Применение гидрологических данных для обслуживания судоходства

Внутреннее судоходство является сложным видом экономической деятельности, который в значительной мере зависит от природных факторов. Без надежных знаний о состоянии русла реки, речном стоке, ледовом режиме и об их ожидаемых изменениях планирование и осуществление судоходства будет серьезно затруднено. Для того чтобы обеспечить получение такой информации, необходим постоянный сбор данных о гидрологическом режиме, прогнозирование ожидаемых его изменений, а также регулярная передача как самих данных, так и прогнозов потенциальным потребителям.

Во многих случаях это осуществляется по-прежнему традиционными способами при поддержке национальных гидрологических служб. Вместе с тем в последнее время системы моделирования и информационное обслуживание становятся все более и более привычными инструментами в повседневной практике и зачастую используются непосредственно самими навигационными службами, например использование электронной информационной системы для судоходства на реке Рейн.

Сбор данных. Для обеспечения судоходства используются разнообразные данные, собираемые гидрологическими службами. Они включают:

а) данные, относящиеся к речному бассейну, например сведения о топографии, растительности, землепользовании и осадках. Их получение осуществляется в самом тесном сотрудничестве с национальными метеорологическими службами и региональными плановыми органами;

б) данные, собранные в створах измерений: уровни, расходы, температура воды, температура воздуха, пробы взвешенных и донных наносов, а также ледовые явления и др.;

в) физико-географические данные, собранные для участков реки, такие как изменения русла реки, донных структур, перекатов и их глубин; направления потока и его скорости; профили водной поверхности и ледовые явления.

Для получения большинства данных, необходимых для обеспечения судоходства, применяются стандартные методы наблюдений (см. том I, глава 2), хотя некоторые отличия имеют место, в основном при наблюдениях и измерениях, выполняемых на участках реки между измерительными створами.

Участки рек между изгибами русла реки различных направлений во многих случаях имеют мели, которые определяют наиболее критические точки продольного профиля естественных водоемов. Поэтому промеры глубин этих отмелей должны проводиться многократно всякий раз, когда уровень воды над отмелью не достигнет заданного значения. Глубины следует измерять вдоль гребня отмели. В результате этих измерений определяется ширина фарватера на мелководном участке реки. Протяженность участка реки, на котором глубина воды меньше минимальной навигационной глубины, должна быть точно определена.

Данные о направлении и скорости потока требуются для обеспечения надежного маневрирования караванов барж на опасных участках: отмелях, вблизи водозаборов и сбросов, а также в нижнем и верхнем бьефах шлюзов. Поверхностные скорости течения измеряются с помощью поплавков, в то время как направления и скорости течений на различных глубинах измеряются гидрометрическими вертушками, снабженными указателями направления течения.

В современном приборном оборудовании используется принцип акустического профилометра Доплера, позволяющий измерить или рассчитать все необходимые параметры в любой точке поперечного сечения.

Стандартные наблюдения за характеристиками ледового режима, выполняемые вручную вдоль измерительных створов, во многом не удовлетворяют требованиям судоходства и обеспечения безопасности при паводках. Чтобы их удовлетворить, наблюдения должны быть дополнены как с точки зрения количества измерительных створов, так и состава показателей ледового режима, которые должны измеряться.

Так, между измерительными станциями стандартной сети через каждые 5-10 километров должны быть оборудованы дополнительные измерительные пункты. Наиболее важной задачей является организация регулярных наблюдений на участках реки, особенно за заторами и зажорами.

В периоды дрейфа льда и во время его образования и разрушения наблюдения должны проводиться ежедневно, в то время как в период ледостава и неизменной водности реки наблюдения могут проводиться каждые 5-10 дней. Надежность наземных наблюдений может быть значительно повышена посредством проведения аэросъемок и фотосъемок. Рекомендуется каждые 5-10 дней составлять карты ледовых явлений и распространять их среди уполномоченных органов и пользователей.

