Реки, техническое значение

В отношении задач гидротехники различают три группы Р.: 1) горные ручьи, потоки и Р., имеющие значительный уклон, быстрое, иногда стремительное, а местами бурное течение и вследствие этого влекущие крупные наносы, — этими наносами русло Р. в некоторых местах постоянно загромождается, в других местах быстрое течение производит подмывы берегов, так что горные Р. непрерывно видоизменяют свое русло, а иногда, при внезапной прибыли воды, производят громадные разрушения; 2) Р. низменных морских прибрежий, отличающиеся тихим, чуть заметным течением и постепенно сливающиеся широкими устьями своими с морскими заливами (лагуны, плавни, гаффы), — большей частью вследствие слабого течения наносы в этих устьях осаждаются, образуются многочисленные косы, разделяющие отдельные протоки, составляющие так называемую дельту; наконец, 3) категория рек, протекающих на значительном протяжении по долине с переменным продольным уклоном, занимает по своим свойствам середину между двумя указанными выше категориями. Многие большие Р. берут начало в горах, вдали от моря, или образуются от слияния горных потоков при выходе их на низменность; таким образом, верховье может иметь ясно выраженный горный характер, за которым следует участок с более ровным течением и, наконец, устье, с описанными выше свойствами. В нижних частях устьев Р., впадающих в моря, имеющие приливы и отливы, нередко существует во время прилива обратное течение, распространяющееся на много километров во внутрь материка (Сена, Гаронна и др.). Разные элементы Р., каковы вид русла, скорость течения и количество протекающей воды находятся друг от друга в полной зависимости, и изменение одного из них влияет на остальные. Так как каждая Р., в зависимости от ее состояния, приносит человеку большую или меньшую пользу и может также причинять громадное опустошение и вред, то давно уже люди задались целью подчинить своей воле течение Р., исправляя те элементы их, которые поддаются человеческому воздействию.

С незапамятных времен Р. служат удобным и дешевым путем для перевозки грузов. С появлением железных дорог, давших возможность безопасно и быстро перевозить всякого рода товары на громадные расстояния, значение внутренних водных путей на первых порах пало. Но это продолжалось недолго. Соединив центры значительного производства продуктов с рынками сбыта, железные дороги вызвали громадное развитие торговли и промышленности; вместе с тем грузовое движение настолько усилилось, что железные дороги не в состоянии удовлетворять существующей потребности транспорта. По своей пропускной способности и дешевизне фрахта хорошо устроенные водные пути значительно превосходят железные дороги, а потому даже большие железнодорожные линии не могут заменить водяных путей, для передвижения на большие расстояния масс незначительной ценности. В отдельных случаях водные пути являются конкурентами железных дорог, которые в навигационное время вынуждены путем понижения тарифов вступать в борьбу с водной перевозкой, чтобы сохранить за собой ту массу грузов, которая необходима для прибыльной работы железной дороги. Конкуренция эта сама по себе приносит пользу, как всякое соревнование в области промышленной деятельности. Однако подобное отношение водных путей и железных дорог является скорее исключением. Вообще, эти два средства передвижения необходимы не для взаимной друг против друга борьбы, но, наоборот, для взаимного содействия друг другу, так как каждый из этих способов транспорта имеет свое специальное назначение: железные дороги — для быстрой и срочной доставки ценных товаров, могущих выдерживать сравнительно высокие тарифы, необходимые для оплаты дорогой эксплуатации рельсовых путей, а водяные пути — для перевозки громоздких сырых продуктов, нуждающихся в дешевом фрахте. Практикой иностранных государств, в особенности Бельгии, доказано, что при развитии водяных путей доходы железных дорог не только не уменьшаются, а, наоборот, увеличиваются. То же доказано для Германии, в отношении железных дорог, проведенных по обоим берегам Рейна и параллельно Эльбе и Одеру, а в особенности относительно сети железных дорог и водных путей, имеющих узловой станцией город Берлин. Дешевизна перевозки составляет залог успеха в мирной конкуренции между народами за промышленное и экономическое превосходство. Поэтому во всех странах, где имеются Р., способные к судоходству, стараются улучшить их, насколько допускают природные их свойства, чтобы возможно полнее использовать их для нужд перевозки. Но, независимо от судоходства, разные сооружения устраиваются на Р. для предохранения прибрежных местностей от затопления при возвышении горизонта воды, для водоснабжения и орошения, для утилизации силы падения воды в качестве дарового источника энергии и проч. Цели эти во многих случаях не только несовместимы, но весьма часто друг другу препятствуют, так как искусственные заграждения, устраиваемые на Р. для подъема ее с целью орошения или приведения в действие механизмов (водоподъемные плотины), или для рыбной ловли (заколы), большей частью составляют препятствие судоходству. Ввиду преобладающего значения этого последнего для общего благосостояния, потребностям судоходства отдается всегда преимущество. Во всех образованных странах законодательство предоставляет всем и каждому пользоваться для целей судоходства и сплава не только самой Р., на всем ее протяжении, способном к судоходству и сплаву, но, в известных пределах, также ее берегами (законы о бечевниках), ограничивая в этих видах права прибрежных владельцев.

