Методические решения по обоснованию целесообразности проведения капитальных дноуглубительных работ на судовых ходах Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 627.74

А.Н. Ситнов, д.т.н., профессор, ФБОУВПО «ВГАВТ».

Р.Д.Фролов, к.т.н., профессор, ФБОУ ВПО «ВГАВТ».

Н.В.Кочкурова, к.т.н., доцент, ФБОУ ВПО «ВГАВТ».

М. В. Шестова, к.т.н., доцент, ФБОУ ВПО «ВГАВТ».

Ю.Е.Воронина, к.т.н., доцент, ФБОУ ВПО «ВГАВТ».

603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5А

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ОБОСНОВАНИЮ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ КАПИТАЛЬНЫХ ДНОУГЛУБИТЕЛЬНЫХ РАБОТ НА СУДОВЫХ ХОДАХ

В статье рассмотрены методические вопросы обоснования планового положения и проектных габаритов судовых ходов на спрямляющих судовых трассах, состава и объема путевых работ с учетом геологической структуры разрабатываемых грунтов, методические подходы к расчету экономических эффектов. Приведены результаты научных исследований по обоснованию целесообразности проведения капитальных дноуглубительных работ на спрямляющих трассах №1К и №2К Куйбышевского водохранилища.

Судовые ходы, пролегающие по акватории водохранилищ, имеют свою специфику. В границах водохранилищ обычно предусматриваются основные и дополнительные (спрямляющие) трассы. Основные трассы являются транзитными судовыми ходами, на которых обеспечиваются гарантированные габариты при предельной навигационной сработке водохранилища. Дополнительные трассы на отдельных участках спрямляют транзитный судовой ход и тем самым сокращают протяженность пути. В связи с вспомогательной ролью гарантированная глубина на них обеспечивается только при определенных уровнях воды, т.е. при незначительной сработке водохранилищ. При большей сработке водохранилища отдельные дополнительные трассы для судоходства закрываются.

В некоторых случаях целесообразен перенос основного судового хода в границы дополнительных трасс. Примером может послужить существующий основной судовой ход в устье реки Камы (1385 - 1429 км), который представляет сложность для прохождения судов, в том числе из-за своей извилистости (рис. 1). Спрямляющие судовые ходы № 1К и № 2К Куйбышевского водохранилища в современных условиях могут быть использованы для прохождения судов только при определенных уровнях воды. При сработке водохранилища ниже 50 м (для трассы №1К) и 51,5 м (для трассы №2К) дополнительные судовые ходы закрываются и судоходство осуществляется только по основному судовому ходу. Таким образом, увеличение гарантированных габаритов пути на этих ходах позволит использовать их для прохождения судов при всех расчетных уровнях воды, сократить время прохождения судами данного участка р. Кама за счет уменьшения длины судового хода на 19 км, а также обеспечить улучшение условий для безопасного судоходства.

При разработке проекта новой трассы судового хода на уже эксплуатируемом водохранилище необходимо расчетное обоснование габаритов судового хода -проектных глубины и ширины.

Условия судоходства на водохранилище принципиально отличаются от речных. На акватории водохранилища под воздействием ветра образуются волны, возникают дрейфовые течения, обуславливающие местные понижения (сгон) и повышение (нагон) уровня воды. Перечисленные факторы изменяются по длине водохранилища. В связи с этим проектные габариты судового хода обосновываются отдельно для каждого характерного участка водохранилища. Обычно проектные габариты

отсчитываются от возможного во время навигации самого низкого уровня воды на водохранилище - уровня навигационной сработки (УНС).

| При сработке У Ходом Камского направлении.

ІЛ'т мпи°п Л0Д ззиРЫвается Гарантированные ’габариты” этого ^удавоґоіі м) сос-апгяют глубиня^ м, ширина 100 м.|

Рисунок 1 - Ситуационный план участков р. Кама (1145-1383 км) и р. Волга (1377-1423 км) на Куйбышевском водохранилище

Исходя из возможных неблагоприятных ситуаций, проектная глубина судового хода вычисляется для грузового теплохода и проектная ширина - для расхождения двух толкаемых составов. Подобный подход объясняется существенными различиями в скорости движения грузового теплохода и толкаемого состава и длины и ширины судна и состава.

При фактической возможной большей скорости движения одиночного грузового теплохода его «просадка» будет больше, чем у толкаемого состава. Это потребует соответствующего увеличения глубины судового хода.

При определении проектной ширины нужно учитывать, что толкаемый состав при движении с определенным углом дрейфа будет занимать большую часть ширины акватории.

Таким образом, по завершении расчетов за окончательные принимаются проектная глубина, обеспечивающая безопасное плавание грузового теплохода, а проектная ширина - обеспечивающая безопасность беспрепятственного расхождения двух однониточных составов.

