обоснование инженерных мероприятий на равнинных сильно меандрирующих и свободно текущих реках следует давать на основе гидрологических характеристик, а для рек с большими уклонами и также для рек с укрепленными берегами — гидравлических. Количество параметров, которые могут быть приняты во внимание, зависит исключительно от возможностей их электронной обработки.

Все больше внимания уделяется в настоящее время отношению дизайн судна-форма, водоизмещение, тип двигательной установки — и структуры и разметки водных путей. Что касается гидрологических характеристик, то должны различаться участки рек с незарегулированным течением, находящиеся в состоянии подпора, или с канализированными участками русла и искусственными каналами. Гидролого-гидравлические параметры и характеристики взаимовлияния судов и водных путей характеризуют и определяют навигационную способность последних.

Некоторые факторы, которые влияют на судоходство, более или менее постоянны во времени и могут быть описаны конкретными параметрами. Другие факторы характеризуют временные условия судоходства, которые зависят от режима речного стока, в частности от наступления паводков и меженных периодов.

Примером события, имевшего отрицательные последствия, является продолжительный период низкого стока на Рейне в августе 2003 г. (см. рисунок II.4.26). Следующим ключевым фактором является бассейн реки выше по течению: его тип, размер и сток в течение года.

Рисунок II.4.26. Низкий сток на реке Рейн в августе 2003 г. препятствует навигации

Существуют два аспекта речного судоходства, в которых гидрология играет ключевую роль:
а) определение участков рек, которые могут постоянно использоваться для плавания судов тех или иных типов (например, классификация водных путей в соответствии с рисунком II.4.27);

Рисунок II.4.27. Пример классификации водотоков

б) описание текущих гидрологических условий, которые определяют условия эксплуатации судов, например в соответствии с навигационной глубиной или уровнями воды.

Эти два вопроса подробнее рассматриваются в следующих разделах.

Применение гидрологических данных для определения характеристик фарватера. Целью изучения любого фарватера с точки зрения возможностей его использования для судоходства является определение сезонных условий судоходства для различных категорий судов применительно к отдельным участкам фарватера.

Это может быть выполнено посредством использования системы понятий, основанных на качественных характеристиках значений отдельных гидрографических и гидрологических показателей. Такая система понятий была предложена Европейской экономической комиссией ООН. Определения некоторых из этих понятий даны ниже:

Фарватер — часть реки, пригодная для плавания отдельных судов и их караванов, ограниченная навигационными знаками (бакены).

Судоходный габарит — совокупность факторов, характеризующих глубину, ширину, высоту и извилистость фарватера, требующихся для регулярного и безопасного плавания судов данного водоизмещения (см. рисунок II.4.28).

Рисунок II.4.28. Геометрические элементы водотока

Минимальная глубина фарватера (h) — минимальная глубина при низком судоходном уровне, которая обеспечивает требуемую ширину фарватера.

Минимальная ширина фарватера (B) — минимальная ширина при низком судоходном уровне, которая обеспечивает требуемую глубину фарватера.

Предписанный вертикальный габарит (H) — минимальное вертикальное расстояние по ширине фарватера между нижним краем любого сооружения (например, моста) и высоким судоходным уровнем.

Минимальный радиус извилистости (R) — предписанный нижний предел радиуса извилистости речного русла, измеренный по оси фарватера в период низкого судоходного уровня.

Низкий судоходный уровень (HK) — критический для судоходства уровень, обеспечивающий предписанные значения глубины и ширины русла.

Высокий судоходный уровень (HN) — критический для судоходства уровень, обычно обеспечивающий плавание судов заданного водоизмещения.

Навигационный расход — расход воды, требующийся для обеспечения глубины, необходимой для безаварийной навигации.

Минимальный навигационный расход — расход воды, обеспечивающий низкий судоходный уровень в данном поперечном сечении реки.

Максимальный навигационный расход — расход воды, обеспечивающий высокий судоходный уровень в данном поперечном сечении реки.

Навигационный сезон — часть года, в течение которой судоходство не прерывается из-за ледовых явлений.

Брод — участок реки с малой глубиной между двумя берегами, предназначенный для перехода через реку (как используется в данном контексте).

Верхний брод — самый мелкий брод на данном судоходном участке реки.

Способы определения этих параметров рассмотрены ниже.