CC BY
89
УДК 627 Г. Л. Гладков,
д-р техн. наук, профессор, СПГУВК;
П. В. Беляков,
канд. техн. наук, доцент, СПГУВК;
С. С. Орлов,
СПГУВК
ОБЕСПЕЧЕНИЕ СУДОХОДНЫХ УСЛОВИЙ НА НИЖНЕМ НЕМАНЕ PROVIDING NAVIGABLE CONDITIONS ON THE LOWER NEMAN
На основе анализа современных гидрографических материалов, исследования гидрологического и руслового режимов, а также по результатам математического моделирования характеристик движения воды и транспорта наносов в нижнем течении р. Неман дается оценка возможности увеличения гарантированной глубины для создания единого водного пути с выходом в Куршский залив.
On the basis of the analysis of modern hydrographic materials, research of hydrological and ^annel modes, and also by results of mathematical modeling of characteristics of movement of water and transport of deposits in the lower watercourse of Neman an assessment of possibility to increase the guaranteed depth for creation of a uniform waterway with an exit to the Kurshsky gulf is given.
Ключевые слова: внутренние водные пути, путевые работы, проектный уровень путевых работ, геодезические работы, гидрологические исследования, русловые изыскания, русловые переформирования, математическое моделирование.
Key words: internal waterways, dredging works, designed level of dredging works, geodetic works, hydrological researches, bed researches, bed rearrangements, mathematical modeling.
Гидротехническое строительство на Немане
Река Неман (по-литовски Нямунас, по-белорусски Нёман, Неманец) — река, относящаяся к бассейну Балтийского моря. Протекает по территории Белоруссии, Литвы, ниже г. Смалинин-кай — по границе Литвы с Калининградской областью РФ. Общая протяженность р. Неман составляет 937 км, в том числе в Калининградской области 107 км. Схема р. Неман показана на рис. 1.
В реку впадает около 1300 притоков, суммарная длина которых достигает 8 тыс. км. Главными притоками справа являются Березина, Мяркис, Нярис, Нявежис, Дубиса, Юра, Миния; слева — Щара, Шешупе. Река Шешупе впадает в Неман с территории Калининградской области, имея исток в Польше. Наиболее крупными притоками являются р. Щара (площадь водосбора 7 тыс. км2) и р. Вилия (площадь водосбора 25 тыс. км2).
В 1956-1961 гг. на Немане у г. Каунаса была построена Каунасская ГЭС с водохранилищем. Действующий Каунасский гидроузел имеет высоту подпора 19,8 м, полезный объем водохранилища 0,22 км3, длину 64 км, площадь водного зеркала 63,5 км2. В последующем она должна была войти в каскад неманских гидроузлов, нижнюю ступень которого должен был составить гидроузел у г. Советска, а выше Каунасского водохранилища планировалось сооружение гидроузлов у г. Бирштонаса и Друскининкая. Этот проект не был осуществлен, в том числе из-за постепенного свертывания крупного гидротехнического строительства в СССР. В настоящее время в Республике Беларусь на р. Неман планируется строительство двух ГЭС — Гродненской и Немновской.
Выпуск 3
Русне- 13км Советск - 60км Неман - 74км Смалининкай - 113км Юрбаркас - 126км Каунас - 212км Друскининкай - 448км
Рис. 1. Схема р. Неман
Наряду со строительством объектов гидроэнергетики в верхнем течении Немана (в Белоруссии) на состоянии реки в определенной мере сказалось проведение мелиоративных мероприятий в ее бассейне, главным образом выше устья р. Березины. Здесь было проведено искусственное спрямление реки и создана густая сеть осушительных каналов на пойме и прилегающей к ней территории. Благодаря этим мероприятиям увеличился сток воды в реке во время половодья и значительно возросла мутность воды. Эти изменения характеристик стока проявляются только в белорусской части реки, не достигая г. Гродно.
На Нижнем Немане (от впадения Няриса до устья) в прежние годы было построено много дамб обвалования. Они служат для предотвращения естественного выхода воды на пойму во время половодья, что позволяет осваивать пойменные земли для промышленного и гражданского строительства и сельскохозяйственного производства. Ниже г. Юрбаркаса дамбы работают в основном в польдерных (отгораживающих от моря) системах, регулируя поток во время паводков и половодий и нагонных явлений со стороны Куршского залива при сильных западных ветрах.
Из инженерных мероприятий, оказывающих непосредственное воздействие на русло реки, наибольшее значение на Немане имеет регулирование русла для нужд водного транспорта. С се* редины ХІХ в. на Немане стали систематически проводиться выправительные работы, заключаем ющиеся преимущественно в возведении поперечных дамб-полузапруд, стесняющих поток. Таких
л
сооружений было построено более 3 тыс., при этом в нижнем течении реки осуществлено практически сплошное выправление русла.