Для составления ледовых прогнозы в целях судоходства требуется вести наблюдения за первыми ледовыми образованиями, а затем — за развитием припайного льда. Там, где гидравлические условия способствуют образованию внутриводного льда, его плотность должна определяться в соответствии со следующими тремя градациями: 0-33, 34-67 и 68100 процентов глубины реки. Плотность дрейфующего льда характеризуется в соответствии со следующими градациями: 0-10, 11-20, ..., 91-100 процентов покрытия поверхности реки.

Прогнозирование. Эффективность и безопасность внутреннего судоходства зависит от надежности гидрологических данных и прогнозов уровней воды при маловодных и многоводных условиях, ледовых явлений и глубин в местах сужения реки и на мелководных участках. Существует потребность как в краткосрочных, так и в долгосрочных прогнозах. Все лица и организации, ответственные за обеспечение судоходства, неподдельно заинтересованы в прогнозах режима стока на судоходных участках течения реки.

Помимо основных видов гидрологических прогнозов (см. главу 7) в судоходстве часто используются месячные прогнозы, составленные с учетом объема как поверхностной, так и подземной воды, содержащейся в речной сети. Так как судоходство особо чувствительно к надежности прогнозов уровня воды в меженные периоды, доверительные границы прогнозов должны быть узкими. Например, для реки Дунай применяются следующие доверительные границы:

Передача данных и прогнозов. Данные, собранные для судоходной реки, и прогнозы, основанные на этих данных, могут быть использованы только в том случае, если они своевременно дойдут до судоходных компаний, капитанов и администраций судоходных путей.

Для того чтобы обеспечить эту своевременность, совершенно необходима хорошо организованная система сбора и передачи информации. Например, в Германии применяется навигационное информационное радио, или NIF. Такая система особенно важна для международных рек, подобных реке Дунай, которая протекает по территории восьми стран.

В соответствии с рекомендациями Дунайской комиссии данные, собираемые в бассейне Дуная, ежедневно передаются по телексной связи. С целью исключения ошибок для передачи данных были приняты согласованные на международном уровне коды (см. том I, глава 2). Сообщения передаются капитанам частично по радио и частично в виде ежедневных гидрологических бюллетеней.

Судоходство на озерах и каналах. Судоходство на озерах и каналах существенно отличается от судоходства на реках:

1) меньшая значимость информации о физико-географическом и гидрологическом режимах для обеспечения судоходных условий, поскольку эффект регулирования стока обеспечивает стабильность этих показателей;

2) ледостав на озерах и водохранилищах — более продолжительный и, следовательно, навигационный период — более короткий;

3) несмотря на то, что проблемы, связанные с наличием мелководных участков, либо малозначимы или полностью устранены, могут возникать другие проблемы локального характера, связанные с процессом заиления головных сооружений шлюзов и портовых сооружений;

4) увеличивается влияние ветрового воздействия в случае судоходства на озерах и водохранилищах;

5) существует тесная зависимость судоходства от правил эксплуатации шлюзов и других сооружений.

Для обеспечения безопасности судоходства на озерах и каналах необходимо расширить состав наблюдений:
-на берегах озер и речных водохранилищ должны устанавливаться и действовать пункты наблюдений за ветровым режимом и средства предупреждения;

- для минимизации заиления техническими средствами требуется на систематической основе определять количества поступающих в водоем наносов и их транзитную часть, необходимые для составления баланса твердого стока;

- должны проводиться регулярные наблюдения за внутриводным льдом вблизи барражей, где существуют благоприятные условия для его образования;

- автоматические самописцы уровня должны устанавливаться в тех створах, которые являются особенно сложными для судоходства, так например плотины и водопропускные отверстия.

Для наиболее эффективного использования эти данные должны проверяться на достоверность и документироваться, а затем своевременно передаваться пользователям, таким как капитаны судов.