Проектная глубина судового хода на водохранилище Тпр определяется по следующей формуле [1, 2, 4]:

Тпр = + Д^ + + ДТв + АТсг + ДZ (1)

где Т ос - максимальная осадка расчетного судна, м;

ДТпп - запас глубины под днищем судна по «Правилам плавания» [3], м;

ДТд - запас глубины под днищем судна на величину его «просадки» (дифферент), м;

ДТв - запас глубины под днищем судна на ветровое волнение, м;

ДТ - запас глубины под днищем судна на ветровой сгон; м;

AZ - запас глубины на возможную заносимость судового хода из-за размыва берегов, м.

Запас глубины под днищем судна АТпп специально для искусственных водных

путей - водохранилищ общими «Правилами плавания» не установлен. Однако, согласно пункту 3 приложения 1 «Правил плавания по внутренним водным путям Российской Федерации» [3], при плавании в бассейнах разрядов «М» и «О» суда

должны иметь дополнительный запас воды под днищем AOaí не менее 1/3 высоты

волны согласно прогнозу.

При движении судна его корма погружается, а нос приподнимается - возникает дифферент, который при современных скоростях судов может быть значительным. Это также требует соответствующего увеличения глубины судового хода на величину

АТд.

Запас глубины на заносимость AZ судового хода учитывается при расположении трассы судового хода в относительной близости от размываемого берега (ближе 1 км).

Остальные необходимые запасы при расчете проектной глубины определяются в соответствии с действующими нормативами [1,2, 4].

Очевидно, что в величину дополнительного запаса под днищем судна АТдн

(согласно пункту 3, приложения 1 [3]) входит возможное увеличение осадки судна в связи с ветровым волнением. Следовательно, запас глубины на ветро-волновые явления можно считать необязательным. В то же время просадка судна при его движении без ограничения скорости с учетом дифферента подлежит учету.

Таким образом, в окончательном виде расчетная формула (1) принимает вид:

Т = T +АТд +АТд (2)

пр ос дн д

Проектная ширина судового хода на водохранилище должна обеспечивать возможность беспрепятственного расхождения двух большегрузных секционных составов и определяется по следующей формуле [3]:

Вр = К (В, + В,) (3)

где К - коэффициент запаса, учитывающий необходимые запасы ширины между расходящимися составами и между каждым составом и кромкой судового хода;

В„ В2 - ширины полос судового хода, занимаемые расходящимися толкаемыми секционными составами, м.

Под действием ветра и дрейфового течения состав (судно) на открытой акватории слабопроточного водоема движется под некоторым углом к оси судового хода -углом дрейфа 0 . При этом им занимается полоса судового хода, превышающая ширину состава (или корпуса одиночного судна), что необходимо учитывать при определении проектной ширины.

Таким образом, в окончательном виде формула (3) перепишется [1, 2, 4]:

Впр = 1,3(В1,2 + В1,2 ) = 2,6 • В1,2 = 2,6 •(Lc • sin 0 + Bc • C0s 0) . (4)

где Lc, Bc - длина и ширина расчетного состава, м.

При обосновании планового положения спрямляющих судовых ходов целесообразно принимать уже существующее их расположение, т.к., как правило, дополнительные трассы закрепляются капитальными навигационными знаками. Однако необходимо помнить, что протяженность прямолинейных участков ограничивается видимостью береговых створных знаков. Исходя из этого, протяженность их не должна превышать 20-25 км.

Организация и технология разработки судоходной прорези обуславливаются техническими возможностями конкретного земснаряда, местными условиями,

нормативами на операции и, в конечном итоге, определяют как длительность разработки прорези, так и потребное количество земснарядов. Решающими факторами являются коэффициенты использования рабочего времени земснаряда и производительность их работы на конкретном объекте.

На коэффициент использования рабочего времени особое влияние оказывают метеоусловия - длительность времени туманов во время навигации и ветровое волнение, прерывающее работу земснаряда. Кроме этого подлежат учету суммарная длительность времени на выполнение производственных операций (перекладка якорей, очистка грунтовых путей), профилактика механизмов.

Для обоснования величины реального коэффициента рабочего времени могут быть применены два подхода:

- анализ фактических показателей по ранее выполненным работам;

- расчетное обоснование.

Последний метод применяется при ограниченной информации по фактическим показателям на аналогичных объектах.

Расчетная производительность земснаряда определится как:

О = ^ ■ kP , (5)

где От - техническая производительность одного земснаряда, м3/ч;

кр - расчетный коэффициент снижения технической производительности, который зависит от рода грунта, глубины опускания рамы и толщины снимаемого слоя [5]. В качестве расчетного принимается минимальный из трех.

Коэффициент производительности в зависимости от рода грунта принимается для конкретного участка водного пути.

Снижение производительности земснаряда в зависимости от глубины опускания черпаковой рамы (для многочерпакового снаряда) определяется степенью наполнения черпаков при угле наклона черпаковой рамы, соответствующем данной глубине ее опускания.

Толщина снимаемого слоя грунта оказывает влияние на производительность многочерпаковых земснарядов, отражаясь на наполнении черпаков грунтом. Величина коэффициента принимается по средней толщине снимаемого слоя для каждого из судовых ходов.

Рабочее время, необходимое для разработки судоходной прорези, ч:

Т №

ТР = О,р ■ (6)

где Ж - полный объем выемки грунта, определенный по укрупненному плану прорези.

