По протяженности водных путей и запасам водных ресурсов Россия занимает ведущее место в мире. Протяженность внутренних водных путей России, используемых для судоходства, существенно превышает длину внутренних водных путей США и всех стран Западной Европы. Особое внимание в нашей стране уделялось развитию шлюзованных водных путей, которые обладают большой пропускной способностью, высокими экономическими и эксплутационными показателями работы флота, а также комплексному использованию водных ресурсов с целью удовлетворения различных нужд народного хозяйства.
История шлюзованных водных путей России начинается с 1698 г., с момента строительства соединительного канала в районе Вышнего Волочка между реками Тверцой, притоком р. Волги, и Цной, притоком р. Мсты. Вышневолоцкий водный путь (рис. 10.9) был введен в эксплуатацию в 1709 г. и оказался несовершенным из-за недостатка водных ресурсов водораздельного бьефа. В 1722 г. под руководством новгородского умельца–гидротехника М.М. Сердюкова эта система была коренным образом перестроена (построено два шлюза для сохранения воды на водоразделе, а также мельница, лесопильные и другие заводы) и успешно обеспечивала пропуск судов с грузами для новой столицы России в течение почти 200 лет.
Рис. 10.9. Водные системы: Мариинская, Тихвинская, Вышневолоцкая
Следуя в г. Санкт-Петербург, суда были вынуждены проходить Ладожское озеро, где многие из них терпели крушение в штормовую погоду. Поэтому в 1718 г. начались работы по строительству канала от Волхова до истока Невы в обход Ладожского озера, который был завершен в 1731 г.
Вышневолоцкая система не могла удовлетворить непрерывно растущие потребности в перевозках грузов, но играла важную роль в экономическом развитии северо-запада России и утратила свое транспортное значение лишь в конце 19-го столетия. Для перевозки грузов, которые не могла пропустить Вышневолоцкая система, были построены еще две новые шлюзованные системы – Мариинская в 1810 г. и Тихвинская в 1811 г.
Тихвинская система проходила от р. Волги к Ладожскому озеру по трассе Молога–Чагодища–Тихвинка–Сясь, на которой первоначально было построено 50 полушлюзов и 6 шлюзов, а после реконструкции в 1840 г. стало 62 шлюза. Эта система являлась самой короткой между Волгой и Балтикой, но и она, также как и Вышневолоцкая, постепенно теряла свое транспортное значение, поскольку не была завершена до конца и могла беспрепятственно пропускать суда только небольшой грузоподъемности.
Мариинская система, названная в честь жены Павла I – императрицы Марии Федоровны, которая осуществляла шефство над строительством водного пути, проходила от Волги по Шексне, Белому озеру, Свири и приладожским каналам к Неве. В первые годы своего существования она играла незначительную роль, так как была расположена в малонаселенной местности и не обеспечивала сквозного судоходства между Волгой и Балтийским морем. Сквозное судоходство было обеспечено только после завершения в 1846 г. Белозерского шлюзованного канала, а в 1852 году – Онежского обходного открытого канала.
После постройки шлюзов в 1858-1866 гг. и строительства Нового Ладожского канала открытого типа в 1882 г. Мариинская система получила явное преимущество по сравнению с другими шлюзованными системами, как по скорости доставки грузов, так и по их себестоимости. В дальнейшем, по мере роста интенсивности перевозок, была осуществлена капитальная реконструкция Мариинской системы. В период с 1890 по 1896 годы было заново построено 38 шлюзов, гарантированная глубина увеличилась до 2,2 м, что позволяло пропускать суда грузоподъемностью до 800 тонн, считавшиеся в те времена крупнотоннажными для речных условий. Проект переустройства Мариинской шлюзованной водной системы на Всемирной выставке в Париже в 1913 г. был удостоен золотой медали, как лучшее техническое достижение.
Второй действующей водной системой, открытой в 1828 г., была Северо-Двинская, которая связала Мариинскую систему с реками Сухоной и Северной Двиной.
Кроме указанных шлюзованных водных систем Северо-Запада, в 18-м и 19-м столетиях были построены и другие водные системы и соединения, которые использовались в основном для местного судоходства. К ним относятся три соединения в бассейне Днепра: Днепро-Бугский канал (1866 г.), Неманский (Огинский) канал (1784 г.), Березинская система (1805 г.), а также Августовский канал между Неманом и Вислой (1840 г.), Московско-Окская система (1874 г.), Екатерининский канал (соединение Камы с Вычегдой), канал между притоками рек Кеть и Касс (соединение Оби с Енисеем).
