Нацпроект «Енисей». Продление навигации . Судоходство в

Нацпроект «Енисей».
Продление навигации .
Судоходство в бассейне Енисея (потенциально Миссисипи и Амазонке России), громадной важности само по себе, неразрывно
связано еще и с магистралью мирового значения Квази-Севморпути, в связи с чем крайне остро стоит проблема реализации
очевидного потенциала продления навигации, в частности перманентным зимним ледоходом на полосе фарватера посреди
стабильных береговых ледяных полей в условиях интенсивного судоходства аналогично условиям Сев. Ледовитого океана. Суда
класса «река- море» после Игарки все равно столкнутся с ледовой в той или иной степени обстановкой, пусть даже в коридоре после
морского ледокола.
Встает вопрос и о возможной подпитке Енисея обской водой путем инновационной реконструкции объекта [Обь-Енисейский канал
(он же Кеть-Касский канал) ]— судоходный водный канал между бассейнами Оби и Енисея, существовавший с конца XIX века до
середины XX века. Канал был построен в пределах нынешних Томской области и Красноярского края. Началом этой соединительной системы
служит речка Озёрная, впадающая справа в реку Кеть, в 550 верстах от её впадения в Обь, по южному её, Тогурскому рукаву. Озёрная входит в систему канала на 14,5 верст своего
течения, затем канал направляется по притоку её реке Ломоватой на протяжении 47 верст, из неё направляется по мелководному притоку её речке Язевой до истока ее из Большого
озера, на протяжении 31,75 версты. Большое озеро имеет 4,5 версты длины, 700 саженей ширины и 1,5 — 2 аршина глубины. От этого озера до реки Малый Кас прокопан на волоке
канал длиной 7,5 вёрст, при ширине по дну 9 саженей, глубиной до 7 футов, входящий в реку Малый Кас, и по ней на 89 верст; средняя глубина этой речки на фарватере до 71/2
четвертей, расход воды в секунду всего 0,92 куб. саженей. Малый Кас впадает в Большой Кас, который в 192 верстах далее вливается в Енисей.
Квази-Севморпуть- это пучок железных дорог Транссиб & БАМ & КВЖД- Красноярск-Енисей –Игарка & Дудинка- Севморпуть. При
взгляде на карту действующий круглогодично участок Севморпути от Дудинки на запад очень многообещающий. Целый н/х комплекс с
выходом на потребителя морем и без границ с таможнями как в обход Норвегии, так и по системе каналов в Балтику.
Круглогодичные перевозки СПГ с терминалов Ямала, грузов из Дудинки и Игарки, в период навигации на Оби и Енисее можно
дополнить и значительно оживить, что резко повысит эффективность инфраструктуры, включая ледоколы и упрочненныеутяжеленные суда.. В ту же Обскую губу можно в период навигации на Оби выводить танкеры с нефтью и либо перекачивать на
морские танкеры, либо в случае "река- море" напрямую перевозить нефть.
Замерзание Енисея начинается в низовьях (начало октября). Так, Нижний Енисей замерзает почти на месяц раньше — в конце октября, а освобождение реки ото льда проходит в
конце мая — начале июня, т.е. период ледостава длится 180—200 дней. Становление льда в Верхнем и Среднем Енисее приходится на вторую половину ноября, а вскрытие — на
конец апреля — начало мая. Период ледостава здесь продолжается 150—170 дней. Ледостав в низовьях с конца октября, в середине ноября в среднем течении и у Красноярска и
в конце ноября — декабре в горной части. После ГЭС на сотню км река не замерзает. На отдельных участках в русле возникают мощные наледи. Чем ближе к устью, тем ледостав
раньше, а вскрытие позже. Нарастание льда продолжается до весенних месяцев. Для Енисея характерны интенсивное образование внутриводного льда, осенний ледоход. Для
большей части Енисея характерно растянутое весеннее половодье и летние паводки, зимой резкое сокращение стока (но уровни падают медленно из-за развития зажоров). Для
верховьев характерно растянутое весенне-летнее половодье. Половодье на Енисее начинается в мае, иногда в апреле, на среднем Енисее несколько раньше, чем на верхнем, на
нижнем в середине мая — начале июня. Весенний ледоход сопровождается заторами, ледовыми нагромождениями, разрушающими берега.