К временным параметрам разработки судоходной прорези относятся следующие расчетные показатели.

Валовое время, потребное для выполнения работы на объекте и учитывающее перерывы в работе. По нему определяются календарные сроки выполнения работы, а также запланированный коэффициент использования земснаряда по рабочему времени:

у ____ у | 71 _ 71 I 71 I 71 •

вал раб ост раб произ период, ч; (7)

Т = t ^ ^ ^ , ч; (8)

произ устан стан.я бок.я > ’

Т = t +1 ч* (9)

период смаз т.осм > ’ \ '

где Тпроиз - время на производственные остановки, ч;

Тпериод - время на периодические остановки, ч;

tусmан - время на установку земснаряда на месте работы, ч;

tсmан.я - время на перекладку станового якоря, ч;

tбок.я - время на перекладки боковых якорей, ч;

tcмaз - время на профилактический ремонт, смену деталей и смазку механизмов, ч; т.осм - время на технический осмотр, ч.

Эксплуатационное время с учетом туманов и волнений:

Т = Оййё + {(дог + гш )• Пёад , сУт, (I0)

tтyм - число дней с туманами, сут; te0лH - число дней с высотой волны выше 1,2 м, сут.

плет - полное количество лет, требуемых для выполнения всего объема дноуглубительных работ.

Время возможной работы земснаряда рассчитывается по формуле:

Т д = Т — t — t , сут,

период нав тум волн > ^ >

где Тпериод - время возможной работы земснаряда, сут;

Тнав - продолжительность навигации, сут;

tmум - число дней с туманами, сут;

te0лн - число дней с высотой волны выше 1,2 м, сут.

Коэффициент использования земснаряда по времени

Для нахождения коэффициента использования земснаряда по времени также необходимо учитывать время простоя. Коэффициент использования по времени можно определить:

Т — г

у период простой

квр = т 5 (12)

нав

где гпростой - время простоя земснаряда в период невозможной его работы, сут.

При обосновании сроков начала дноуглубительных работ необходимо определить глубину воды, при которой возможно начало разработки прорези:

н = Ноп — Тдн (13)

где Ноп - глубина опускания грунтозаборного устройства заданного земснаряда,

м;

Тдн - требуемая глубина судового хода на спрямленных судовых ходах,

м.

При обосновании положения и габаритов судовых трасс, наряду с учетом требований безопасности судоходства, необходимо принимать во внимание требования экономичности решений.

Методические подходы к определению экономических эффектов сводятся к расчету народохозяйственного эффекта проектных решений.

Показатели народнохозяйственной эффективности учитывают как непосредственные результаты и затраты проекта, так и “внешние” затраты и результаты в смежных секторах экономики, экологические, социальные и внешнеэкономические эффекты. При этом внешние эффекты рекомендуется учитывать в количественной форме при наличии соответствующих нормативных и методических материалов. В общем виде народнохозяйственный эффект за расчетный период Т действия проекта (включает весь жизненный цикл разработки и реализации проекта вплоть до его прекращения) может быть представлен в виде:

Эн / х = РТ — ЗТ ±АРТ (14)

где РТ - стоимостная оценка результатов от разработки капитальной прорези за расчетный период Т, руб;

ЗТ - стоимостная оценка затрат на осуществление разработки капитальной прорези за расчетный период Т, руб;

ЛРТ - сопутствующие экономические результаты от разработки капитальной прорези, руб.

Для отдельных составляющих расчета эффективности, таких как социальноэкономические результаты, сопутствующие результаты используются приростной метод и в расчете учитывается разность стоимостных показателей со знаком “+” или

В проектных вариантах разработки капитальной прорези результаты мероприятия выражаются в виде улучшения судоходного состояния рассматриваемого участка. Стоимостная оценка результатов от эксплуатации прорези выступает в форме экономии затрат по содержанию навигационной обстановки (навигационным знакам)

ЭНО и экономии затрат на обслуживание участка Эобсл, экономии затрат по флоту

при улучшении судоходного состояния на рассматриваемом участке ДЭфл.

Стоимостная оценка затрат - в форме приращения затрат на проектные работы (НИОКР) ДКниокр и разработку прорези ДКпр .

В общем виде экономия затрат на обслуживание участка пути в существующем и проектном вариантах может быть рассчитана по формуле:

д Э _____ З сущ з проект (15)

Эобсл Зобсл Зобсл

О сущ о проект ^

где Зобсл, Зобсл - расходы по обслуживанию участка в существующем и

проектных вариантах, руб.

Экономия затрат на оборудование навигационной обстановки ДЭно (руб) может быть рассчитана по формуле:

дэ зсущ зпроект (^"'' Атсущесущ) (^"'' ]\Т проекте проект) (16)

Эно~Зно Зно ~ (/ . ^зні Сзні ) (/л ^зні Сзні Л

і і

где N(¡УЩ , №прг°ект - число знаков і-го типа, необходимых для оснащения судовых ходов в существующем и проектных вариантах;

С сущ е проект

зні , Сзні - стоимость знака і-го типа соответственно в существующем и

проектных вариантах, руб/знак.