На Среднем и Верхнем Немане выправительные сооружения возводились на отдельных затруднительных для судоходства участках длиной от нескольких километров. В конце ХХ в. строительство выправительных сооружений продолжилось на Нижнем Немане и в районе Гродно. Конструкция полузапруд на р. Матросовка и Неман — это сооружения из грунта на хворостяном тюфяке, крепление фашинно-кольевое, по гребню каменное крепление толщиной до 40 см. Длина
полузапруд от 30 до 180 м., ширина по гребню до 4 м. Год постройки полузапруд на р. Матросов-ка — 1924; на р. Неман — примерно 1937 г.
К настоящему времени в течение длительного срока эксплуатации значительная часть сооружений была разрушена. На сегодняшний день останки этих сооружений не в состоянии регулировать характеристики движения потока и транспорта наносов в соответствии со своим назначением, а по сути являются фоном, на котором происходит формирование современного русла. На этом фоне проявляются местные изменения русла, связанные с землечерпанием, а также с разработкой карьеров.
Интенсивная разработка карьеров на Немане началась с 1960-х гг., как, впрочем, и на многих других судоходных реках. Особенно велики их размеры ниже Гродно, где на коротком участке реки годовой объем добычи достигал 250 тыс. м3/год. При этом здесь разрабатывались коренные гравийно-галечные отложения, подстилающие русло реки. На Нижнем Немане наиболее крупные карьеры располагались ниже устья Нярис. Всего на Немане ежегодно добывалось около 1 млн м3 грунта.
Русловой режим Нижнего Немана
Направленность русловых процессов на Нижнем Немане в настоящее время определяется особенностями водного режима реки, обусловленного регулированием стока Каунасской ГЭС. Выше устья Щары Неман находится в основном в стадии динамического равновесия. Ниже по течению заметную роль в русловых процессах играет врезание реки, где равновесные участки чередуются с участками углубления долины врезающимся руслом. Для верхнего течения р. Неман (выше устья Березины) характерно преобладание продольно-поперечного смещения излучин. Для остальных участков широкопойменного извилистого русла характерны продольные смещения сегментных излучин. Спрямление русла происходит, когда излучины объединяются в большие меандры сложной формы, а также на крутых вынужденных излучинах. В нижнем течении русло врезанное, а горизонтальные деформации отсутствуют вследствие сплошного выправления русла реки.
В конце 1980-х гг. Р. С. Чалов и А. А. Дарбутас провели целый ряд специальных исследований, которые позволили оценить влияние Каунасской ГЭС на гидрологический и русловой режимы р. Неман. Полученные данные показали, что за 30 лет с начала эксплуатации гидроузла изменения гидравлических и морфометрических характеристик в нижнем бьефе оказались относительно небольшими по сравнению со многими другими аналогичными объектами на территории бывшего СССР. Снижение уровней воды ниже Каунасской ГЭС составило около 160 см, вызвав затруднения в работе водозаборов, необходимость укрепления набережных, опор мостов и других инженерных сооружений на берегах Немана.
В настоящее время этот процесс стабилизировался. При этом поток размыл мелкие грунты, а более крупные образовали отмостку, которая предохраняет дно реки от дальнейшего размыва. Кроме этого, в нижнем бьефе ГЭС была дополнительно осуществлена отсыпка крупнообломочного каменного материала с размерами обломков 10-20 см. Эти меры предотвратили дальнейшее развитие воронки размыва в непосредственной близости от створа плотины.
Ниже по течению процесс понижения дна реки также получил свое развитие на протяжении 15-километрового участка до створа впадения р. Нярис — крупнейшего притока Немана, примерно равного ему по водности и стоку наносов. Такие крупные притоки, по мнению Р. С. Чало-ва и А. А. Дарбутаса, являются своеобразными «базисами эрозии» для рек, препятствующими или нейтрализующими распространение эрозионных процессов вниз по течению основной реки.
В первую очередь это касается размывов русла и связанных с ним уровней воды. В районе г/п Смалининкай произошло понижение отметок дна в пределах 2,5 м, однако снижение уровней составило всего около 35 см. Это связано с компенсирующим влиянием на уровни воды выправи-тельных сооружений, обеспечивших двустороннее стеснение русла, сужение его в 2 раза и развитие подпорных явлений в потоке.
