Фізика

Судоходный шлюз — гидротехническое сооружение на судоходных и водных путях для обеспечения перехода судов из одного водного бассейна (бьефа) в другой с различными уровнями воды в них. С двух сторон ограничен затворами, между которыми располагается смежная камера, позволяющая варьировать уровень воды в её пределах.

В отличие от судоподъемников, при использовании шлюзовых систем требуется большое количество воды, что приводит к снижению их пропускной способности и в том числе к меньшей скорости пропуска судов. Преимуществом является их более простое и дешевое в обслуживании техническое оснащение по сравнению с судоподъемниками.

[править]Основные сведения

Каждый шлюз имеет три главных элемента:

• Герметичная камера, соединяющая верхнюю и нижнюю головные части канала и имеющая объём, достаточный для включения в себя одного, или нескольких судов. Положение камеры фиксированное, однако уровень воды в ней может изменяться.
• Ворота — металлические щиты, расположенные на обоих концах камеры и служащие для впускания и выпускания судна из камеры в перед началом шлюзования и герметизирующие камеру во время шлюзования.
• Водопроводное устройство — устройство, предназначенное для наполнения, либо опустошения камеры. Как правило, в качестве такого устройства используется плоский щитовой затвор. В крупных шлюзах могут использоваться перекачные насосы.

Принцип работы шлюза следующий:

• Входные ворота открываются, и судно заходит внутрь камеры.
• Входные ворота закрываются.
• Открывается перепускной клапан, вызывая падение уровня воды в камере с находящимся в ней судном.
• Впускные ворота открываются, судно выходит из камеры.

Шлюзование длится как правило от 10 до 20 минут в зависимости от размера камеры и перепада уровня воды. В случае, если судно движется вверх по течению, процесс реверсируется: судно входит в полупустую камеру, затем открывается клапан, наполняя камеру водой и поднимая судно.

При шлюзовании как правило стараются чередовать направление пропускания судов: после того, как судно, идущее, к примеру, вниз по течению, завершило шлюзование, в камеру уже пониженным уровнем воды в ней может сразу же зайти судно, движущееся в обратном направлении. Таким образом не требуется выполнять лишнее заполнение, либо слив воды из камеры.

[править]Использование шлюзов в речной навигации

Использование шлюзов необходимо в случаях, когда для осуществления прохода судов создаётся искусственный обводной канал в обход таких препятствий, как пороги, плотины, дамбы и проч. Плотина увеличивает глубину водного пространства перед ней, в таком случае шлюз может быть установлен либо непосредственно в плотине, будучи её составной частью, либо в устье бьефа. Река, оснащённая такого рода сооружениями, носит название водного пути. Также с помощью установки шлюза в устье реки можно добиться того, чтобы река перестала быть подверженной влиянию приливов и отливов в крупных водоёмах, в которые она впадает. Для усовершенствования водного пути на реке используются дополнительные шлюзы:

• В верхней части обводного канала устанавливается водоспускной шлюз для предотвращения наводнений.
• Чем длиннее обводной канал, тем больше разница уровня воды в реке между началом и концом канала, таким образом очень длинный обводной канал может потребовать установки дополнительных групп шлюзов в разных местах канала (см, например, Волго-Донской канал).

Шлюз на обводном канале дамбы.

Шлюзы также служат для поднятия и опускания воды в водохранилищах.

[править]Использование шлюзов в каналах

При строительстве первых искусственных каналов, возводимых, как правило, на довольно плоских,негористых участках местности, их инженеры и строители предпочитали строить обводы в случае попадания на пути канала холмов, либо низин. Однако, удлинение канала влекло за собой чрезмерное удорожание его строительства и увеличивало длительность прохождения по нему судна. Для решения этой проблемы стали применяться шлюзы. Далее, по мере усовершенствования технических знаний и возможностей, для прохождения препятствий стали применяться всё новые решения: акведуки, туннели, дамбы. И в каждом из таких сооружений продолжили использовать шлюзы, ставшие с тех времён и по сей день неотъемлемой частью практически любого гидросооружения.