Экономия на навигационное обслуживание может быть определена в виде:

д э _____ (З сУщ М З СУщ + З СУщ М З СУщ ) (З проект і З проект . З проект . З проект (

обсл V обслно обслтрал обслднооч обслизыск. * V обслно обслтрал обслднооч. обслизі '

17)

о сущ о проект ^

где ЗобСл но, Зобсл но - затраты по содержанию навигационной обстановки в существующем и проектных вариантах, руб;

о сущ о проект

Зобсл.трал. , Зобсл.трал. - затраты по выполнению Тральных работ в существующем и

проектных вариантах, руб;

О сущ о проект

Зобсл.днооч., Зобсл днооч - затраты по выполнению дноочистительных работ в существующем и проектных вариантах, руб;

о сущ о проект

Зобсл.изыск. , З обслизыск.- затраты по выполнению изыскательских работ в

существующем и проектных вариантах, руб.

Годовая экономия по флоту при прохождении по участку рассчитывается в виде:

•А/,

АЭФл = £Т^ • N

Ф Т 24-У,.

(18)

осн

]

где Я Т - средняя себестоимость содержания в ходу судов (составов) j-ой группы, тыс.руб/сут;

А/;. - сокращение прохождения судами (составами) j-ой группы пути в существующем и проектных вариантах, км;

УТ - средняя скорость судов j-ой группы при прохождении участка, км/ч;

д тосн

N т - количество судов в j-Oй группе, проходящих по основному судовому ходу.

Единовременные затраты на разработку прорези и транспортировку грунта к месту отвала рассчитываются по формуле:

АК = W • Спер +1 • Спост +(Ж - О V Спер +1 • Спост (19)

пр выем выем дн выем V выем г^Р ) тр дн тр

где Wвыем - объем выемки грунта из прорези, тыс. м3;

tдн - общая продолжительность производства дноуглубительных работ, сут;

ОР - расчетный объем реализации материала, тыс. м3;

Сы - переменная составляющая себестоимости выемки грунта (топливо и смазка), руб/м3;

С пост ^ , 3

выем - постоянная составляющая себестоимости выемки грунта, руб/м ;

Сттр - переменная составляющая себестоимости транспортировки грунта в отвал (топливо и смазка), руб/м3;

С пост

тр - постоянная составляющая себестоимости транспортировки грунта в отвал, руб/м3.

Стоимостная оценка сопутствующих результатов проявляется в снижении расходов от аварийности судов на рассматриваемом участке АЗав, в уменьшении вредного воздействия на окружающую среду при сокращении длины рассматриваемого участка АЗос. В связи с проблемным характером определения

оценок АЗав, АЗос они в расчет не принимаются. Кроме того, сопутствующие результаты могут выступать в виде получения дополнительных доходов (прибыли) от реализации части извлекаемого со дна грунта при его соответствующем качестве.

Экономический эффект проектных вариантов улучшения условий судоходства определяется показателями:

1. Чистый дисконтированный доход (интегральный эффект) (ЧДД)

ЭТГ = £(АЭНО( +АЭобсЛ' + АЭфл, +АПр,)•«, -£(АК„ + АКяр,)•«, (20)

где ОС( - коэффициент дисконтирования, определяемый по выражению:

= 1 О =(1 + Ен )'-''

где t - текущий год расчетного периода, t = г 0, гк ,

При ЭПрОект > 0 мероприятие признается целесообразным.

Из проектных вариантов лучшим признается вариант с максимальным значением

проект Эн / х .

Из других показателей экономической эффективности в связи с бюджетным финансированием мероприятий для проектных вариантов считаются:

2. Индекс доходности

Е (,АЭног + АЭобст + АЭфлг + ' рг) ■ аг (21)

ИД проект г_г0

Е (АКНИОКРг + АКпрг ) ■ а

+ ш ^ при ^г

Индекс доходности должен быть ИДпроект > 1

Лучшим признается вариант с большим ИД проект.

3. Срок окупаемости инвестиций (Ток).

Определяется временным интервалом, в течение которого получаемая экономия на содержание навигационной обстановки, экономия по флоту, положительные сопутствующие результаты сравниваются с величиной инвестиций. Срок окупаемости находится из выражения:

Е ^АЭног + АЭобслг + АЭфлг + рг ) ■ аг _ Е ^А^НИОКРг + прг) ■ аг (22)

Если Е ^АЭног + АЭобслг + АЭфлг + рг) ■ аг < Е (^^НИОКРг + ^^прг ) ■ аг ,

г _го г _го

то за принятый расчетный период Т инвестиции не окупаются.

Но основе вышеизложенных методических решений было выполнено соответствующее расчетное обоснование целесообразности проведения капитальных дноуглубительных работ на спрямляющих трассах №1К и №2К Куйбышевского водохранилища.

Для возможности определения проектных габаритов на спрямляющих судовых ходах необходимо определение расчетных режимов и их параметров.