Выпуск 3
Выпуск 3
В целом, регулирование стока Каунасской ГЭС сказывается на гидрологическом режиме р. Неман на протяжении около 100 км выше гидроузла, а ниже его — вплоть до устья реки. В верхней части водохранилища образовалась зона переменного подпора длиной около 50 км. В этой области периоды затопления чередуются по времени с периодами осушения поймы. В летний период, в связи с малыми глубинами в водохранилище происходит интенсивное развитие сине-зеленых водорослей и другие неблагоприятные явления. В нижнем бьефе в результате регулирования стока Каунасским водохранилищем произошло незначительное уменьшение стока воды в половодье и повышение стока в межень, особенно зимой.
Второй аспект, определяющий специфику развития руслового режима р. Неман в ее нижнем течении, связан с работой руслорегулирующих выправительных сооружений. Благодаря строительству выправительных сооружений ширина русла Немана сократилась в среднем на 20-30 %. В результате была создана новая береговая линия, а междамбовые пространства заполнились наносами и заросли. В верхнем и среднем течении реки это привело к развитию процессов глубинной эрозии, а в нижнем, наоборот, к повышению отметок дна.
Третий аспект, определяющий влияние инженерной деятельности на русловой режим реки, связан с разработкой русловых карьеров. Наиболее существенно влияние карьеров сказалось на режиме реки в районе г. Гродно, где вследствие добычи речного аллювия уровень воды в реке понизился на 45 см (со скоростью 1-2 см/год).
На приплотинном участке Каунасской ГЭС подобные явления проявляются в сочетании с размывами в нижнем бьефе, влиянием дноуглубительных и русловыправительных работ, закреплением берегов реки набережными и причальными стенками, подмостовыми размывами у четырех мостовых переходов. Здесь, в районе Каунаса, через реку проложены многочисленные подводные коммуникации, осуществляется водозабор для промышленных и коммунальных нужд.
И наконец, определенное влияние на реку оказывают крупные промышленные и коммунальные водозаборы и водовыпуски. На Немане таковые находятся у г. Мосты, Гродно (в Белоруссии), Друскининкае, Алитусе, Каунасе, Юрбаркасе (в Литве), Советске (в России). В то же время на Немане нет безвозвратного водозабора. Поэтому его влияние несущественно и проявляется только на локальных участках.
Анализ судоходных условий на Нижнем Немане
Как транспортная артерия, р. Неман используется начиная с ХІІІ в. До 1960-х гг. судоходство осуществлялось на всем протяжении Немана — от с. Новой Свержени (выше устья Березины) до впадения в Куршский залив. К концу 1970-х гг. по разным причинам оно было ограничено районом Гродно и нижним течением от Каунаса до устья. Местные перевозки на коротких участках сохранялись между устьем р. Щары и г. Мосты, в районе Друскининкая и от г. Алитуса до г. Каунаса, включая Каунасское водохранилище. При строительстве Каунасского гидроузла не были предусмотрены судопропускные сооружения (шлюзы), что явилось одной из основных причин резкого сокращения судоходства на реке и транзитных связей Верхнего Немана с морем.
В прежние годы на Немане проводились дноуглубительные работы на перекатах по всему судоходному участку реки. Объемы извлекаемого грунта составляли при этом в районе Гродно около 0,7 млн м3 в год. На Нижнем Немане они были значительно больше — до 1,5 млн м3 в год. В конце 1980-х гг. дноуглубление сохранялось только в нижнем течении реки и в районе г. Гродно. В настоящее время дноуглубительные работы выполняются на литовском участке реки — ниже г. Каунаса в незначительных объемах, около 0,04 млн м3 в год.
Анализ материалов натурных наблюдений, выполненных в навигацию 2011 г., показал, что к настоящему времени по сравнению с 1991 г. ситуация на исследуемом участке р. Неман существенно изменилась. За прошедшее время произошло общее повышение отметок дна в среднем на
0,2 м по всей длине реки от г. Смалининкай до г. Русне, а на отдельных участках до 1,0 м и более. Уменьшилась разница в глубинах между перекатами и плесовыми лощинами. С момента начала
эксплуатации Каунасской ГЭС русло реки оказалось в значительной степени канализовано. Эти данные подтверждаются результатами статистической обработки массива глубин по судовому ходу, в ходе которой было получено распределение вероятности глубин по данным карты 1991 г. и материалам промеров глубин 2011 г. Для сопоставления оба массива данных были приведены к современному проектному уровню путевых работ. Совмещенные графики распределения вероятностей глубин показаны на рис. 2.
Т,
5 10 15 20 30 р, %
Рис. 2. Совмещенные графики распределения вероятностей глубин на судовом ходу
Анализ полученных материалов показывает, что за прошедшее время на Нижнем Немане существенно изменился ход графиков распределения вероятностей глубин. Так, по данным карты 1991 г., экстремум на графике отвечает глубине на судовом ходу, равной 2,7 м с вероятностью 26 %, что примерно соответствует средней глубине на судовом ходу. К настоящему времени экстремальное по повторяемости значение имеет глубина 2,1 м с вероятностью 22 %, что меньше средней глубины на судовом ходу, равной 2,39 м. Это свидетельствует об устойчивой тенденции повышения отметок дна и соответственно уменьшении судоходных глубин на исследуемом участке реки.
