Ледовые явления в нижних бьефах ГЭС

В осенний промежуток времени устойчивый переход среднесуточных температур воздуха через 0 ºC влечет за собой понижение температуры воды до 0 ºC и начало ледовых явлений на водоемах.

Одним из первых проявлений ледовых явлений на различных водоемах и водотоках является появление сала — плотного слоя мелких ледяных кристаллов на водной поверхности. Сало чаще всего плавает по реке в течение нескольких дней. Почти в одно время в прибрежной зоне, где скорости течения и глубины не столь большие, образуются забереги — неширокие полосы застывшего тонкого льда. По мере охлаждения всей толщи воды в ней начинает формироваться внутриводный лед — непрозрачная губчатая ледяная масса, которая состоит из сросшихся кристаллов льда хаотическим образом и формируется во всей толще переохлажденной воды. Внутриводный лед может возникать и в виде донного льда. Скопления внутриводного льда в виде комьев на поверхности или в толще речного потока образуют шугу. Движение шуги по реке называется шугоходом. Вместе с шугой по реке может переноситься битый лед от заберегов и снежура — снежный покров на воде. В формировании льдин участвуют скопления сала, шуги и снежуры. С образованием льдин берет свое начало осенний ледоход. По мере остывания воды забереги увеличиваются в направлении их открытой части и в итоге смыкаются.

Ледяной покров также может быть сформирован в результате замерзания шуги, то есть рыхлого скопления льда, образованного из выплывшего на поверхность внутриводного и донного льда, а также снежуры, мелкобитого льда заберегов и сала.

Замерзания реки заканчивается ледоставом — образованием непрерывного ледяного покрова, прочность которого зависит от того, насколько много в нем талой воды. Сроки установления ледостава конкретно зависят от характера ледовых процессов на реках.

В зоне работы, то есть в нижних бьефах ГЭС ледообразование обладает своими особенностями и происходит гораздо позже, чем в природных условиях. Одной из особенностей ледового режима нижних бьефов является формирование покрова льда за счет образования, накопления и дальнейшего замерзания шуги, которая продуцируется на открытых водных пространствах, то есть в полыньях.

Гидроэлектростанции расположены на реках, на которых скорости распределяются неравномерно по всей их длине, поэтому выделяют два разных типа замерзания. Первый и самый частый способ образования ледяного покрова ̶ распределение льда, поступающего с верхних участков, по всей поверхности воды путем движения ледяной кромки снизу вверх. Второй случай заключается в образовании внизу плотины отдельных льдин, пространство между которыми постепенно заполняется льдом. Этот способ характерен для довольно низких отрицательных температур, а также для периодов значительного понижения расходов воды.

Ледообразование в нижних бьефах существенно зависит от режима работы и от мощности ГЭС. Регулировка стока приводит к серьезным изменениям уклонов и гидравлических характеристик, что влияет на равновесие между теми силами, которые действуют на ледяной покров. В результате устойчивость поверхности льда изменяется и может произойти ее разрушение. Отлично ледовые процессы протекают на нижних бьефах высоконапорных ГЭС, средних и малых ГЭС, работающих в пиковом режиме. При отключении агрегатов в вечернее время суток происходит образование неразрывной ледовой корки на свободной поверхности воды. После включения агрегатов с утра непрочная корка ломается и передвигается к устойчивому ледяному покрову, что приводит к зажорно-заторным явлениям в полыньях при плотине в периоды колебаний стока и интенсивного шугообразования.

Изменение размеров полыньи в нижних бьефах высоконапорных ГЭС не зависят от попусков, в отличие от средних и малых ГЭС, а зависят от метеорологических условий, поэтому смещение льда бывает связано только с повышением температуры.

Вскрытие по акватории водохранилища зависит от силы разрушения ледяного покрова на разных участках. Высокие скорости течения и подъемы уровня воды увеличивают интенсивность разрушения ледяной кромки и являются причиной раннего вскрытия. Условия вскрытия на этих участках не отличаются от речных и по большей части обусловлены механическими изменениями.

Вскрытие зарегулированных рек происходит значительно раньше, если сравнивать с другими реками. Насколько быстро будет происходить отступление кромки льда зависит от величины попусков ГЭС и может колебаться в очень большом интервале.

Подводя итоги, можно констатировать следующее: ледовые явления в нижних бьефах ГЭС сильно отличаются от ледовых явлений на незарегулированных реках.