Размещение портов в различных природных условиях

3.1. Влияние природных условий

Рельеф берега, морского и речного дна оказывает решающее значение на плановое расположение и стоимость основных портовых сооружений. В условиях открытого морского берега значительная доля затрат по строительству порта приходится на внешние оградительные сооружения. Поэтому расположение портов в бухтах, лиманах и устьях рек, имеющих естественную защиту от волнений, течений и заносимости, при прочих равных условиях всегда экономичнее.

Примерами таких портов являются Астрахань, Архангельск, Мурманск, Владивосток, Находка, Ванино и др.

В портах на открытом побережье внешние оградительные сооружения, кроме основного назначения (защита от волнения), преграждают путь наносам, движущимся вдоль побережья, что уменьшает заносимость подходных каналов и акваторий портов. Особое значение это имеет в портах, расположенных на отмелых (пологих) побережьях (Махачкала, Таганрог, балтийские порты и др.).

При строительстве новых и расширении действующих портов приходится сталкиваться с трудностями, связанными с их расположением и развитием, так как наиболее удобные для расположения портов географические пункты обжитых районов суши давно заняты существующими портами и населенными пунктами.

3.2. Порты на открытых приглубых берегах

Приглубые берега имеют крутой уклон прибрежной зоны в сторону моря. Лишь узкая зона шириной 100-150 м у самого уреза воды образует низменную полосу, называемой террасой. С выходом на значительные глубины стоимость оградительных сооружений возрастает, поэтому строить их приходится на небольшом расстоянии от берега, что не позволяет создавать просторные портовые акватории. Для получения максимальной длины причальной линии при минимальной протяженности оградительных сооружений необходимо компоновать причальный фронт в виде пирсов и молов.

Преимущество приглубых побережий – наличие значительных подходных глубин, слабаязаносимость подходных каналов и самой портовой акватории. Типичным примером порта на открытом приглубом побережье является Одесский порт (рис. 3.1).Строительство порта началось созданием Карантинной гавани под защитой сходящихся карантинного и Потаповского молов. Затем была создана Практическая гавань, которая была защищена бывшим военным молом (первоначально Г-образного в плане очертания) и с западной – двумя молами:Андросовским и Постаповским. С последующим развитием порта эти гавани были объединены расположенным вдоль берега старым волноломом. Пространство между этими двумя гаванями было разделено возведением в средней его части Новым молом с образованием дополнительно еще двух гаваней: Новой и Угольной. Старый причально–оградительный Карантинный мол и новый оградительный Рейдовый мол, который является его продолжением, надежно защищают все четыре гавани от штормового волнения любых направлений. К северу от этого комплекса были возведены Нефтегавань под защитой Нефтяного мола, а затем Хлебная гавань. Образовавшиеся две изолированные части порта были объединены возведением Нового волнолома. Насущная потребность в ремонте развивающегося портового флота заставила в образовавшемся пространстве разместить судоремонтный завод с дополнительной защитой от волн внутренним оградительным сооружением – волноломом.

Рис.3.1 Одесский морской торговый порт

3.3. Порты на открытых отмелых берегах

Отмелые песчаные побережья характеризуются медленным нарастанием глубин. Здесь под действием волнения и течений происходит значительное передвижение наносов и вследствие этого - непрерывный намыв и размыв береговой линии. Отличительной особенностью портов, расположенных на песчаных побережьях, является заносимость подходных каналов и акваторий. Это принуждает производить большие дноуглубительные работы при помощи землечерпалок и землесосов, что обходится очень дорого. В связи с пополнением флота крупнотоннажными судами с большими осадками указанный недостаток становится существенным, так как порты вынуждены ограничивать прием судов. Для выхода на достаточные глубины приходится удлинять и углублять подходы и увеличивать объемы дноуглубительных работ на акватории.

Оградительные сооружения в портах на таких побережьях строят на небольших глубинах, они имеют упрощенную конструкцию и стоят дешевле. Основное назначение сооружений является не ограничение портовой акватории от волнения, а защита ее и подходных каналов от заносимости. Для портов на таких побережьях характерно использование сходящихся молов, хорошо защищающих от наносов и рассеивающих благодаря своей воронкообразной форме энергию вкатывающихся на акваторию порта волн. С целью уменьшения заносимости трассы подходящих каналов располагают по возможности параллельно или с минимальным углом по отношению к господствующему направлению наносов.