С гидравлической точки зрения под влиянием регулирования стока р. Неман, а также в результате воздействия на поток и русло сплошного выправления и антропогенных факторов на сегодняшний день утрачена естественная устойчивость руслового потока, которая характеризуется чередованием перекатов и плесовых лощин по длине реки. Отсутствие материалов наблюдений на вышерасположенных участках реки и боковых притоках затрудняет установление местоположения базисов эрозии, что, в свою очередь, обусловливает временные ограничения при прогнозировании ситуации в бассейне реки на перспективу. При этом использование геоморфологического подхода для прогноза русловых переформирований в этих условиях представляется затруднительным. В связи с этим вопрос обеспечения устойчивости судоходной трассы при увеличении гарантированной глубины на исследуемом участке также требует специального рассмотрения.
По данным промеров глубин, выполненных в навигацию 2011 г., установленная в настоящее время гарантированная глубина судового хода, равная 120 см, выдерживается при современных отметках проектного уровня путевых работ по всей длине судоходного участка без проведения землечерпательных работ. Наметились отдельные повышения проектного дна на судовом ходу на
24,0 и 107,5 км от устья реки высотой до 0,1 м, то есть в пределах точности промеров глубин. На этих участках в начале навигации 2012 г. необходимо выполнить контрольные русловые съемки.
Выпуск 3
Выпуск 3
В качестве промежуточного варианта увеличения судоходной глубины на Нижнем Немане в работе рассматривается значение гарантированной глубины, равной 150 см. Такая глубина поддерживается на этом судоходном участке литовской стороной. В конце навигации 2011 г. на участке от г. Смалининкай до г. Русне при данной гарантированной глубине лимитирующими стали шесть перекатов и перекатных участков. Отдельные участки, например расположенные на 53,3 и 108,8 км от устья реки, представляют собой незначительные местные отложения наносов, которые произошли на судовом ходу за последнее время, и не являются морфологическими образованиями в русле реки. Остальные перекатные участки образовались в результате повышения отметок дна на гребнях существующих перекатов, которые в прежние годы не представляли затруднений для судоходства.
Для обеспечения гарантированной глубины, равной 150 см от существующего проектного уровня путевых работ, на судоходном участке необходимо разработать 10 дноуглубительных прорезей общей протяженностью ориентировочно 2,1 км с суммарным объемом извлекаемого грунта около 50,0 тыс. м3, включая объем технологического переуглубления.
При гарантированной глубине, равной 170 см, ситуация с обеспечением судоходных условий на данном участке становится значительно сложнее. Так, в силу особенностей морфологического строения русла количество затруднительных участков по длине реки значительно увеличивается по сравнению с предыдущим вариантом судоходной глубины. При этом из отдельных местных повышений отметок дна на судовом ходу образуются группы перекатных участков, на которых необходимо разработать 19 судоходных дноуглубительных прорезей на 8 перекатах и перекатных участках. Кроме того, для обеспечения безопасного судоходства необходимо разработать подрезки или перенести ось судового хода на 28 участках по длине реки в тех местах, где возможно обеспечение установленной гарантированной глубины за счет маневрирования знаками плавучей навигационной обстановки.
Для обеспечения судоходных глубин в этом случае необходимо разработать дноуглубительные прорези общей длиной ориентировочно 5,0 км с суммарным объемом первичного землечерпания около 120,0 тыс. м3. Дополнительно к этому необходимо осуществить также целый ряд подрезок по длине реки для обеспечения гарантированной ширины судового хода.
Наибольшее затруднение при обеспечении судоходных условий в данном случае будет заключаться в том, что места отложения наносов на судовом ходу в большинстве своем не приурочены к каким-либо морфологическим образованиям в русле реки и носят случайный характер. После выполнения дноуглубительных работ на этих участках реки отложение наносов может произойти в новую навигацию на других местах.
Полученные предварительные значения объемов дноуглубительных работ можно считать достаточно обоснованными, так как они были определены на основании обработки современных плановых материалов и отражают реальную ситуацию на судоходном участке реки. Для уточнения объемов дноуглубительных работ в начале новой навигации необходимо выполнить контрольные съемки на перекатных участках с высотной привязкой положения проектного уровня путевых работ по длине реки.