В подобных условиях изучению подлежат уровенный режим водохранилища (по двум ближайшим гидрологическим постам), режим ветров, волнения, сгонов воды, туманы и осадки, скорости течения. При этом крайне сложен подход к назначению параметров расчетных режимов из-за неоднозначности их влияния на гидравлику.

Для обоснования отметок расчетных уровней воды рассмотрен уровенный режим Куйбышевского водохранилища в районе проектируемых прорезей Камского направления за период навигаций 1999-2009 годов.

Ближайшими пунктами рассматриваемого участка Куйбышевского водохранилища являются гидрологические посты «Ульяновск» (1532 км) и «Кирельское» (1400 км). Характер режима уровней воды по этим двум постам типичен для водохранилищ с годичным регулированием стока и за период с 1999 г. по 2009 г. представлен на соответствующих графиках (рис.2, 3).

— 2009г. —2008г. —2007г. - 2006г. —2003г. —2004г. —2003г. -2002г. -2001г.

НаБс.м - 2000г. —1999г.

Рисунок 2 - Графики колебания уровней воды по г/п «Кирельское» (период навигации 1999-2009 гг.)

1 — 200Э год — 2008 год —2007 год —2006 год — 2005 год

Рисунок 3 - Графики колебания уровней воды по г/п «Ульяновск»

(период навигации 2005-2009 гг.)

Для обоснования расчетных режимов и их параметров необходима количественная оценка уровенного режима за длительный промежуток времени. Такие сведения получают с помощью статистической обработки данных за ряд лет и построения расчетной кривой продолжительности (обеспеченности) уровней. На основе имеющейся информации за период 1999-2009 гг. по гидропостам «Кирельское» и «Ульяновск» был выполнен анализ характерных уровней воды и расчетным путем получены необходимые характеристики (рис. 4, 5). В данном случае рассматривался только период навигации (с апреля по ноябрь) текущего года.

Из анализа полученных кривых обеспеченности видно, что в многолетнем разрезе уровни воды на отметке НПУ=53,0 м и выше имеют малую обеспеченность, которая колеблется в диапазоне 10-14% (21-30 суток навигации). Обеспеченность уровней воды, соответствующих уровню допустимой навигационной сработки Куйбышевского водохранилища (ПУВ=49,0 м), изменяется от 98,5 до 98,8%.

Для обоснования расчетных режимов при определении габаритов судовых ходов № 1К и № 2К за основу принят опорный пункт «Кирельское», поскольку именно он находится в непосредственной близости от района проектируемых прорезей Камского направления (ниже по течению на 15 км).

Наос, 54 п м V ! НГТУ=53 0 м

РУ 3=5 Э і N \

ПУВ=49 0 м \

48 - і 9 7 8° о — д

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

О 6 еспеченно с ть в пр о центах

Рисунок 4 - Кривая обеспеченности уровней воды по г/п «Кирельское» (период навигации І999-2009 гг.)

Наос, м

Обеспеченность в процентах

Рисунок 5 - Кривая обеспеченности уровней воды по г/п «Ульяновск» (период навигации 1999-2009 гг.)

Таким образом, на основе анализа гидрологического режима Куйбышевского водохранилища в районе проектируемых прорезей Камского направления были обоснованы расчетные уровни воды, от которых далее определялись проектные габариты на спрямляющих трассах № 1К и № 2К (таблица 1).

Таблица 1 - Расчетные эежимы и их параметры

Режим Расчетный уровень воды, абс. м

на трассе № 1К на трассе № 2К

Проектный 49,0 49,0

Расчетный 50,0 50,0

В процессе исследований дана характеристика режиму ветров, волнения, сгонов воды, туманов в районе спрямляющих судовых ходах № 1К и № 2К Куйбышевского водохранилища.

Для определения проектных габаритов на спрямляющих судовых ходах из анализа сетки большегрузных судов были приняты следующие параметры расчетного судна:

ширина - 17,8 м (баржа-площадка пр. Р56);

длина - 280,46 м (однониточный состав из двух открытых секций пр. 1787У с толкачом пр. Н3290/3291);

осадка (в полном грузу) - 3,5 м (грузовой теплоход «Волго-Дон-1», пр. 507).

В результате произведенных расчетов по определению проектной глубины с учетом всех необходимых запасов (формула (1)) была получена расчетная величина 5,80 м (при ПУВ=49 м) и 5,65 м (при РУВ=50 м).

С учетом формулы (2) проектная глубина на спрямляющих судовых ходах № 1К и № 2К Куйбышевского водохранилища принята равной 4,80 м (при ПУВ=49 м и РУВ=50 м).

При обосновании проектной ширины судовых ходов расчетным путем было получено значение угла дрейфа 0 = 11,1°, сама ширина с учетом приведенной выше методики равна 187,2 м. Однако на прилегающих участках Куйбышевского водохранилища (г.Чистополь - Камское Устье) гарантированная ширина составляет 200 м. Для того, чтобы обеспечить единые габариты на всем протяжении участка водного пути, проектная ширина на спрямляющих судовых ходах № 1К и № 2К Куйбышевского водохранилища была принята равной 200 м.

