Ледяной затор

Ледяной затор, нагромождение большого количества льда у песчаных отмелей, рифов, мостовых быков, а также вследствие быстрого замерзания льдин при понижении f° в период ледохода (смотрите) в подпруженных местах с малой поверхностной скоростью. В последи, случае застой в одном месте ледохода влечет за собой накопление значительного количества льдин, несомых течением, выше образовавшегося затора, где льдины благодаря большой скорости течения еще не успели срастись. Скорость, с которой образуется Л. з., зависит от 1°-ных условий; чем теплее погода, тем медленнее образование Л. з. Так например в зиму 1879/80 г. в одном месте Дуная при средней 1° воздуха —9° Л. з. образовывался со скоростью 14 км в сутки, в то время как при последующих ί° —4,5° рост ледяного затора происходил со скоростью 7,4 км в сутки. При повышении Г до 0° этот рост прекращается.

. Л. з. влечет за собой значительное повышение уровня воды в местах затора вследствие увеличения почти вдвое омываемого периметра. Допустим например, что река или канал с поверхностным падением J=0,0005 имеет среднюю глубину (при свободной поверхности воды) 2,00 метров и ширину 100 метров Для простоты рассуждения примем живое сечение F прямоугольным; тогда получим гидравлич. радиус (отношение живого сечения к омываемому периметру) Р=200:104== 1,92 метров Примем коэффициент шероховатости η=0,030. Тогда расход воды Q выразится по формуле Форхгеймера величиной

• Q=F-_n· J°-⁵ ·=234 ж³/_0И.

Если далее при Л. з. глубина воды будет равна некоторой величине х, то живое сечение F и омываемый периметр U выразятся равенствами F=100a; и U=200+2 х. Для ле дяного покрова коэф. шероховатости м. б. в среднем принят равным коэф. шероховатости для ложа реки. Тогда расход выразится уравнением 1 71

Q=F·-· J⁰’¹

. рол ₌ i. J0,5. ^F1,;* п ^d иол откуда

nQ (100*)1,7

(200 + 2*)0,7 ’

а следовательно ж= 2,67 метров.

В рассматриваемом случае последствием Л. з. является т. о. подъем воды на величину 2,67 — 2,00=0,67 метров при одинаковом расходе воды. Однако в местах Л. з. следует учесть еще возможность сужения поперечного сечения вследствие сдвижек льдин под ледяной покров и увеличения от этого шероховатости. Все это влечет за собой дальнейшее повышение уровня воды. В то же время при Л. з. большой мощности замечаются в месте образования таковых значительные изменения в рельефе реки. При повышении темп-ры выше 0° лед у затора начинает таять, местами прорывается сквозь него вода, происходит сдвижка льда и далее раздробление и движение ледяных валов от затора. Образование Л. з, происходит не каждый год. Срок продолжительности их зависит от климатич. условий. Если интенсивность ледохода обозначить через е, ширину реки через b и среднюю поверхностную скорость через υ, принимая последнюю (с достаточной для практики точностью) равною среди, скорости живого сечения, то количество льда Е в м²/ск, несомое через некоторое поперечное сечение реки, выразится величиной Е=ε Ь V.

При равных i°-Hbix условиях и расходе льда интенсивность ледохода не остается постоянной как вследствие возможного изменения поверхностной скорости, так и вследствие изменения ширины реки. Поэтому в отношении двух различных поперечных сечений реки будет иметь место следующее равенство: E=e₁-b₁-v₁*=e₂- b₂-v₂, где величины с индексами 1 и 2 относятся к двум различным поперечным сечениям реки. Из последнего ур-ия получим:

Vi Ь_х

в,=^£1, ·

^{2 1}7)2 · Ь₂

Т. к. поверхностная скорость принята равной средней скорости живого сечения, то она м. б. рассчитана по ф-ле:

^V=n^J0,‘

. ро,·

а потому мояшо написать также, что щ j?>⁵ · ί>1 ·

^e*~^Eln₁.J%>s.b_t-h !p’

где h₁ и h₂—средняя глубина воды в соответствующих рассматриваемых поперечных сечениях реки.