В начале 20-го столетия была введена в эксплуатацию Северо-Донецкая шлюзованная система (1914 г.) и завершено шлюзование реки Шексны за счет возведения новых каменных шлюзов с увеличенными размерами камер. Наиболее крупное строительство шлюзованных водных систем с учетом комплексного использования водных ресурсов начало осуществляться только в годы Советской власти.
Первенцем гидротехнического строительства считается Волховский гидроузел (1926 г.), положивший начало осуществлению государственного плана электрификации страны. Вслед за ним, в 1933 г., был введен в эксплуатацию Нижне-Свирский гидроузел и в этом же году завершено строительство Беломорско-Балтийского канала (Онежское озеро – Белое море), на котором воздвигнуты 19 судоходных шлюзов, 15 плотин, 49 земляных дамб, 12 водоспусков и другие сооружения.
В 1937 г. введен в эксплуатацию крупный гидротехнический комплекс сооружений – канал имени Москвы, имеющий огромное транспортно-энергетическое и водозаборное (для водоснабжения г. Москвы) значения.
После завершения строительства канала им. Москвы были начаты работы по шлюзованию р. Волги – главной водной артерии России. Первые гидроузлы на Волге – Иваньковский, Угличский и Рыбинский построены до Великой Отечественной войны 1941-1945 гг., а после войны – Нижнегородский, Самарский, Волгоградский Саратовский и Чебоксарский гидроузлы. Учитывая значительную интенсивность судопропуска, в составе волжских гидроузлов, начиная с Рыбинского, предусмотрено по две нитки шлюзов.
В 1952 г., одновременно с пуском в эксплуатацию Волго-Донского судоходного канала, вошел в строй действующих Верхне-Свирский гидроузел, который позволил коренным образом улучшить судоходные условия на р. Свирь.
Строительство Волго-Донского канала позволило осуществить создание Единой воднотранспортной системы европейской части России – межбассейновые соединения рек с пятью морями: Азовским, Балтийским, Белым, Каспийским и Черным. Однако отдельные участки этой системы не отвечали современным требованиям по габаритам пути. Необходимые габариты пути на Каме и на Волге были обеспечены только после завершения строительства Пермского (1954 г.), Воткинского и Нижне-Камского (1979 г.) гидроузлов. Осуществлялось также строительство нового Волго-Балтийского канала, который должен был заменить старую Мариинскую систему, и гидроузлов на р. Днепр.
Строительство Волго-Балтийского канала (1964 г.) и шлюзование реки Днепр превратили Единую водную транспортную систему европейской части в Единую глубоководную систему (ЕГС). На трассе нового Волго-Балтийского канала, вместо 39 шлюзов Мариинской системы, возведено всего 7 ступеней шлюзов, а также построены 3 гидроэлектростанции, 5 плотин, 19 земляных дамб, 4 водосброса, 5 паромных переправ, 7 мостовых переходов и другие сооружения. С открытием Волго-Балтийского канала, существенно увеличилась пропускная способность водного пути и сократилась протяженность пути между портами Европы. Пропускная способность бывшей Мариинской системы в годы ее существования не превышала 2 млн. т в год, а по Волго-Балту за 25 лет эксплуатации уже перевезено свыше 360 млн. т народнохозяйственных грузов.
Наибольшая грузопропускная способность шлюзов № 1-6, например, в 1998 г. составила ~18 млн. т и значительно превышала проектную величину. Учитывая возрастающую интенсивность грузоперевозок, и в соответствии с планом дальнейшего развития пути, на Волго-Балте предусматривалось строительство вторых ниток шлюзов и частичная реконструкция пути, которые могли бы обеспечить пропуск по каналу толкаемых составов грузоподъемностью свыше 10000 тонн. Первый шлюз второй нитки Волго-Балта – шлюз №8 Шекснинского гидроузла, построенный в 1990 г. – один из самых современных шлюзов на водных путях России, при возведении которого учтен многолетний опыт их строительства и эксплуатации, а также использованы новые оригинальные решения, не имеющие аналогов в шлюзостроении.