Другой, более сложный вопрос заключается в прогнозировании объемов повторного дноуглубления на Нижнем Немане с учетом специфики гидрологического режима реки и особенностей морфологического строения русла. Анализ материалов натурных наблюдений и результаты математического моделирования русловых переформирований на Нижнем Немане показывают, что на этом судоходном участке в последние годы сложилась устойчивая тенденция к аккумуляции наносов. Имеющихся исходных данных недостаточно для количественного прогноза развития этого процесса на обозримый период времени.
Решение данной задачи может быть получено в результате проведения исследования руслового режима р. Неман на протяжении от створа Каунасской ГЭС до устья реки за весь период эксплуатации гидроузла. При этом в ходе выполнения гидроморфологического анализа необходимо учесть влияние основных притоков Нижнего Немана в формировании твердого стока реки, а так-
же эффект от воздействия антропогенных факторов, связанных с извлечением донного аллювия за прошедший период времени. Это позволит получить обоснованные рекомендации по обеспечению судоходных условий на всем протяжении р. Неман.
Целью настоящей работы являлась проработка вопроса о возможности увеличения гарантированной глубины на р. Неман до 170 см для создания единого водного пути с выходом в Курш -ский залив. При этом имеется в виду, что интенсивность перевозок на транзите в перспективе будет возрастать. В случае развития данного сценария необходимо учесть следующие соображения по организации путевых работ на р. Неман.
Анализ материалов натурных наблюдений, выполненных в навигацию 2011 г. на судоходном участке р. Неман от г. Смалининкай до г. Русне показал, что существующая гарантированная глубина, равная 120 см от современного проектного уровня путевых работ, поддерживается на фарватере реки без проведения землечерпательных работ.
В качестве промежуточного варианта в работе рассматривалась возможность увеличения гарантированной глубины на судоходном участке до 150 см. В этом случае затруднения для судоходства будут представлять 6 перекатов и перекатных участков. Разработка такого количества перекатов на заданную гарантированную глубину с учетом технологического переуглубления не приведет к понижению уровня воды на вышерасположенных участках. Также нет оснований предполагать повышения интенсивности руслового процесса на перекатах после выполнения дноуглубительных работ на затруднительных для судоходства участках реки.
Наконец, третий вариант гарантированной глубины, установленный техническим заданием на выполнение работы, составляет 170 см. В этом случае по длине судоходного участка необходимо будет разработать значительное количество судоходных дноуглубительных прорезей и подрезок.
Другой вопрос, который необходимо учитывать при обеспечении судоходной глубины на этом участке, обусловлен общим ходом руслового процесса, а именно превалирующей в последние годы аккумуляцией наносов практически по всей длине судоходного участка на Нижнем Немане. В этом случае следует ожидать значительных темпов заносимости разрабатываемых на перекатах дноуглубительных прорезей. Одним из возможных путей снижения повторности дноуглубительных работ на исследуемом судоходном участке р. Неман следует считать восстановление работоспособности полузапруд на перекатных участках.
Таким образом, решение поставленной задачи рекомендуется проводить в два этапа.
На первом этапе предстоит достигнуть совместно с литовской стороной обеспечения на участке от г. Смалининкай до г. Русне гарантированной судоходной глубины, равной 150 см. В настоящее время такое значение гарантированной глубины декларируется Министерством транспорта и коммуникаций Литовской Республики. Обеспечение этой глубины на судоходном участке требует проведения ежегодных дноуглубительных работ.
На втором этапе, если в таком решении есть реальная заинтересованность отечественных и зарубежных судоходных компаний, необходимо совместно с литовской стороной выполнить изыскания и разработать проектно-сметную документацию для обеспечения гарантированной судоходной глубины на этом участке, равной 170 см. В этом проекте должен содержаться комплекс мер по обеспечению устойчивости судоходной трассы путем восстановления работоспособности системы выправительных сооружений.
Организационно-технические мероприятия по обеспечению судоходных условий
на Нижнем Немане
Судоходный участок р. Неман от 13,0 до 113,0 км от устья реки является участком водного пути международного значения. Граница между Российской Федерацией и Литовской Республи-
Рекомендации по увеличению гарантированной глубины на р. Неман
а
Выпуск 3
Выпуск 3
кой на этом участке проходит по середине главного фарватера р. Неман. Порядок и организация судоходства на этом участке, а также правила и условия содержания и использования водного пути р. Неман определяются Соглашением между Правительством Российской Федерации и Правительством Литовской Республики о судоходстве по Куршскому заливу и водным путям в Калининградской области Российской Федерации и в Литовской Республике от 4 декабря 2007 г.