Таким образом, принятые проектные габариты судового хода на трассах № 1К и № 2К следующие:

- при расчетном уровне воды ПУВ=49,0 м - глубина 4,8 м, ширина 200 м,

- при расчетном уровне воды РУВ=50,0 м - глубина 4,8 м, ширина 200 м.

При обосновании планового расположения спрямляющих судовых ходов, обеспечивающих безопасное плавание транспортных судов и составов, принято их современное положение, закрепленное капитальными навигационными знаками (рис. 1). Проектная ось судовых ходов закреплена стационарными береговыми знаками.

Участок Куйбышевского водохранилища Камского направления в основном сложен глинистыми пластичными грунтами, что способствует относительной устойчивости рельефа судоходных прорезей.

Для производства дноуглубительных работ обоснован выбор состава земкаравана, включающего многочерпаковый земснаряд проекта Р-36, шаланды проекта Р-122, мотозавозни проекта Р-94.

Обоснована производительность работы элементов земкаравана с учетом влияния туманов и волнения на рассматриваемом участке.

По материалам русловых изысканий построены продольные профили спрямляющей трассы (рис.5-8). В первом варианте при проектном уровне воды (ПУВ) общая длина судоходной прорези на спрямленной трассе № 1К составляет 5182 м (в том числе на основном участке 4901 м), на трассе № 2К - 14885 м. Во втором варианте при расчетном уровне воды (РУВ) на трассе № 1К Lпp=3335 м, на трассе № 2К Lпp=14786 м.

Для расчетных вариантов были определены объемы дноуглубительных работ (таблица 2, 3). Максимальный объем дноуглубительных работ приходится на судовой ход №2К. Общий объем дноуглубительных работ на участке при ПУВ=49 м составляет 10,853 млн. м3; при РУВ=50 м - 7,61 млн. м3.

Н,

м, обс, ПУВ=49,0 м. обс,

—,_____________________,1

[—4 \

\ / ’ V Про ?ктное " V дно 44, \ 2 м.БС X

1384 1385 1386 1387 1388 1389 1390 1391 1392 1393 |_ км

Рисунок 5 - Продольный профиль трассы №1К при ПУВ=49 м (1 вариант).

50.0

48.0

46.0 44,

42.0

40.0

чУ ' -V -VI. Про ?ктное V дно 45, А 2 м.БС / X

1384 1385 1386 1387 1388 1389

1390

1391 1392 1393 |_, км

Рисунок 6 - Продольный профиль трассы №1К при РУВ=50 м (2 вариант).

50.0 48.0'

46.0 44 0 42.0' 40.0'

Н.

м. абс.

ПУВ=49,0 м, обс,

Прорктно

дно

,2 М.БС:

1394 1395 1396 1397 1398 1399 1400 1401 1402 1403 1404 1405 1406 1407 1408 1409 Ц км

Рисунок 7 - Продольный профиль трассы №2К при ПУВ=49 м (1 вариант)

н.

м. абс.

3-50,0 м, обс,

Проє

ктное ¿но 45,с

м.БС

1394 1395 1396 1397 1398 1399 1400 .1401 1402 1403 1404 1405 1406 1407 1408 1409

Рисунок 8 - Продольный профиль трассы №2К при РУВ=50 м (2 вариант)

Таблица 2 - Объемы дноуглубительных работ на трассе № 1К

1_, км

Проектная глубина судового хода 4,8м Полезный объем выемки грунта, млн. м3 Объем на технологиче ское переуглубление, млн. м3 Полный объем выемки, млн. м3

при ПУВ=49м 0,837 0,414 1,251

при РУВ=50м 0,139 0,267 0,406

Таблица 3 - Объемы дноуглубительных работ на трассе № 2К

Проектная глубина судового хода 4,8м Полезный объем выемки грунта, млн. м3 Объем на технологиче ское переуглубление, млн. м3 Полный объем выемки, млн. м3

при ПУВ=49м 8,408 1,191 9,599

при РУВ=50м 6,021 1,183 7,204

Средняя толщина снимаемого слоя при ПУВ=49 м составляет 2,7 м, при РУВ=50 м соответственно 2,1 м.

Так как р. Кама богата песчано-гравийными отложениями, то это позволит выполнять извлечение грунта с возможностью его дальнейшей реализации. Однако качество материала изменяется по мере углубления. Верхний слой отложений -засоренный грунт, не пригодный для строительного использования. Поэтому на спрямленных судовых ходах необходимо провести вскрышные работы, а полезный для использования грунт принять лишь на отметке не выше 44,8 м абс. Для варианта

разработки от ПУВ мощность слоя принята 0,6 м. Результаты расчетов приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Объемы грунта для реализации при разработке прорезей с отметки ПУВ=49,0 м.

Трасса Объем извлекаемого грунта, тыс. м3 Суммарный объем, млн. м3

№ 1К 621,76 2,408

№ 2К 1786,15

Так как отметка проектного дна для варианта с РУВ находится выше отметки возможного добываемого грунта, то весь извлекаемый объем удаляется с судового хода без его реализации.

