Первые гидротехнические сооружения. Шлюзы

Первые гидротехнические сооружения. Шлюзы
15 Мая 2020

Первые судопропускные сооружения появились в Китае в Х веке нашей эры


Слово «шлюз» происходит от латинских «exclusa» (в сочетании aqua exclusa) – «исключённая вода», «exclusus» – «исключённый, изгнанный, отрезанный», «excludere» – «исключать». Русское слово «шлюз» заимствовано из нидерландского (sluis) или немецкого языков (schleuse). Во времена Петра I произносилось как «слюза».


Устройства против воровства в Китае

Самые первые, тогда ещё совсем примитивные, гидротехнические сооружения (ГТС), по сути выполняющие функцию современных судопропускных ГТС, появились в Китае ещё в Х веке н.э. На отдельных участках Великого китайского канала приходилось преодолевать водоразделы, высота которых составляла до 42 м над уровнем моря. Для преодоления участков, имеющих разные отметки уровней, были построены судопропускные устройства в виде наклонных плоскостей (они называются гидросливами). Такие устройства имели малые уклоны и суда перетаскивались через них волоком по рельсам за канаты, которые тянули волы. Это было возможно, потому что лодки у китайцев были почти плоскодонными и не имели килей.

Конструкции гидросливов, конечно, не позволяли перетаскивать очень тяжёлые суда, то есть суда большой грузоподъемности. По всей видимости, тоннаж перетаскиваемых судов не превышал 20-21 тонну. На гребне ската лодку сильно встряхивало, что часто вело к её повреждениям. При этом зерно, которым была нагружена лодка, могло просыпаться и быть разграблено. Частенько такие аварии устраивались самими служащими канала.

Для борьбы с этими кражами в 984 году Цяо Вэйюэ, который тогда был помощником, как сегодня говорится, министра транспорта в Хуайнани, изобрёл судопропускное сооружение, в котором осуществлялось попеременное выравнивание уровня воды. По описаниям, первый в мире шлюз представлял собой прямолинейный участок канала длиной 76 м, ограниченный по торцам воротами. Берега шлюза были укреплены, а над ним устраивался навес. Ворота изготавливались из деревянных брусьев и перемещались вертикально. Напоры, преодолеваемые шлюзами, доходили до 1,5 м. В течение следующего XI-го столетия такие шлюзы были устроены по всей длине Великого канала.


Попуски для пропуска судов

В Европе вплоть до XIII века судоходство осуществлялось по водным путям в их естественном состоянии. Судоходство зависело от уровня воды в реках, времени года, наличия препятствий (порогов, перекатов). Для преодоления препятствий научились строить плотины, задерживающие воду и повышающие глубину перед плотинами. В плотинах или возле них устраивали проёмы, которые закрывались во время поддержания напора затворами или воротами. Когда ворота открывали, вода из верхнего бьефа вместе с судами или плотами в виде волны попуска перемещалась вниз через мелководные участки реки. После пропуска судов ворота или затворы возвращались обратно. Такие сооружения называются полушлюзами. В Европе они впервые были применены в Германии в XIII веке на реке Альстер. Затем, в XIV веке, полушлюзы были построены на реке Дельфенау, притоке Эльбы.

К XIII веку относится и первое европейское упоминание об устройстве, отдалённо похожем на современный судоходный шлюз. Это упоминание встречается в разрешительной грамоте графа Голландии и Зеландии Вильгельма II, выданной в 1253 году. Первый камерный шлюз был построен в Италии в 1439 году по распоряжению герцога Милана Филиппо Висконти. В 1452 году итальянский учёный, один из зачинателей новой европейской архитектуры Леон Баттиста Альберти поднёс папе свой архитектурный трактат «De re aedificatoria» (в 1485 году этот трактат стал первой печатной книгой по архитектуре), в котором содержится довольно правильное описание камерного шлюза.

Но эти единичные случаи, по-видимому, были впоследствии забыты, так как французский инженер Бернар Форест де Белидор приписывает изобретение камерного шлюза знаменитому голландскому инженеру, изобретателю сухопутной парусной яхты на колёсах Симону Стивену. Стивен описал устройство шлюза в 1618 году.