Программой гарантированных габаритов судовых ходов на навигационные периоды 2011— 2013 гг. по Федеральному государственному учреждению «Волго-Балтийское государственное бассейновое управление водных путей и судоходства» на участке от пос. Пограничный (113,0 км) до начала протоки Северная (13,0 км) р. Неман установлена гарантированная глубина, равная 120 см от проектного уровня путевых работ. Гарантированная ширина судового хода составляет 20 м. Для навигационного обеспечения судоходства на этом участке российской стороной выставляется неосвещаемая судоходная плавучая обстановка по левой кромке судового хода. Литовской стороной на этом участке гарантируется судоходная глубина, равная 150 см, и выставляется освещаемая плавучая навигационная обстановка по правой кромке судового хода.
В соответствии с основными положениями классификации внутренних водных путей, регламентируемыми межгосударственным стандартом ГОСТ 26775-97 «Габариты подмостовые судоходных пролетов мостов на внутренних водных путях», в современных условиях судоходный участок Нижнего Немана следует отнести к 5-му классу водных путей — водным путям местного значения. При увеличении гарантированной глубины на Немане до 1,5 м и более, данный участок водных путей может быть отнесен к 4-му классу водного пути — магистральным водным путям.
В соответствии с Европейским соглашением о важнейших внутренних водных путях международного значения (СМВП), подписанным в Женеве в 1996 г., р. Неман от устья до г. Каунаса отнесена к сети водных путей категории Е за номером Е41. Литовские речные порты Юрбаркас (126,0 км) и Каунас (219,0 км) на Немане включены в Перечень портов внутреннего плавания международного значения. Данным соглашением определены технические и эксплуатационные характеристики внутренних водных путей международного значения.
Учитывая, что российские нормы классификации водных путей не соответствуют применяемым международным стандартам, в частности европейским критериям классификации водных путей, применительно к данному участку водного пути этот вопрос необходимо урегулировать на межгосударственном уровне в рамках действующего Соглашения с Правительством Литовской Республики.
В соответствии с действующей «Инструкцией по содержанию навигационного оборудования внутренних судоходных путей», используемой при определении состава и назначения навигационных знаков, исследуемый участок р. Неман отвечает III группе водных путей — водным путям с гарантированными глубинами от 0,7 до 1,5 м, нерегулярными грузоперевозками и нерегулярным движением пассажирских судов. На водных путях данной группы содержатся несветящие знаки и знаки со светоотражающими покрытиями.
В соответствии с требованиями, установленными Европейским соглашением к эксплуатационным характеристикам водных путей категории Е, продолжительность работы шлюзов, разводных мостов и других объектов инфраструктуры должна быть такой, чтобы она обеспечивала в случае экономической целесообразности круглосуточное (24 часа) судоходство по рабочим дням. В отдельных случаях могут допускаться исключения по организационным и/или техническим причинам. Следует также обеспечить разумное судоходное время в праздничные и выходные дни.
Таким образом, вопрос содержания качества навигационного оборудования, ограждающего левую кромку судового хода (с российской стороны), также является предметом обсуждения на межгосударственном уровне, в рамках действующего Соглашения с Правительством Литовской Республики.
Установленные в настоящее время на судоходном участке Нижнего Немана отметки проектного уровня путевых работ имеют обеспеченность на гидрологических постах Смалининкай, Советск и Русне, отвечающую примерно 90 % по графикам обеспеченности многолетних навига-
ционных уровней воды. Эта величина соответствует требованиям действующей Инструкции по содержанию навигационного оборудования для III группы водных путей.
В качестве инфраструктурных ограничений судоходства на Нижнем Немане следует рассматривать железнодорожный (58,3 км) и автодорожный (59,8 км) мосты в г. Советске.
Неразводной железнодорожный мост имеет высоту судоходного пролета, равную 11,11 м от проектного уровня по гидрологическому посту Советск. Ширина судоходного пролета равна
70,0 м.
Разводной автодорожный мост — мост королевы Луизы имеет высоту судоходного пролета, равную 9,08 м от проектного уровня по гидрологическому посту Советск. Ширина судоходного пролета равна 48,5 м. Разводной механизм моста находится в нерабочем состоянии. Кроме этого, планируется построить автодорожный мост на 63,1 км от устья реки высотой 13 м от проектного уровня по посту Советск и шириной судоходного пролета, равной 60 м. Габаритные размеры проектируемого моста должны быть согласованы с ФГУ «Волго-Балтийское государственное бассейновое управление водных путей и судоходства».
Таким образом, анализ инфраструктурных ограничений судоходства на р. Неман показывает, что в современных условиях значения подмостовых габаритов у существующих мостов, пересекающих р. Неман, в соответствии с межгосударственным стандартом ГОСТ 26775-97 не отвечают 5-му классу водного пути.