Для участков, не меняющих заметно своего рельефа (например в правильных, одного сечения, каналах), и в особенности ширины, последнее ур-ие, принимая во внимание, что расход воды

Q ₌ -L.J0,₅._bl.fe1,₇=J-.J0,5._b2._ft.,⁷

можно преобразовать в формулу:

Выведенные соотношения м. б. целесообразно использованы в тех случаях, когда является необходимость выяснить, в каких местах возможно ожидать при более интенсивном ледоходе образование Л. з. Так например, если река в некотором месте выше плотины имеет ширину Ь_г=50 м, среднюю глубину &!=0,90 метров и поверхностное падение Ji= 0,0015 и если интенсивность ледохода в этом месте равна ε₁₌ 0,85, то вблизи плотины, где ширина реки Ь₂=60 м, средняя глубина й₂=1,30 метров и поверхностное падение J₂=0,0003, при одинаковой шероховатости ложа реки интенсивность ледохода выразится величиной е₂=1,02. Но т. к. наибольшая интенсивность ледохода, при которой еще возможно движение льда, равна 1,00, то полученный результат говорит зато, что при принятых в задании условиях у плотины неминуемо будет образовываться Л. з. даже в том случае, если через плотину будет происходить постоянный пропуск льда.

Выяснено, что Л. з. и высокие уровни вод в большинстве случаев бывают в годы с максимумом солнечных пятен; эти годы отличаются очень суровыми зимами и определенной периодичностью. Для более умеренного климата между периодическими явлениями Л. з. со связанными с ними наводнениями существует средний интервал в 11— 12 лет, а для катастрофич. наводнений периодичность определена в 33—35 лет, то есть в троекратном размере по отношению к первому интервалу.

По борьбе с Л. з. наиболее существенными и действительными мероприятиями, которые могут быть приняты заблаговременно, являются систематические работы по регулированию реки других водных потоков (смотрите Выправление рек); при этом необходимо однако не только создать удобный для судоходства фарватер, но изменить и самый режим рек и протоков путем выправления уклона и устранения подводн. камней, водорослей, карчей и других засорений (смотрите Дноочистительные работы), чтобы подобными мероприятиями устранить все колебания речного потока и сделать его равномерным. В Германии в деле борьбы с Л. з. придается большое значение именно выправительным работам: так например, были уничтожены раздвоения русла, вызывавшие раньше ледяные заторы.

В тех случаях, когда указанные работы неосуществимы полностью или являются нецелесообразными, приходится прибегать к временным мерам, к которым относятся: л едокольные работы, выполняемые ручным способом или механическим путем при помощи ледоколов (смотрите); ные работы (смотрите), производимые при помощи чатых веществ, и наконец работы по оттаиванию ледяных покровов с помощью термита (смотрите) и тому подобных средств.

Ледокольные работы следует отнести к предохранительным мероприятиям; они должен быть предприняты до начала ледохода и до подпора воды, являющегося уже следствием образовавшихся Л. з. Целью ледоколь ных работ является образование в ледяном поле в опасных местах и впереди их свободного от льда канала, по ширине и длине достаточного для беспрепятственного прохода по нему льдин во время ледохода. Существенное значение имеет очистка (перед ледоходом) от льда реки между мостовыми быками и впереди ледорезов (смотрите) и вообще в пределах (и выше) гидротехнических (плотин,шлюзов)и иных искусственных сооружений. Чем шире пробитый в ледяном поле канал, чем тщательнее очищены от льда ближайшие к искусственным и гидротехнич. сооружениям места ледяного поля, тем меньше будет причин к образованию Л. з.

*К простейшим ручным ледокольным работам относится устройство разрезов льда. Такие разрезы ледяного поля делаются с целью облегчить подвижки льда и избежать напора на сооружения слишком больших льдин. У самих сооружений и вокруг судов разрезы производят лишь в небольшом количестве, все же ледяное поле разрезают по двум перпендикулярным направлениям на отдельные карты, придавая последним размеры в соответствии с местными условиями. Разрезы, или т. наз. борозды, должны иметь ширину <35сл4 и могут суживаться только книзу, где не м. б. в период ледокольных работ повторного смерзания. Для проделывания указанных борозд можно пользоваться пешней (дающей довольно широкие борозды), лопатой, сачком, ледокольным топором и ледяной пилой. Последняя весит до 16 килограмм и приводится в действие двумя рабочими, прорезывающими в рабочий день до 70—80 метров (считая по длине разреза). Работа пилой имеет тот недостаток, что дает слишком узкий разрез, вследствие чего возникает опасность смерзания разрезов. Эффект работ с другими упомянутыми инструментами при опытных рабочих приблизительно тот же.

При разломке и уборке льда на небольших площадях проделывают две параллельные, не слишком далеко одна от другой отстоящие борозды и одну поперечную, вдоль которой устанавливают рабочих, откалывающих пешнями отдельные льдины, которые топят под лед или, если это неудобно, отводят через вновь проделанную майну к глубокому месту реки с быстрым течением. Таким путем очищают от льда всю намеченную площадь. Ручная разломка ледяного покрова целесообразна лишь при условии, что ледяной покров представляет собою ледяную кору однообразной толщины. В противном случае этот вид работ не может успешно конкурировать со н. работами.