При этом многие специалисты считают творцом шлюза великого итальянского художника, живописца, скульптора, архитектора, учёного, естествоиспытателя, изобретателя, писателя, музыканта, одного из крупнейших представителей искусства Высокого Возрождения. Речь идёт, конечно, об «универсальном человеке» – Леонардо да Винчи, построившем в 1509 году камерный шлюз на канале Сан-Христофора близ Милана.


Творения универсального Леонардо

Изобретение Леонардо «Канал со шлюзами» относится к периоду его работы в Ломбардии. По каналу, текущему под уклон, благодаря ряду шлюзов могло осуществляться судоходство. Уровень воды при заходе судна можно было контролировать открытием или закрытием ворот, спускающих или поднимающих воду.

Леонардо усовершенствовал систему открытия и закрытия шлюзовых ворот. Он изобрёл маленькие шлюзовые ворота с засовом в их основании. Засов позволял впустить то количество воды, которое было необходимо для выравнивания давления по обеим сторонам главных ворот, что облегчало их открытие.

Для очистки каналов Леонардо изобрел драгу, помещаемую между двумя лодками и снабжённую четырьмя лопастями. Лопасти приводились в движение рукоятью. По замыслу изобретателя, собранный со дна ил складывался на плот, укреплённый между двумя лодками. При повороте колеса трос, привязанный к берегу, наматывался на барабан, что автоматически передвигало установку. Ось вращения барабана можно было установить вертикально. Тем самым регулировалась глубина выборки грунта.


«Волго-Балт» на царской службе

Первые российские шлюзы относятся к Вышневолоцкой (старейшая в России), Мариинской и Тихвинской водным системам. Эти три системы соединяли Волгу с Балтийским морем.

Строительство Вышневолоцкого водного пути было начато 12 января 1703 года, когда Пётр I подписал указ о строительстве канала между реками Цной и Тверцой. Вышневолоцкая система включала в себя Тверецкий канал с Тверецким шлюзом, Цнинский канал с Цнинским шлюзом, Цнинский бейшлот (водоспуск с подъёмными щитами), позволяющий поддерживать необходимый уровень воды в Тверецком канале, и водохранилище, образованное Цной и Шлиной и питающее раздельный бьеф, подпёртое Заводским бейшлотом. Регулирование на судоходной части системы производилось шлюзами. Шлюзы использовались не только для прохода судов, но и для одновременного питания нижерасположенных частей системы, поэтому у них не было закрытых камер и двойных ворот, а собственно операция шлюзования не производилась. В конце XVIII века Вышневолоцкий водный путь был крупнейшей гидротехнической системой Европы.

Строительство Мариинской водной системы началось в 1799 году, а 21 июля 1810 года было официально открыто движение по этому пути. В эту систему входили 28 деревянных шлюзов и полушлюзов (45 камер) на реке Ковже, раздельном канале и реке Вытегре. Все шлюзы имели длину камеры 32 м, ширину – 9 м и глубину на короле (пороге) – 1,3 м. К недостаткам этой системы можно отнести её малые размеры, которые не только ограничивали возможности увеличения грузооборота, но и не могли пропускать к Рыбинску суда, идущие по Вышневолоцкому водному пути.

Тихвинская водная система строилась с 1802 по 1811 годы: были прорыты каналы, сооружены плотины и шлюзы. Здесь были построены 62 шлюза. Тихвинский путь маршрута «Волга – Балтика» был самым коротким: от Рыбинска до Петербурга – 924 км, тогда как по Мариинской системе – 1143 км, а по Вышневолоцкой – 1440 км. Кроме того, судоходство по Тихвинской системе шло в обе стороны, что нельзя было осуществить на Вышневолоцкой.


Галерея

Багаевский гидроузел - судоходное гидротехническое сооружение XXI века, обеспечивающее транспортную эффективность и экологическую безопасность, восстанавливающее рыбные запасы Дона.