На Днепре, вслед за Запорожским (1932 г.), возведены Каховский (1956 г.), Кременчугский (1963 г.), Днепродзержинский (1966 г.), Киевский (1967 г.) и Каневский (1972 г.) гидроузлы. В 1980 г. на Запорожском гидроузле, параллельно с существующим трехкамерным шлюзом, построен новый оригинальный одноступенчатый шлюз шахтного типа с напором 37 м. Создание каскада гидроузлов на Днепре позволило создать глубоководный путь на этой реке от устья реки Припять до Черного моря.
В послевоенные годы гидротехническое строительство осуществлялось не только на крупных реках европейской части России, но и на отдельных малых реках, реках Сибири и Дальнего Востока. На европейской части осуществлялась реконструкция Москворецкой системы (1969 г.) – гидроузлы Перерва, Трудкоммуна, Андреевка, Софьино, Фаустово и Северка на р. Москва и был построен оригинальный Павловский шлюз-водосброс (1962 г.) на р. Уфе.
Первый крупный гидроузел на реках Сибири – Усть-Каменогорский, со шлюзом шахтного типа (напор 42 м), построен в 1953 г. на р. Иртыш. В дальнейшем на Иртыше был веден в эксплуатацию Бухтарминский гидроузел с четырехкамерным шлюзом, плотиной и гидроэлектростанцией (напор 68 м).
В 1958 году был построен Новосибирский гидроузел на р. Оби с трехкамерным шлюзом, плотиной и ГЭС (напор 20 м). Возведены были также гидроузлы на р. Ангаре – Иркутский, Братский, Усть-Илимский, на р. Зее – Зейский, на р. Вилюй – Вилюйский, на реке Енисей – Краснодарский и Саяно-Шушенский. На Красноярском гидроузле впервые в России осуществлено строительство самого крупного в мире наклонного судоподъемника, способного перемещать суда из бьефа в бьеф на высоту 101 м.
Отличительной особенностью строительства гидроузлов на реках Сибири является их возведение на скальных основаниях, что позволяло использовать большие напоры на сооружения для увеличения мощностей ГЭС и получения значительной выработки электроэнергии.
Однако в составе отдельных гидроузлов (Иркутском, Братском, Саяно-Шушенском и др.) до сих пор отсутствуют судопропускные сооружения. На отдельных участках рек нарушено сквозное судоходство, что пока не позволяет использовать эти водные магистрали для организации перевозок на дальние расстояния.
В настоящее время наиболее эффективно используются шлюзованные водные пути европейской части России, позволяющие осуществлять перевозки грузов на значительные расстояния крупнотоннажными судами и составами грузоподъемностью от 5000 до 22000 т. При этом, на долю шлюзованных водных путей приходится менее 15% от общей протяженности эксплуатируемых водных путей, однако по ним в настоящее время перевозится до 80% всех народнохозяйственных грузов, привлекаемых на речной транспорт.
К основным направлениям в развитии шлюзованных водных путей России в XXI столетии можно отнести решение следующих задач:
- реконструкция и модернизация существующих транспортных систем. Значительная часть шлюзованных систем находится в постоянной эксплуатации более 50 лет, поэтому они не соответствуют современным требованиям как по обеспечению судопропуска, так и безопасности работы гидротехнических сооружений;
- строительство дополнительных ниток судоходных шлюзов на водных магистралях с интенсивным судоходством. Решение этого вопроса связывается, в первую очередь, с увеличением объемов перевозок, развитием перевозок в судах смешанного типа (река-море) плавания, а также с открытием водных путей России для прохода иностранных судов;
- строительство новых воднотранспортных магистралей, главным образом на реках Сибири, Крайнего Севера и Дальнего Востока. Водные пути этих регионов, обладающих колоссальными природными ресурсами, остаются наиболее экономичными для организации грузовых и пассажирских перевозок. В настоящее время примерно 60% районов Сибири и до 80% районов Крайнего Севера осваиваются с использованием водного транспорта;
- транспортное освоение малых рек. Решение этой проблемы связано с отсутствием развитой инфраструктуры в труднодоступных районах страны и эффективным использованием трудовых и материальных ресурсов в новых экономических условиях развития России.