На рис. 3.2 показана схема порта на отмелом побережье. Причальный фронт создан как за счет углубления в берег, так и путем искусственной засыпки. Этим достигается меньшая длина дорогостоящих молов.

Рис.3.2 Порт на отмелом берегу:

1-канал; 2-течение; 3-буна; 4-отмель; 5-бассейн; 6-размыв

На побережьях с интенсивным движением наносов последние при подходе к молу, теряя скорость, откладываются, образуя отмель. Огромные массы песка накапливаются и передвигаются в сторону канала и акватории. Для предохранения их от обмеления устраивают защитные сооружения в виде бун и шпор, задерживающие дополнительный объем наносов. Примерами портов, расположенных на отмелых побережьях, являются Махачкала, Таганрог, Вентспилс.

3.4. Устьевые порты

В портах, расположенных близ устья судоходных рек, впадающих в море, происходит сочетание морского и речного транспорта. Здесь грузы передаются с речного транспорта на морской и обратно. Эта операция выполняется на перегрузочных рейдах или через склад. Преимущество устьевых портов заключается в том, что они являются единым транспортным узлом для морских и речных судов; как правило, не требуется возводить дорогостоящих оградительных сооружений благодаря хорошей естественной защищенности от волнения. Причальный фронт устьевых портов располагается либо вдоль берегов реки, либо в открытых бассейнах. Часто встречается сочетание этих вариантов. Основные недостатки устьевых портов – мелководье и большая заносимость, что особенно ощутимо в связи с увеличением размерений судов. Это приводит к необходимости создания для устьевых портов аванпортов, выдвинутых к морю.

Характерным примером устьевого порта является один из крупнейших отечественных портов – Санкт-Петербургский (Рис. 3.3). Несмотря на то, что компоновка всех сооружений порта сложилась в конце 19 века, в настоящее время после реконструкции и обновления располагает высокомеханизированными причалами для самых различных грузов. Первоначально в порту предусматривалось сочетание морского и речного транспортов. В настоящее время сам порт является типично морским. Речной порт Санкт-Петербурга, состоящий из нескольких грузовых и пассажирских районов, размещается выше по реке Неве и никакой связи с морским портом не имеет. Недостатком морского порта является малая глубина, ограничивающая возможность захода крупных судов.

Наличие подходных каналов значительной протяженностью (длина канала около 30 км) характерна для портов, расположенных в устьях рек, впадающих в безливное море.

Главная проблема устьевых портов – улучшение и поддержание судоходных условий. В безливных устьях судоходные глубины обеспечиваются дноуглублением или сосредоточением вод. Дноуглубление необходимо если судовой ход расположен не в главном русле, а в одной из боковых рукавов, у которого достаточные расход воды и ширина, приемлемые для судоходства, наиболее устойчивые глубины и наименьший бар на взморье. Сосредоточением вод осуществляют в одном рукаве с помощью береговых выпрямительных сооружений, приводящих поток в сжатое состояние в русле, и параллельных молов на взморье, способствующих промыванию русла и очистке судового хода от наносов.

В устьевых портах ливневых морей проблема обеспечения судоходных глубин на подходах отсутствует. В целом ряде случаев такие порты вообще не нуждаются в подходных каналах. После поднятий уровня при приливе накапливаются огромные массы воды, которые при отливе устремляются в море, унося с собой речные наносы как из самой дельты, так и из участков расположенных выше. Эти процессы наиболее эффективно протекают при воронкообразной форме устья, когда скорость движения потока в море достигает значительных пределов.

Наряду с открытыми причалами, в современных условиях строятся и шлюзованные бассейны, так как стоимость открытых глубоководных набережных при большой амплитуде приливов оказывается высокой. Приливные закрытые бассейны - это характерная особенность устьевых портов ливных морей.

Бассейны отделяются от моря шлюзами с затворами, позволяющими удерживать в них необходимый уровень воды. В закрытых бассейнах уменьшается высота причальных стенок, обеспечивается спокойная стоянка судов и улучшается технология перегрузочных работ.

