Особые требования, связанные с зимним режимом эксплуатации каналов

Поверхностный и донный лед нежелательны в каналах, работающих зимой.

Однако часто образование льда в канале является неизбежным. Это приводит к снижению его пропускной способности вследствие уменьшения живого сечения из-за ледяной корки и увеличению со­противления движения воды в результате трения воды о лед.

Уменьшение площади живого сечения учитывают, полагая погружение ледяного покрова в воду в среднем на 0,9 h_л, где h_л - толщина льда. Величину h_л можно примерно подсчитать по эмпи­рической формуле Ф. И. Быдина   

         (26.9)

где - эмпирический коэффициент;  = 2, если суммируются сред­несуточные температуры, и  = 11, если суммируются среднемесяч­ные температуры;  - сумма отрицательных температур воздуха за период с начала образования ледяного покрова до момента, на который определяется толщина льда.
В соответствии с предложением Н. Н. Павловского влияние льда на пропускную способность канала можно учитывать введением в формулу (26.2) вместо коэффициента С приведенного коэффици­ента , где   -приведенный  коэффициент  шероховато­сти. Величина по данным У. С. Рось

           (26.10)

где и  - коэффициенты шероховатости соответственно ниж­ней поверхности ледяного покрова и русла, а  и  - смоченные периметры ледяного покрова и русла.
Коэффициент трения  зависит от состояния ледяной поверх­ности (табл. 26.3).

Таблица 26.3

Для сохранения необходимой, пропускной способности канала уровни воды в нем в зимнее время поддерживаются на 0,4-0,6 м выше нормальных уровней воды в летнее время. При повышении уровня и сохранении неизменным расхода воды скорости течения в канале снижаются, что способствует более быстрому образова­нию ледяного покрова и исчезновению шуги.

Опыт показывает, что в канале, не имеющем сооружений, соз­дающих заметные циркуляции в потоке, лед образуется при  и при наличии сооружений в канале . Это весьма приближенные данные, так как лед может образоваться и при больших скоростях, например, в случае сильных морозов, и, наоборот, льда может не быть, если канал берет начало из боль­шого водохранилища, в котором температура воды зимой снижает­ся очень медленно, а длина канала мала, и вода в нем не успела охладиться до температуры, близкой к 0°С. Поэтому правильнее ориентироваться на гидрологические наблюдения над образованием льда в реках и каналах в данном районе или близком к нему по климатическим условиям. Можно также вести специальные терми­ческие расчеты.

Данные наблюдений позволяют заключить, что при  поверхностный лед не образуется, при  лед размыва­ется потоком если он образовался.

Образование шуги в каналах крайне нежелательно, так как она забивает решетки водозаборных отверстий гидроэлектрических или насосных станций. Борьба с образованием шуги легче всего удает­ся путем образования в канале ледяного покрова. Для этого в пе­риод возможного шугообразования идут на временное снижение расчетных скоростей течения, пока канал покроется небольшим слоем поверхностного льда, при наличии которого шуга не образуется. Иногда применяют легкие деревянные запани поперек кана­ла, снижающие поверхностные скорости течения и ускоряющие образование ледяного покрова. Однако эта мера может применять­ся только при гарантированном постоянном режиме в канале, так как при колебаниях расходов и уровней происходит разрушение запаней и льда и обломки конструкций вместе с битым льдом за­купоривают решетки,   нарушая   работу  водоприемных  отверстий.

Если шуга неизбежно появляется в канале, то необходимо обес­печить транспортирование ее по каналу до мест сброса и предотвра­тить образование в канале шуговых заторов. В этих целях реко­мендуется поддерживать в канале скорости течения не ниже 1-1,5 м/с и избегать частых поворотов трассы канала в плане.

Зимний режим энергетических каналов с их переменным режи­мом расходов воды очень сложен. Его проектирование возможно лишь при учете местных климатических условий, гидрологических условий реки или водохранилища, из которых питается, канал, и опыта эксплуатации каналов в аналогичных условиях. Приведен­ные выше соображения являются лишь ориентирующими.