Самые работы на Р., необходимые для улучшения судоходного их состояния, большей частью исполняются правительством из общих государственных средств; только в некоторых случаях признается необходимым возмещать эти расходы в форме судоходных сборов. Предпринимаемые с этой целью работы первоначально состояли в расчистке существовавших на Р. препятствий судоходству, как, например, порогов, засорений карчами, мелей и искусственных повреждений. Меры эти применимы на Р., которые по природе своей в естественном состоянии способны к судоходству и только местами представляют разные неправильности, затрудняющие судоходство, каковы недостаток глубины, чрезмерная извилистость фарватера, разделение на рукава и проч. Эта система улучшения судоходного состояния Р., называемая регулированием или выправлением, заключается, следовательно, в укреплении берегов, для предупреждения их подмыва, в уничтожении извилин посредством прорезов или прокопов и, наконец, в сужении русла посредством водостеснительных сооружений, с целью собрать разбросанную массу воды в одном русле, причем усилившееся течение разрабатывает более глубокий ход, дающий возможность проходить судам с большой осадкой. Задача регулирования сводится, таким образом, к фиксированию русла в тех местах, где вследствие слабости грунта могут образоваться неправильности течения, и в стеснении фарватера — для увеличения его глубины. Эта система в течение последних двадцати лет применена была систематически на Висле (от русской границы), Одере, Эльбе, Везере, Рейне и Немане (от русской границы), а также на второстепенных Р. Пруссии, с расходом на это до 150 миллионов марок. Благодаря выправительным работам достигнута на упомянутых реках глубина, при самом низком горизонте воды, от 0,8 до 3 м, вследствие чего значительно увеличилось по ним грузовое движение. С улучшением судоходного состояния Р., увеличились размеры и подъемная сила судов, плавающих на этих Р. (на Эльбе в 1842 г. самые большие суда подымали 3000 центнеров, в настоящее же время на этой Р. плавают суда, подымающие 12000 центнеров; на Рейне вместо 8000 теперь 24000 центнеров). Такие же удовлетворительные результаты получены в Америке, Австро-Венгрии, Голландии и Франции, у нас на некоторых участках Р. Припяти (у Чернобыля), Днепра (у Киева и Кременчуга), Дона, Десны, Сожа, Немана, Вислы, Днестра и Волги (в Нижнем Новгороде и др.). Берега Р. укрепляются, при этом, где это необходимо, дерновкой, обделкой камнем, фашинами и т. д.