Однако такие бассейны имеют и недостатки: потери времени в связи со шлюзованием судов (ввод судна, закрытие ворот, вывод и т.д.), ограниченность времени для входа и выхода судна из-за низкого уровня воды; устройство и эксплуатация дорогостоящих шлюзованных ворот и др. Потеря времени недопустима для некоторых судов (пассажирских, работающих на срочных линиях). В таких портах приходится устраивать, несмотря на дороговизну, открытые причалы или плавучие пристани. Закрытые бассейны имеются во многих портах Западной Европы (Гавр, Антверпен, Ливерпуль, Лондон и др.).

Рис.3.3 Схематический план Санкт-Петербургского порта:

1-пассажирский район; 2-район штучных грузов; 3-лесной порт; 4-западный бассейн; 5-восточный бассейн; 6-лесная гавань; 7-лесной мол; 8-контейнерный терминал; 9-угольная гавань; 10-угольный мол; 11-элеваторная площадка

 

По характеру работы (сочетание морского и речного транспорта) к устьевым портам относятся и порты, расположенные сравнительно далеко от устья. Роттердамский порт (рис 3.4) является типичным примером: основная часть порта расположена в 40 км устья р. Мааса. За последнее время порт интенсивно развивается в сторону моря. Постепенное смещение устьевых портов в сторону моря обуславливается объективными причинами – увеличением грузоподъемности и осадки судов и присуще всем аналогичным устьевым портам.

Рис.3.4 Схематический план части Роттердамского порта:

1-Лекгафен; 2-Изельгафен; 3-Ваальгафен; 4-Маасгафен; 5-Рейнгафен

 

При сезонных колебаниях уровня воды на реках (при амплитуде свыше 6 м) территория порта на одном незатопляемом горизонте (одноярусный порт) или же иметь две группы причалов: весенние незатопляемые во время высокого стояния уровня и межевые – затопляемые во время паводка, на которых грузовые операции выполняют после спада высоких вод в меженный период (двухъярусный порт). Примерами устьевых являются: Клайпедский, Игарка и др.)

3.5. Русловые порты

Большие амплитуды колебания сезонных уровней воды, высота берега, не допускающие образования в них затонов, сравнительно малая занятость открытых берегов реки промышленными устройствами вблизи населенных пунктов, главные особенности равнинных рек, которые явились причиной наибольшего распространения в России русловых речных портов.

Современные русловые порты обычно имеют нескольких районов, обособленных и расположенных на значительном расстоянии один от другого. Перевалочный район с такими грузами, как лес, руда, уголь, песок и другие минерально-строительные материалы, как правило, выносятся за пределы населенного пункта. В пределах города размещается пассажирский район и нередко район штучных и других грузов, переработка которых не вызывает загрязнения атмосферы. При наличии крупных промышленных предприятий, занимающих какой-то участок береговой полосы, здесь же размещаются и причалы клиентуры.

Следует отдавать предпочтение размещению причальных линий русловых портов на прямолинейном и вогнутом с большим радиусом кривизны участках берега. На них легче трассировать железнодорожные и подкрановые пути, легче поддерживать глубины на подходах и удобнее происходит подход и швартовка судов. При этом на вогнутых берегах водные подходы меньше подвергаются заносимости.

Причальные линии русловых портов обычно имеют акваторию, граничащую непосредственно с судовым ходом. Подход к причалам и отход от них удобны и не требуется на это много времени.

Для многих русловых портов на свободных реках характерны значительные подъемы уровней воды во время половодья с амплитудой колебания 8-10 м и более. Ввиду значительного повышения стоимости вертикальных набережных с увеличением их высоты иногда порты строят двухъярусными, т.е. одни причалы (меженные) затоплялись во время половодья, а другие причалы (весенние) не затоплялись. Часто эти две группы причалов размещали на разных береговых участках. В межнавигационный период с меженных затопляемых причалов убирали краны, инвентарные склады, которые после спада воды устанавливали на прежнее место, выполняли очистные работы от песка и ила территорию и другие ремонтные работы. В связи с этими неудобствами в последнее время по возможности отказываются от устройства двухъярусных портов.

Для нормальной работы речного порта отметку территории и причалов назначают в зависимости от уровня пика половодья с расчетной вероятностью его превышения, предусмотренной нормами.