Как показали результаты математического моделирования русловых переформирований на Нижнем Немане, при достижении судоходной гарантированной глубины, равной 170 см от современного проектного уровня путевых работ, на перекатных участках в силу особенностей морфологического строения и специфики руслового режима реки будут иметь место значительные объемы повторных дноуглубительных работ. При этом добиться повышения устойчивости судоходной трассы на Немане можно в результате восстановления системы выправительных сооружений. Учитывая, что этот вопрос затрагивает интересы Российской Федерации и Литовской Республики, дальнейшие предложения по этапам выполнения проектно-изыскательских и исследовательских работ в связи с этим необходимо разрабатывать совместно.
К числу первоочередных мероприятий, необходимых к выполнению в начале новой навигации, следует отнести выполнение работ по созданию высотной и плановой сети на левом (российском) берегу с выполнением однодневной связки уровней воды на участке исследований. На этой основе необходимо выполнить контрольные съемки на перекатах и перекатных участках для уточнения объемов путевых работ на очередную навигацию.
Представляется целесообразным обратиться в Федеральное агентство по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) с обоснованием необходимости модернизации гидрологического поста в г. Советск для обеспечения автоматизированного наблюдения за уровнями и расходами воды на р. Неман. Необходимо организовать на межгосударственном уровне регулярный обмен данными гидрометеорологических наблюдений на российских и литовских гидрологических постах.
Заключение
В настоящей работе на основе анализа данных многолетних систематических наблюдений на стационарных гидрологических постах в нижнем течении р. Неман, а также в результате обработки современных гидрографических материалов натурных наблюдений на судоходном участке Нижнего Немана от пос. Пограничный (113,0 км) до начала протоки Северная (13,0 км) с использованием аппарата математического моделирования исследовалась возможность реализации проектных рекомендаций по доведению гарантированной глубины на р. Неман до 170 см для создания единого водного пути с выходом в Куршский залив.
В работе был выполнен анализ материалов, характеризующих гидроморфологию бассейна в нижнем течении р. Неман. Дана общая физико-географическая характеристика р. Неман, изучены
Выпуск 3
Выпуск 3
MW
климатическая и гидрометеорологическая характеристики бассейна. На основании статистической обработки материалов гидрометрических наблюдений на гидрологических постах, расположенных на судоходном участке р. Неман и ее главных притоках, были построены графики обеспеченности навигационных уровней и расходов воды за многолетний период и установлены их расчетные значения различной обеспеченности.
На основе результатов рекогносцировочного обследования судоходного участка р. Неман, выполненного в навигацию 2011 г., анализа отчетных материалов Волго-Балтийского ГБУВПиС и обзора имеющихся опубликованных данных в работе были изучены судоходные условия на р. Неман и выполнен анализ проводимых путевых работ в нижнем течении реки.
Начиная с середины XIX в. было выполнено сплошное выправление русла р. Неман системой полузапруд. К настоящему времени русловые выправительные сооружения в значительной степени разрушены, однако по-прежнему продолжают оказывать положительное влияние на уровенный режим реки, характеристики течения и условия транспорта наносов на судоходном участке. Следует учитывать, однако, что при проектировании и строительстве выправительных сооружений в прежние годы не могло быть учтено последующее изменение характеристик стока реки, которое произошло в результате возведения Каунасской ГЭС. Поэтому в настоящее время эффективность работы этих сооружений по обеспечению устойчивости выправительной трассы для нужд судоходства является недостаточной.
Анализ гидрологического режима на исследуемом судоходном участке р. Неман показал, что после ввода в эксплуатацию Каунасской ГЭС уровенный режим в нижнем течении реки от створа гидроузла до устья в значительной степени определяется влиянием регулирования стока. В разные фазы гидрологического цикла степень этого влияния различна. Кроме этого, в низовьях реки судоходный участок находится в зоне переменного подпора от уровней воды в Куршском заливе, граница распространения которого в отдельные периоды достигает истока рукава Матро-совка, расположенного на 49 км от устья реки.
Специфика гидрологического режима Нижнего Немана обусловливает особый характер русловых переформирований на судоходном участке реки. Анализ материалов натурных наблюдений и результаты математического моделирования русловых переформирований показали, что на исследуемом участке в последние годы сложилась устойчивая тенденция к аккумуляции наносов.
Для оценки влияния проектируемых мероприятий по увеличению гарантированной глубины до 170 см на исследуемом участке р. Неман на гидрологический и русловой режимы реки в работе были выполнены расчеты отметок свободной поверхности, скоростей течения и начальных деформаций дна на перекатах при проектном уровне путевых работ для бытового (исходного) и проектного состояния русла р. Неман.