Резервы продления- вскрытие льда на всем протяжении от каскадов ГЭС на Ангаре, Енисее (с их активным незаменимым участием
по регулированию стока) до моря с целью проделать проход- канал посреди ледяного поля, пригодный для судоходства, в сроки
зимне- весеннего необратимого повышения температуры, когда лед сам еще далеко не тает, но и намерзанием льда из-за остаточных,
хотя и отступающих морозов, на полыньях- открытой воде после разрушения льда ледоколами можно пренебречь, тем более в
условиях судоходства и ветров, создающих волны, разрушающие все еще внушительные остатки льда по берегам. Причем сразу после
плотины идет полоса незамерзающего круглый год участка воды километров на 100. Период ледохода растянется с возможностью
судоходства особого режима во льдах на весь этот период дополнительно к традиционным срокам.
Когда же сквозной канал до океанских глубин будет проделан, распоротое ледяное поле потеряет прочность, возникнет «эффект
распахнутого пальто: (расцепленные полы задвигаются)»: лед интенсивно начнет обламываться, пока в собственно Ледоход половинки
ледяного поля не расцепятся от прочной спайки с берегами. Течение будет постепенно уносить отколовшиеся и откалывающиеся
льдины по открытому фарватеру в залив под океанские ледоколы, а намерзающий напоследок свежий ледок, легко разбиваемый
проходящими судами, да и волнами, в счет уже не идет, фарватер начнет все более расчищаться. До собственно Ледохода на
фарватере течение будет беспорядочно нести льдины, постепенно и существенно уменьшающие общую площадь льда. Пик, конечно, в
сам Ледоход, когда сдвинется намного уменьшившаяся, но все же большая часть массива, удерживаемая до этого берегами. Но все
равно характер Ледохода будет в более мягком режиме за счет меньшей поверхности ледяных полей и возможности маневра льдин
на открытой воде, и, главное, с возможностью судоходства. Понятно, что впереди каравана судов должен идти лидер с усиленным
поясом по ватерлинии из марганцовистых сплавов, способный раздвигать льдины с образованием коридора для следующих.
Осенью разбитые и раздвинутые по фарватеру при прохождении судов по неокрепшему льду льдины затягивают и изолируют
поверхность воды. Еще судно прошло, разворошенные начали было схватываться льдины приходят в движение и некоторое
расстояние проходят к морю, по пути смерзаются между собой и с прибрежными льдинами, опять тормозятся до прохода очередного
судна. Со временем степень и темпы свежего намерзания из-за крепчающих морозов в низовьях реки станут неприемлемы для
неинтенсивного судоходства. Другое дело - при интенсивном. Чаще проходы судов, слабее связь льдин, проще их раздвигать. Если на
лед наметет снега, лед – тоньше из- за изоляции покровом снега. Может, Енисей в верховьях и мелковат для мощных ледоколов, но изза постоянных подвижек льда на фарватере при прохождениях судов получается конвейер- канал очистки верховьев от намерзающего
свежего льда. Своего рода тракт шаговой подачи- проталкивания крепнущих по пути льдин в море. Подобно пчелиной матке Енисей
будет откладыввать океану нескончаемую очередь комков льдин. Стоит только приступить, как проявляется эффект положительной
обратной связи «снежного кома», что называется «куда конь копытом, туда и рак клешней». Чем больше товарооборот, тем сильнее
притяжение к Красноярску.
Ранний ледоход с перемещением огромных масс льда, разумеется, в известной степени повлияет на микроклимат бассейна Енисея,
экологию. Традиционный весенний ледоход сопровождается заторами, ледовыми нагромождениями, разрушающими берега. Этот
фактор резко уменьшится. Отчасти подобный подход применим и к притоку р. Лена- р. Вилюй до слияния с Леной. Выносимые
льдины скопятся около устья и под напором течения водой их разметает поверх ледяного поля Лены и берегов?