Для обоих вариантов рассмотрены вопросы организации и технологии разработки прорезей. Расчетные временные параметры разработки судоходных прорезей приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Временные параметры разработки судоходных прорезей

Показатели Ва риант

Проектный ПУВ=49,0 м БС Расчетный РУВ=50,0 м БС

Рабочее время, сут 483,65 339,12

Валовое время, сут 496,80 350,03

Эксплуатационное время, сут 550,80 386,03

Коэффициент использования по времени 0,88

Процесс извлечения грунта многочерпаковыми земснарядами слагается из движения черпаковой цепи и перемещения снаряда в пределах разрабатываемой прорези.

Разработка прорези ведется папильонажным способом, при котором для извлечения грунта приводится в движение черпаковая цепь, рама опускается на заданную глубину и земснаряд перемещается поперек прорези, осуществляя подачу по становому тросу у кромок прорези. Грунт отделяется от дна одновременно несколькими черпаками, находящимися в шлейфе. Заполнение черпаков начинается при заходе их в шлейф, заканчивается после выхода из грунта и зависит от рабочего вылета черпака [6].

Глубина воды, при котором возможно начало разработки прорезей, составляет 5,2 м. В результате анализа графиков колебания уровней необходимо отметить, что максимальные уровни соответствуют отметкам 53,6 м по гидропосту «Ульяновск» и 53,73 м по гидропосту «Кирельское». Максимальная же отметка возможного начала работ соответствует значению 54,2 м (для наихудшего варианта при ПУВ=49,0 м). Таким образом, работы по углублению дополнительных спрямленных судовых ходов можно проводить в течение всего периода навигации. С учетом туманов и волнового воздействия период навигации, благоприятный для производства дноуглубительных работ составляет 194 дня.

При расчете экономических эффектов за счет сокращения знаков навигационного оборудования судового хода экономия образуется из-за отсутствия оснащения навигационными знаками и их обслуживания на дополнительных судовых ходах №1К и №2К. Расчет затрат на содержание навигационного оборудования включает расчет стоимости содержания самих знаков и стоимости обслуживания знаков теплоходом проекта Р-121. При расчете экономии по навигационному оборудованию

предполагается, что знаки на дополнительных судовых ходах за период разработки прорези находятся в ожидании их последующей установки на новой трассе с началом ее эксплуатации, а знаки на существующем судовом ходу после разработки капитальной прорези используются в других местах. При этом единовременная экономия от знаков с учетом принятой амортизации 50% принимается по величине остаточной стоимости знаков, равной 1664,95 тыс. руб. Принимается, что при сроке службы знаков в среднем 5 лет экономия по их приобретению составляет 3329,9 тыс.руб. Для первого проектного варианта в 2012 г. экономия составит 1664,95 тыс.руб., в 2015 г. - 3329,9 тыс.руб., в 2020 г. - 3329,9 тыс.руб. и т.д. с интервалом 5 лет.

Прохождение судов и составов по укороченной судоходной трассе в границах спрямляющих судовых ходов №1К и №2К вместо движения по более длинному современному основному судовому ходу ведет к экономии времени и расходов по флоту. В настоящее время часть судов (составов) при высоких уровнях воды проходят участок по дополнительным судовым ходам, при низких уровнях - по основному судовому ходу. Экономия по флоту образуется за счет переключения судопотока, идущего по основному ходу, на спрямляющие судовые хода.

По Куйбышевскому водохранилищу в границах судоходных трасс №1К и №2К проходит большое количество самоходных сухогрузных судов и составов, танкеров и наливных составов, толкачей и буксиров, а также пассажирских судов.

По данным дислокации ФГУ «Волжское ГБУ» проведен анализ судо- и грузопотока на данном участке. Была рассмотрена информация по дислокации судов, проходящих через район Чистополя в 2007, 2008 и 2009 г.г. Общее количество позиций по рейсам в дислокации за 2007 г. составило 10802, за 2008 г. - 11149, за 2009 г. (до 15 сентября) - 5723. Видно, что активность транспортной работы росла, ее пик пришелся на 2008 г. и резкий спад произошел в 2009 г. по причине финансового кризиса. Поэтому нами для дальнейшего анализа принята информация дислокации 2008 г. Общее количество судов (составов), прошедших участок в этом году составило 4680, из них 2610 составов, 1377 самоходных, 393 пассажирских судна. Суда проходят участок вверх и вниз по основному и дополнительным судовым ходам с различной осадкой, груженые и порожнем, перевозят разнообразные грузы, основная доля которых приходится на нерудные строительные материалы и наливные грузы.

Понятно, что по конкретному судну (составу) решить вопрос о маршруте его прохождения и возможной экономии расходов при улучшении судоходного состояния участка невозможно. Поэтому нами использовались средние параметры по судопотоку. Для этого по данным дислокации все грузовые самоходные и пассажирские суда, а также составы распределены по группам в зависимости от осадки (от минимальной до максимальной) с шагом 10 см. Но и в этом случае, несмотря на некоторое укрупнение параметров, расчетный судопоток очень большой. Нами произведено дальнейшее его агрегирование в группы по осадке с шагом 0,5 м. Для этого в каждой группе с десятисантиметровым шагом по осадке выбирались наиболее многочисленные типы (проекты) судов (составов) и им присваивался статус «базовых». Характеристики базового судна присваивались всем судам в группе с шагом по осадке 10 см.