Когда лед требуется только изломать (в тех случаях когда изломанный лед сам собою легко удаляется в свободную водную площадь), эта работа м. б. выполнена небольшими судами и специальными судовыми снарядами. Для облегчения работ по разломке льда судами целесообразной является предварительная проделка нескольких параллельных разрезов в раздробляемых местах ледяного поля.

Ледокольные ручные работы, предпринимаемые для разборки и разломки Л. з., представляют значительные трудности, почему к ним в настоящее время прибегают лишь в исключительных случаях, когда нет чатых веществ для производства ных работ. Когда лед надвинут в несколько рядов, приходится в помощь ручной работе использовать другие мероприятия. Более успешно и рационально производят разломку льда механически, для чего могут быть использованы обыкновенные достаточно сильные винтовые пароходы при условии применения соответствующих приспособлений: специальных кормовых цистерн с водяным балластом, усилений железной обшивки в носовой части или же ледокольного башмака системы Ведермана (смотрите Ледокол). Кормовой балласт применим лишь на глубоких реках. Усиление же обшивки изнутри деревом с плотной пригонкой последнего к железу, постановка дополнительных стрингеров на высоте ватерлинии и дополнительных угольников между шпангоутами дают возможность использовать усиленный такими способами пароход и при меньшей глубине реки. Наиболее целесообразными для работ в ледяных полях являются специальные суда—ледоколы (смотрите), работающие ударами. Если позволяет ширина расчищенного места, то повторный удар ледокола намечается несколько в сторону от предыдущего. Помехами в успешной работе ледоколов являются массы «шуги» («жужги»), осевшей на дне реки. Бывало, что на таких полужидких донных заторах ледоколы простаивали, как на мели, по нескольку дней. При работе нескольких ледоколов в одном месте их берут разных мощностей и типов, распределяя между ними работу сообразно их качествам. В настоящее время вся работа по расчистке ледяного поля с целью воспрепятствования образованию Л. з. возлагается главным образом на ледоколы, движимые обыкновенно паровой силой.

При борьбе с Л. з. при помощи ных работ заготовка всех приспособлений для ов должен быть предпринята заблаговременно. Для ов применяют овые заряды, аммонит, (смотрите) и другие вещества. овые заряды применяют обыкновенно весом в 1—

3 килограмма, а при толстом льде 3—5 килограмм, закладывая эти снаряды в специально пробитые во льду круглые лунки 0 0,5—1,0 метров (или треугольные лунки соответствующих размеров) на глубине по возможности не менее 3 метров от поверхности ледяного покрова. Взорванный лед отводится на чистую воду и спускается по течению. Если верхний слой коренного льда лежит на донном заторе, то выгоднее ледяной покров удалять предварительно вручную, после чего уже прибегать к ам. Полезно предварительно прорубать во льду продольные борозды на расстоянии от 10 до 15 метров друг от друга (в зависимости от толщины массива) числом три и более и шириной 35—50 см. Ось намеченного канала выбирается сообразно расположению фарватера и совмещается со средней продольной бороздой. В зависимости от толщины льда лунки располагают между каждыми двумя бороздами в один, два и даже три ряда в шном порядке и на расстоянии (в каждом ряде) 10—20 метров овые заряды по мещают в герметич.коробках, предохраняющих от подмочки, и ают зажигательным шнуром (смотрите Бикфордов шнур). ы льда в реках при помощи овых зарядов являются наиболее целесообразными, если учитывать влияние, которое оказывают эти ы на рыбное хозяйство, по сравнению с ами посредством других более сильных чатых веществ.

В Германии в 1928/29 г. для а льда толщиной 0,5—2 метров брались заряды аммонита весом 2,5—5 килограмм, причем соблюдалось условие, чтобы такой заряд находился под водой не более 5 минут; при толщине льда более 2 М лед ался с помощью незамерзающего а весом до 20 килограмм. ались эти заряды при помощи алюминия, медных ных капсюлей, воспламенительного шнура, а серийные ы—электричеством. Канал, отводящий отколовшиеся льдины, выделывался шириной 20—40 метров и более. Лунки пробивались в шном порядке или параллельными рядами на расстоянии 10—15 метров друг от друга. Заряды подводились под лед на глубину 1,8—2,5 метров от поверхности ледяного покрова при помощи (по преимуществу) деревянных шестов, имевших длину 5 метров и прикрепленных к канату, позволявшему после а вытащить упомянутые шесты для повторного применения. ные работы наиболее уместны при устранении больших нагромождений крепкого льда. Однако во всех случаях применения ных работ неизбежны ручные работы как для предварительной разрезки ледяного массива, образования ниже Л. з. свободной искусственной полыньи, так и для последующих работ по разъединению льда по готовым трещинам и для вывода его на течение. При этом однако необходимо принять во внимание, что ледяные заторные нагромождения обрушиваются несколько спустя после произведенных ов; поэтому доступ к этим местам должен быть открыт лишь по прошествии нек-рого времени и с применением предохранительных мер: прикрепление посылаемых людей к удерживающим канатам, ходьба по проложенным доскам; если позволяют обстоятельства, лучше производить работу из плоскодонных лодок.