Лед на В. начинает показываться в конце сентября, но река окончательно становится во второй половине октября (19 числа); в верховьях значительно ранее замерзает и позже
вскрывается; вскрытие В. в среднем и нижнем течении бывает в начале мая, река свободна от льда средним числом 148 дней; толщина льда бывает в 5—6 фут. Вода на В. достигает
значительной высоты до вскрытия его вследствие запружения реки льдом, спертым у устьев, так как Лена вскрывается позже В., при этом высота воды доходит до 40 ф., производя
опустошительные разливы; высокая вода держится до конца июня.
Попробуем теперь в общих чертах представить, как примерно будет выглядеть продление навигации в бассейне Енисея. Каскад ГЭС
Ангары, ограничив поступление– сброс воды в реку до минимума, понизят ее уровень непосредственно за плотиной, создавая эффект
бегущей волны отлива- БВО (см. ниже). На границе льдов за участком незамерзания реки после плотины ГЭС пара ледоколов берется
за обрушение прогибающегося над пустотой льда и раскалывание начинается. Это, кстати, будет внушительное шоу для привлечения
туристов. Лед, прогибаясь, может, и сам обрушится со временем, но поджимает время, ледоколы должны отойти по возможности
подальше от плотины до начала повышения объема сброса воды до нормального и выше, они берутся за дело. Через расчетное время,
выждав откат на расчетное расстояние БВО, и создав расчетный задел отлива-обмеления, каскад ГЭС постепенно увеличит подачу
воды до стандартного стока, создавая уже волну прилива вдогонку ледоколам. Понятно, что пауза составит несколько часов. В это
время каскад ГЭС Енисея убавляет сброс воды, создавая расчетный стартовый уровень отлива. Так как расстояние от ГЭС плюс
смежные 100 км незамерзания до устья Ангары (ширина км 2 в устье) намного меньше и ширина Енисея до слияния 500-700 м,
здешняя пара ледоколов выступает позже, с тем, чтобы обе БВО сошлись в точке слияния рек строго на одном уровне, а ледоколы
синхронно с этим в точке рандеву. Ширина реки после слияния уже 2,5 км. Впереди- задача достижения суммарной БВО устья
Подкаменной Тунгуски в рабочем состоянии, то есть обеспечивающем эффективный прогиб льда. По пути резервные уже 3 ледокола
могут крушить лед в попутных мелких притоках на некоторое расстояние от их устий, где еще будет сказываться рабочее провисание
льда. Но вот эти мелкие притоки будут ослаблять эффект БВО, и после слияния с р. Подкаменной Тунгуской налицо будет заметное
ослабление начальных параметров БВО, которые, очевидно, требуется задать с запасом. Впереди еще участок до устья Нижней
Тунгуски, куда уже могут добираться морские ледоколы с ледокольным эффектом Смирнова (см. [«Техника – молодежи» 2009г.,
№06(909), c. 51 ] http://www.technicamolodezhi.ru/magazin/125/1118/) с подспорьем, пусть уже и с затухающим, эффекта БВО.
Большие глубины позволяют морским судам подниматься по Енисею почти на 1000 км. На протяжении свыше 2000 км от устья Енисей
сохраняет значительную глубину, которая колеблется от 9 м на фарватере (район впадения Ангары) до 49 м в губе. Минимальные
глубины всего нижнего Енисея колеблются от 5 до 8,5 м. Понятно, что точка рандеву пары морских и эскадры речных ледоколов
желательна поближе к устью р. Подк. Тунгуска. Возможно, за морскими ледоколами уже будет караван с грузами навигации к
Красноярску.
Эффект бегущей волны отлива (БВО) «Скорлупа». Цыпленок, сидящий внутри яйца, легким ударом клюва взламывает вогнутую с
его стороны скорлупу. Так и речной ледокол аналогично сверхэффективно ломает вогнувшийся из- за обмеления подледной воды лед,
в котором возникли классические напряжения cжатия сверху и растяжения снизу, и который при малейшей вертикальной нагрузке
будет попросту лопаться со страшным грохотом и растрескиваться, образуя множество отдельных льдин, которые нужно и можно
раздвигать во избежание заклинивания ледокола.