При этом характеристики и расчетные параметры транспортных средств принимались согласно имеющейся справочной литературе. Себестоимость содержания судов (составов) в ходу - по аппроксимированным зависимостям Sx=f(Nc) (Кс - мощность двигателя судна, л.с.), построенным по полученным из ОАО «Судоходная компания «Волжское пароходство» себестоимостям ряда проектов судов (пример для самоходных грузовых судов приведен на рис.9). В себестоимости содержания составов, кроме толкача учитывались баржи (секции), себестоимость которых принималась в размере 1-4 тыс.руб/сут за единицу в зависимости от проекта.

Величина экономии по флоту зависит от сокращения протяженности судового хода и числа судов (составов), проследующих по основному судовому ходу. После разработки капитальной прорези на дополнительных судовых ходах №1К и №2К судовой ход сократится на 19 км.

Точных данных по разделению всех судов, идущих по дополнительным или основному ходам нет, поэтому нами были разработаны подходы для их определения на основе использования кривой обеспеченности уровней воды и данных о гидрологическом режиме водохранилища. Согласно этим подходам были получены параметры и характеристики судопотока, которые использованы при расчете годовой экономии по флоту.

Мощность, л.с.

Рисунок 9 - Зависимость себестоимости содержания в ходу грузовых самоходных судов от

мощности

Расчет единовременных затрат на разработку прорези и транспортировку грунта производился с распределением их по годам работы пропорционально времени использования технических средств. Результаты расчета показателей экономической эффективности по проектным вариантам отражены на рис. 10, 11.

Рисунок 10 - Изменение ЧДД по годам расчетного периода в первом проектном варианте

(ПУВ=49,0 мБС)

Рисунок 11 - Изменение ЧДД по годам расчетного периода в втором проектном варианте

(РУВ=50,0 мБС)

Общий вывод по полученным результатам.

Выполненные исследования показали, что капитальные дноуглубительные работы могут быть реализованы, с экономической точки зрения, лишь в случае получения дополнительного выигрыша от продажи извлекаемого песка потребителям. Экономия от содержания и обслуживания навигационной обстановки, а также от сокращения расходов по флоту при прохождении рассматриваемого участка не компенсируют единовременные затраты на проектные и дноуглубительные работы не только в расчетном периода, но и далеко за его пределами. При подтверждении геологоразведочными изысканиями залегания пригодных к продаже качественных грунтов покупателям, проектный вариант с отметкой проектного уровня 49,0 мБС может быть реализован при хороших экономических показателях, обеспечивая интегральный эффект в размере 29,6 млн.руб. Срок окупаемости инвестиций 11,6 лет.

Кроме того, спрямлением судового хода достигается повышение надежности и безопасности функционирования водного транспорта на рассматриваемом участке.

Список литературы:

[1] Гришанин, К. В. Водные пути [Текст] / К. В. Гришанин, В. В. Дегтярев, М. В. Селезнев. -М.: Транспорт, 1986. - 400 с.

[2] Дегтярев, В. В. Водные пути [Текст] / В. В. Дегтярев, В. М. Селезнев, Р. Д. Фролов. - М.: Транспорт, 1980. - 328 с.

[3] Правила плавания по внутренним водным путям Российской Федерации. - М.: По Волге. -РКонсульт, 2003. - 128 с.

[4] Нормы технологического проектирования портов на внутренних водных путях [Текст] / Служба речного флота Минтранса РФ. - М.: ОАО «Гипроречтранс», 1997. - 112 с.

[5] Инструкция по землечерпательным работам [Текст]. М.: Транспорт, 1989. - 65с.

[6] Стариков, А.С. Технологические процессы земснарядов [Текст] / А.С. Стариков - М.: Транспорт, 1989. - 223 с.

[7] Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов (Вторая редакция). М-во Экономики РФ, М-во Финансов РФ, ГК РФ по стр-ву, архит. и жил. политике.

- М.: ОАО НПО изд-во “Экономика”, 2000. - 200 с.

THE METHODOLOGICAL SOLUTIONS TO SUBSTANTIATION EXPEDIENCY OF CAPITAL DREDGING ON THE NAVIGABLE PASSES (ON THE EXAMPLE OF ALIGNING ROUT №1K & №2K OF THE KUIBYSHEV RESERVOIR) A.N.Sitnov, R.D.Frolov, N.V. Kochkurova, M.V.Schestova, U.E. Voronina

In article is viewed methodological questions of substantiation position and

projected dimensions of navigable passes on the aligning navigable rout, composition and amount of track works taking into account geological structure of mined soils,

methodological approaches to calculation of economic effect. Also in this article is

presented research results of substantiation expediency of capital dredging on the aligning rout №1K & №2K of the Kuibyshev reservoir.