Наиболее важной задачей при регуляционных работах является выбор так называемой нормальной ширины Р., т. е. той ширины, которая должна быть придана данному участку Р. посредством водостеснительных сооружений, для достижения правильного стока вод и сохранения глубины, требуемой судоходством. Ширина назначается как для низкого, так и для среднего и высокого горизонтов и зависит от количества протекающей воды, т. е. расхода Р., скоростей и уклонов и от некоторых других условий быта Р. Для стеснения русла строятся обыкновенно сооружения двух типов: продольные водостеснительные плотины и поперечные полузапруды или буны. Плотины располагаются параллельно проектному ходу, причем откосы их, обращенные к Р., должны образовать будущий берег; полузапруды, напротив, располагаются под углом или перпендикулярно к направлению хода таким образом, чтобы головы их совпадали с проектируемой береговой линией. Как те, так и другие сооружения могут быть употреблены самостоятельно для регулирования, и выбор типа зависит от местных условий. Шлихтинг предлагает следующий принцип: буны — для образования выпуклого берега, продольные плотины — у вогнутого берега, а при выправлении прямых плесов — продольные параллельные сооружения (в случае расположения новой береговой линии на близком расстоянии от старого берега) и поперечные полузапруды (при более значительном удалении этой линии от старого берега). Буны должны быть расположены на таком расстоянии одна от другой, чтобы отклоняемая ими струя не могла ударять в берег (расстояние между бунами делается обыкновенно в 0,3 до 0,8 ширины Р.). При коротких бунах необходимо укрепление берега. Обыкновенно гребень буны у корня ее, т. е. где она примыкает к старому берегу, доводится до горизонта средних вод, а голова буны возводится до уровня низких вод. Буны строятся из фашин, камня или в виде земляной насыпи между шпунтовыми стенками. Гребню обыкновенно придается ширина около 2 м, а откосы делаются, в зависимости от материала, одиночными, полуторными или двойными. При правильном расположении бун пространство между ними быстро заносится песком, приносимым водою во время половодья, вследствие чего по направлению бун образуется новый берег, который иногда закрепляют рассадками ивы и т. д. Точно так же для содействия замелению пространства за продольными водостеснительными сооружениями, при возведении этого рода плотин, оставляются через известные расстояния промежутки, для прохода воды, которая, будучи здесь задержана, откладывает наносы. В большом масштабе эта система регулирования применена в Верхнем Рейне, на участке от Базеля до границы с Гессеном. Выправление рек посредством продольных водостеснительных сооружений обходится дороже регулирования при помощи бун, так как длина и высота сооружений при этом получается больше и конструкция их должна быть солиднее. При этом, до образования нового берега, существует опасность прорыва сооружений напором воды и подмывом и, затем, в случае неправильного назначения нормальной ширины, ошибку эту нельзя исправить, между тем как буны можно, в случае надобности, укоротить или удлинить. Но зато продольные сооружения сразу фиксируют направление течения и в короткое время способствуют установлению надлежащей глубины и скорости течения. По этим причинам, при производстве регуляционных работ, обыкновенно пользуются обеими системами, применяя их в зависимости от местных обстоятельств. Составляя план регулирования, необходимо иметь в виду общий характер данной Р. и задача заключается в том, чтобы с наименьшими расходами привести неудобные для судоходства участки ее в такое же состояние, в котором находятся участки, где скорость течения, направление фарватера и глубина хода допускают удобное плавание судов. При этом стремятся достигнуть, чтобы перемещение грунта, необходимое для намеченного преобразования русла: углубление дна и срезка берега в одних местах, складывание наносов в других, производилось силой течения самой Р., благодаря надлежащему расположению выправительных сооружений. Так как два элемента быта Р. — общее ее падение и расходы воды — мы чувствительным образом изменить не можем, то выправительные работы приводятся к углублению мелких мест, уравнению скоростей и уклонов, спрямлению крутых извилин и обеспечению неизменяемости русла и берегов. Слишком спрямлять течение прокопами тоже нерационально, так как от этого увеличиваются уклоны и скорости течения, а следовательно, могут быть вызваны новые неудобства для судоходства. Поэтому каждой Р. или, на больших Р., каждому участку ее соответствует известная степень судоходности. Регулированию рек должны предшествовать подробные исследования. Они заключаются в определении всех условий течения: продольных и поперечных профилей русла, плана Р. и всех имеющихся на ней препятствий, как естественных, так и искусственных (опоры мостов, плотины и пр.), затем скоростей течения и расходов при меженном, среднем и высоком горизонтах, а также существующих условий судоходства и сплава. На основании всех этих исследований составляется проект, при разработке которого следует также иметь в виду, как отразится предполагаемое регулирование на другие виды пользования, зависящие от состояния Р. (рыболовство, вододействующие заведения, осушение и орошение прилегающих угодий и т. д.). Для скорейшего углубления хода и уничтожения местных препятствий судоходству от образовавшихся мелей на фарватере, прибегают к землечерпанию, которое с применением сильных паровых землечерпательных машин является в настоящее время могучим средством, оказывающим непосредственную помощь судоходству во время мелководья.