Енисей под весну, как и любая сибирская и т. п. реки, представляет собой замкнутый «трубопровод- сосуд» сложной конфигурации с
общим уклоном к (Ледовитому) океану. Знакомая в простейшем случае школьная задача с сосудом, в который втекают и из которого
вытекают известные объемы воды. Установившееся динамическое равновесие гидрографического режима фиксируется намерзающим
под действием морозов ледяным покрытием, образующим омываемую водой крышу «трубопровода». Понятно, что река имеет
скорость течения из условия неразрывности потока и единого расхода в любом сечении, то есть поверхность- лед имеет некий уклон к
океану. Но вот если каскады ГЭС резко уменьшат до минимума поступление- сброс- сток воды, то этот уклон воды после ГЭС также
уменьшится и уровень воды станет почти горизонтальным, начнет мелеть, проседать «отливом». Образуется клин пустоты между
краями льда, закрепленными берегами как крайними опорами при начальной отметке уровня воды, и этим горизонтальным уровнем
воды. Понятно, что лед около берегов образует прочное сцепление с ними, ведь они далеко не отвесные, особенно на мелях.
За определенное время со стороны ГЭС образуется все увеличивающийся зазор пустоты между этими краями льда и водой и, как
учит наука «Сопротивление материалов», лед, лишенный распределенной водной подпоры, начнет провисать посередине, образуя
карманы пустоты между центром и берегами. В провисшем льду возникнут напряжения. Лед в верховьях под собственной тяжестью
из-за образовавшейся пустоты провиснет и может потрескаться. На следующей стадии бегущая волна пустоты ослабит монолит льда на
участке ниже по течению и так далее. Последующий сброс воды (прилив) восстановит былой уровень и надтреснутый ледяной покров
подвсплывет с окончательным разрушением монолита льда.
Но ГЭС должны работать, да и излишнее повышение уровня из-за накопления воды нежелательно. Но см 20- 30 повышения уровня
водохранилищ, наверное, вполне допустимо для создания эффективного для целей разрушения ледоколом прогиба льда плюс зазора
по центру см в 3- 5 между нижней кромкой льда и водой км на 250 от плотины (150 + 100 незамерзающего участка). Пока ледоколы
будут обрушивать эти 150 км «по пятам» вслед за БВО, река выше обмелеет и способна будет создать буфер разрыва км в 250 между
волнами отлива и прилива. В период искусственного обмеления можно «по- скульпторски» поработать с перфоратором и взрывчаткой
на порогах и фарватере. Ледоколов, скорее всего, будет пара, поскольку бегущую волну отлива надо вести «по пятам», а техника может
и отказать, да и запасы ГСМ, работа на притоках. Удачная величина прогиба льда, провисшего над пустотой клина отлива, на порядок и
больше уменьшает затраты по проведению ледоколом фарватера Возможно ли создать такую БВО, чтобы за ней распороть лед до
устья р. Нижняя Тунгуска, выше которой еще могут забираться морские ледоколы? Благоприятствуют ли этому требуемому провисанию
весеннего льда рельефы ложа Енисея, Ангары и др. притоков? Как смоделировать эту ситуацию оптимального режима прохождения
БВО по всему протяжению реки с учетом серьезных притоков пониже устья Ангары, по сути инерционных емкостей, сглаживающих
колебания уровня? В притоках также образуются аналогичные волны отлива и прилива с реальной возможностью рассечения льда уже
в притоках, но на небольшое расстояние от устья.
Подобно артиллерийскому огневому валу перед цепями атакующих БВО предшествует рассекающему ледяное поле ледоколу. Еще
надо согласовать скорость БВО, равную скорости течения реки и ледокола. Когда ледокол идет по целине намерзшего за зиму
ледяного поля, понятно, какие там возникают нагрузки, которые ледоколу требуется преодолеть, и это при речных глубинах,
накладывающих ограничения на габариты и вес. Но эффект клина пустоты БВО, приводящий к масштабному растрескиванию льда при
гильотинном разрезании ледоколом провисшего льда, создает множество отдельных льдин, которые можно раздвигать без опасности
для винта. Льды будут задвигаться в подледные боковые береговые карманы и налезать сверху на боковые поля. В местах, где река
пошире, как правило, при впадениях притоков, может, и взрывать грамотно в некоторых точках, когда зазор максимален,
одновременно с прохождением ледокола.