Для производства ных работ на льду в 1928/29 г. в Германии каждая ная команда состояла из одного мастера и десяти подручных: двух человек для изготовления зарядов, двух—для прикрепления последних к шестам или проволоке, одного—для подноски зарядов, четырех—для работ на льду при установке зарядов и одного—для работы по их воспламенению. Каждая такая команда была снабжена спасательным кругом, багром и небольшой лодкой.

Относительно борьбы с Л. з. при помощи термита—см. Термит. К вспомогательным работам относятся мероприятия по устранению примерзания воды к частям гидротехнических сооружений, не допускающим по своему назначению такого примерзания, что достигается наприм. снабжением таких частей отопительной системой: электрической, воздушной или паровой.

Следует здесь же упомянуть, что при ледоходе необходимо своевременно открывать

шлюзы для беспрепятственного пропуска паводковой воды со льдинами и устранения тем самым Л. з. непосредственно у шлюза со всеми его последствиями. Над гребнем водослива необходимо иметь достаточной толщины слой воды, чтобы в полной мере был обеспечен пропуск льда через плотину. Все остальные мероприятия, в той или иной мере способствующие устранению ледян. затора, должны быть применены, как показал опыт, не только в отношении больших рек и сооружений, но и вообще ко всем водным протокам, нуждающимся в указанных работах, во избежание порчи самих сооружений и бедствий от наводнения.

Лит.: Р ы к а ч е в М., Замерзание русских рек, СПБ, 1887; Акулов К., Брилинг Е.иМар-ц е л л и М., Курс внутренних водн. сообщений, т. 1, М.—Л., 1927; Л о х т и н В., Ледяной нанос и зимние заторы на р. Неве. Материалы для описания русских рек и истории улучшения их судоходпых условий, вып. 10, СПБ, 1908; Войткевич М., Ледокольное дело в германской постановке, СПБ, 1913; В и-с h a n a n, On the Freezing of Lakes, «Nature», L.,1879, 19; F о г e 1 F., La tempdrature des lacs gei4s, «CR», 1880, 90; F о r e 1 F. A., Handhuch d. Seekunde,Allgem. Limnologie, Stg., 1901; Fannerfi., Der Eisstoss d. Donau, «Ztschr. d. Osterr. Ingen.- u. Archit.-Vereins», W., 1888, 13; S c h и h, Das Gefrieren der Seen, «Peter-manns Mitteihmgen», Gotha, 1901; Swarovsky A., Das EisverhSltris d. Donau von 1850 bis 1890, «Pencks geogr. Abhandlungen», 1896, 5; W e d d e г b и г n, The Freezing of Freseliwater Lakes, «Journ. of the Scottlsch Met. Soe,.», 1908; Eissprengungen im Winter 1928/29 in Deutschland, «Nobel-Hefte», Berlin, 1929, H. 4; It o-lenbaum L., Die Perioden d. Hochwasser u. Eis-stOsse, «Die Bautechnik», B., 1930, H. 15; В r 11 c k-n e r E., Klimaschwankungen seit 1700 nebst Bemer-kungen йЬег d. Klimaschwankungen d. Diluvizeit; «Geo-graphische Abhandlungen», hrsg. von A. Penck, Wien, 1900, B. 4; Wallen A., Temperatur, Niederschlag u. Wasserstandsschwankungen in Nordeuropa, «Meteoro-logische Ztschr.», Brschw., 1914; Rosenbaum L., tJber Iangj&hrige Klimaschwankungen u. deren Abhdn-gigkeit von d. Sonnenfleekenhaufigkeit, ibid., 1928 u. 1929; Myrbach C., Das Atmen d. Atmosphare, «An-nalen d. Hydrographie u. maritimen Meteorologie», B., 1926; Sonklar K., Von d. tlbersehwrmmungen, W., 1880; «Proceedings of American Inst, of Civil Engineers», N. Y., 1927 a. 1928; GrossmayrF., Nilflut-vorhersage, «Metcorologische Ztschr.», Brschw., 1929; Kvet. enskyL., Wassprmengenvorhersage im Kraft-werksbetriebe, «EuM», 1928; «Ztschr. flir Binnenschiff-fahrt», Hamburg, 1928, H. 9; «Annalen d. Hydrographie u. maritimen Meteorologie», B., 1917; «Meteorolog. Ztschr.». Brschw., 1914, 1918, 1929. С. Брилинг.