В качестве вспомогательных мер, имеющих ограниченное значение для немедленного углубления фарватера, употребляются временные искусственные заграждения (переносные дощатые и кулевые плотины и проч.). Из всего вышесказанного следует, что регулирование может сопровождаться успехом только в том случае, когда поставленная цель, а именно размеры и осадка судов, назначенных к плаванию по улучшенному водному пути, соответствуют общим свойствам выправляемой Р. Но есть и такие Р., на которых улучшение судоходного состояния с помощью регуляционных сооружений невозможно, или по недостатку воды при низком горизонте, или вследствие значительных падений и скоростей, или, наконец, по другим местным причинам. Недостаток воды можно отчасти устранить и искусственным питанием, для чего весенняя вода задерживается в верховьях и притоках Р. искусственными заграждениями (водоудержательными плотинами, бейшлотами). Из образованных таким образом резервуаров или водохранилищ производятся в течение маловодного периода попуски воды, дающие возможность проследовать судам. Таким искусственным питанием поддерживается судоходство на реке Мсте, на верхней Волге (в Верхневолжском водохранилище скопляется 40 млн. куб. саженей запасной воды). Но подобный способ искусственного питания можно применить только в исключительных местах, где резервуары могут быть устроены без значительных расходов на производство работ и отчуждение земель. Обыкновенно же для получения возможности плавания по Р., состояние которых не может быть улучшено регулированием, прибегают к шлюзованию или канализации. Систему эту прежде всего стали применять на таких Р., русло которых, глубоко врезанное в речную долину, давало возможность строить плотины без особых неудобств для прибрежных земель. С незапамятных времен на подобных Р. устраивались для хозяйственных и промышленных целей заграждающие русло плотины, в которых для прохода судов оставлялись отверстия, закрываемые после пропуска судов затворами. Для прохода судов затворы открываются, и вода устремляется из верхнего плеса в нижний до тех пор, пока горизонты обоих плесов не сравняются. Очевидно, что при таком устройстве для пропуска судов расходуется весь запас задержанной воды, а судоходство может производиться лишь в одном направлении, а именно вниз по течению; передвижение же судов вверх по течению требует особых усилий и приспособлений. Это неудобство послужило поводом к изобретению камерных шлюзов, при помощи которых преодолевается разность горизонтов двух смежных плесов или бьефов, разделенных плотиной, и достигается одинаковое удобство при передвижении по двум противоположным направлениям, без особых трудностей и излишнего расхода воды. При этом оказывается возможным задержанную массу воды поддерживать во все время навигации на необходимой высоте. Но устраиваемые плотины и шлюзы препятствуют свободному стоку высоких вод и проходу льда, вследствие чего увеличивается опасность наводнения. По этой причине канализация Р. не могла развиваться до того времени, когда французским инженером Пуаре, в 1838 г., были изобретены разборчатые плотины, которые дают возможность легко и скоро пропускать высокие воды и ледоход. Подобной системы плотина была устроена впервые на реке Ионне у Эпино в 1839 г. С того времени судоходное состояние Р. в разных государствах улучшено частью плотинами названной системы, частью разборчатыми плотинами других, впоследствии изобретенных систем (Сена от Парижа до Руана, Майн у Франкфурта, у нас Москва-река и др.).

Кроме засорения Р. наносами, вследствие подмыва берегов и примеси частиц, увлекаемых текучей водой, Р. загрязняются отбросами из населенных мест и промышленных заведений. Это приводит к порче речной воды, что опасно в санитарном отношении, а также вредно для рыбного промысла. Особенно опасно загрязнение речной воды в гигиеническом отношении; исследованиями над распространением эпидемий в больших городах доказано было существование известной зависимости развития инфекционных болезней от большей или меньшей степени загрязнения речной воды. В известных пределах Р. обладают свойством самоочищения, которое заключается в растворении и разжижении примесей, превращении органических и сложных неорганических соединений в более простые и пр. Это самоочищение вызывается окислением частью растворенного в воде кислорода, влиянием света и тепла, а также атмосферического воздуха, деятельностью бактерий, а также находящихся в воде растительных и животных организмов и механическим воздействием текучей воды. Поэтому, если загрязнение, которого вообще избегнуть нельзя, не превосходит известного предела, то это не представляет опасности. Законодательством и административными распоряжениями в разных странах введены известные нормы, имеющие целью ограничить загрязнение Р. и устранить вредные в санитарном отношении последствия этого загрязнения. Технические меры, принимаемые для возможного ограждения Р. от заражения вследствие спуска в них сточных вод, сводятся к задержке более тяжелых и крупных примесей в осадочных колодцах и отстойных бассейнах или с помощью решеток и металлических сеток, в устранении застоя воды, а также в нейтрализации и дезинфекции фабричных вод до спуска их в реку.

А. Таненбаум.