Математическое моделирование характеристик движения воды и транспорта наносов на судоходном участке р. Неман с целью разработки рекомендаций по доведению гарантированной судоходной глубины до 170 см было выполнено на основе решения двумерных уравнений Сен-Венана с применением оригинальных алгоритмов, реализованных на неструктурированных треугольных сетках. В качестве программного комплекса для выполнения гидравлических расчетов использовался программный продукт “RIVER”, адаптированный в настоящей работе для учета реальной морфологии дна. Гидравлические расчеты выполнялись при заданных начальных и граничных условиях, полученных на основании статистической обработки материалов гидрометрических наблюдений на гидрологических постах.
Основной вывод, который можно сделать по результатам выполненных гидравлических расчетов, заключается в том, что выполнение дноуглубительных работ на участке р. Неман от пос. Пограничный до начала протоки Северная для достижения заданной гарантированной глубины при существующем проектном уровне путевых работ не приведет к дополнительному снижению уровней воды в створе гидрологического поста Смалининкай.
Таким образом, данный фактор не является ограничивающим при достижении проектируемой глубины на судоходном участке. Это позволяет рекомендовать проектные решения по выпол-
нению землечерпательных работ на затруднительных для судоходства участках к реализации без ущерба для состояния окружающей природной среды.
В этом случае основная проблема при обеспечении судоходных условий на данном участке будет заключаться не только в необходимости разработки большого количества дноуглубительных судоходных прорезей и подрезок по длине реки, но и в необходимости обеспечения их дальнейшей устойчивости. Как показал анализ русловых переформирований на перекатах и перекатных участках, выполненный на основании материалов натурных наблюдений и по результатам математического моделирования, основная тенденция, характеризующаяся превалирующим отложением наносов в русле реки, сохранится в дальнейшем, а местами даже усилится после выполнения дноуглубительных работ.
Так, в верхней части исследуемого участка, расположенной выше истока рукава Матросовка, наиболее значительные деформации русла будут происходить при уровнях, отвечающих руслоформирующему расходу воды. С дальнейшим спадом уровней воды, вплоть до проектного, интенсивность переформирований русла на этом участке будет затухать, за исключением перекатов и перекатных участков, где скорости течения будут достаточными для перемещения русловых наносов.
Ниже ответвления рукава Матросовка картина переформирований русла принципиально отличается от вышерасположенного участка. Основные деформации здесь будут возможны лишь при сочетании больших расходов воды в реке и низких уровней воды в заливе. Напротив, при установлении высоких уровней воды в заливе верхняя граница зоны выклинивания подпора распространяется вверх по реке, и скорости течения воды в зоне подпора становятся недостаточными для перемещения русловых наносов.
По результатам проведенного исследования в работе получены рекомендации по обеспечению судоходных условий на р. Неман с учетом возможного увеличения гарантированной глубины.
Список литературы
1. Чалов Р. С. Неман — река трансграничная / Р. С. Чалов, А. А. Дарбутас. — 2007.
2. Шныпаркова Ж. В. Факторы развития русловых процессов р. Неман в пределах Беларуси / Ж. В. Шныпаркова // Природные ресурсы: межвед. бюл. — 2006. — № 4. — С. 5-12.
3. Дарбутас А. А. Русловые процессы р. Немана (Нямунаса) и влияние на них антропогенного фактора: автореф. дис. ... канд. геогр. наук / А. А. Дарбутас. — М.: МГУ, 1992.
4. Дарбутас А. А. Гидролого-морфологическое обоснование выделения участков верхнего, среднего и нижнего течения реки (на примере Немана) / А. А. Дарбутас, Р. С. Чалов. — Новосибирск, 1994.
5. Пеньковская А. М. Река Неман / А. М. Пеньковская, Р. А. Юревич. — Минск, 1990.
6. Дарбутас А. А. Руслоформирующие расходы воды на реках Литвы и их связь с гидрологическим режимом / А. А. Дарбутас, З. В. Римкус, Р. С. Чалов // Эрозионные и русловые процессы / под ред. Р. С. Чалова. — М.: МГУ, 2005. — Вып. 4. — С. 274-286.
7. Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. — Л.: Гидрометеоиздат, 1986. — Т. 1: РСФСР. — Вып. 5: Бассейны рек Балтийского моря, Ладожского и Онежского озер.
8. Ресурсы поверхностных вод СССР. Гидрологическая изученность. — Л.: Гидрометео-издат, 1963, 1969. — Т. 4: Прибалтийский район. — Вып. 3: Литовская ССР и Калининградская область РСФСР.
9. Соколов А. А. Гидрология поверхностных вод СССР / А. А. Соколов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1972.
10. Государственный водный кадастр. Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. — Л.: Гидрометеоиздат, 1987. — Вып. 4: Бассейн рек Калининградской области.
Выпуск 3