На рис.3.5 приведен план руслового порта, отвечающий современным требованиям, предъявляемыми к речным портам. На этом плане компактно размещены четыре района – контейнерных, штучных, лесных и угольных грузов. Первые три груза совмещены по санитарным требованиям. Поэтому районы примыкают друг к другу. В стороне с разрывом в 250м размещается угольный район. В этом разрыве располагаются служебные причалы. Свободное пространство озеленяется для препятствия проникновения угольной пыли на смежные причалы. Ввиду большого числа причалов, блокирующихся в одну линию (два – контейнерных, четыре – штучных грузов, пять – лесных грузов), причальные линии выполнены уступами, что облегчает обслуживание причалов железнодорожным транспортом. Основными перегрузочными машинами являются портальные краны различной грузоподъемности и мостовые краны (причалы лесных грузов). Для навалочных грузов применяется высокопроизводственный комплекс, основными элементами которых являются машины непрерывного транспорта (перегрузки угля).

 

Рис.3.5 Примерный генеральный план руслового порта:

I,II-контейнерные причалы; III-VI-причалы штучных грузов; VII-XI-причалы лесных грузов; XII-служебный причал; XIII-причал тяжеловесов; XIV-причал для приема хозяйственно-фекальных отходов; XV-угольный причал

 

Большинство крупных русловых портов имеют рассредоточенное размещение отдельных районов. Пермский порт на Каме (Рис.3.6) имеет три грузовых района и отдельно пассажирский. В грузовом городском районе перерабатывают металл, товарно-штучные и контейнерные грузы. Здесь расположены и причалы, принимающие минерально-строительные материалы для нужд города. В перевалочном районе преобладают навалочные грузы – уголь, соль и минерально-строительные материалы, имеется причал и для товарно-штучных грузов. Далее по течению размещается хорошо механизированный комплекс по перегрузке химических грузов. Такое размещение грузовых районов согласуется с принципами сочетания порта и города.

Внерусловые или затонные порты распространены в Западной Европе и меньше – в отечественной практике. Причина этого – своеобразие топографических и гидрологических условий большинства рек в России, а именно: высокие и крутые берега не позволяют врезаться с бассейнами в прибрежную территорию, а низкие пойменные берега при наличии высоких половодий вызывают необходимость выполнения больших объемов земляных работ по образованию территории порта.

 

 

Рис.3.6 Схематический план Пермского порта:

1-район химических грузов; 2-перевалочный район; 3-городской грузовой район; 4-пассажирский район

3.6. Внерусловые порты

При зарегулировании стока с постройкой гидроэлектростанции и образования водохранилищ снижается амплитуда половодий, и открываются перспективы перед внерусловыми портами.

Внерусловые порты имеют ряд достоинств: компактность; отсутствие ледохода (что позволяет использовать бассейны для зимней стоянки судов), устраивая специализированные бассейны; можно легко изолировать различные группы причалов; применять причалы облегченных типов; устойчивость глубины; отсутствие течений и волнений (это делает удобной стоянку судов у причальной линии). Легче решается вопрос развития порта (путем создания смежных дополнительных бассейнов).

Сама компактность порта, по сравнению с разбросанными русловыми портами, способствует снижению расходов на устройство внутрипортовых путей и инженерных систем порта. Занимая относительно небольшую часть береговой линии, внерусловые порты могут удачно сочетаться с городом, не лишая его выхода к реке.

Недостатками внерусловых портов являются: большой объем земляных работ при создании искусственных бассейнов; стесненность акватории затрудняет маневрирование судов; отсутствие течения способствует загрязнению воды; водные участки канала подвергаются интенсивной заносимости, для уменьшения которой, а также облегчения захода судов в канал его трассируют под возможно меньшим углом к оси судового хода.

Оптимальная компоновка – руслового или внеруслового (а возможно и смешанного) выбирается на основании технико-экономического сравнения с учетом топографических, гидрологических и эксплуатационных условий. При сравнимых показателях предпочтение необходимо отдавать внерусловой компоновке.

Для того же грузооборота, который был принят за исходный при составлении генерального плана руслового порта (Рис.3.5) составлен примерный генеральный план внеруслового порта (Рис.3.7).

Учитывая условность задачи, трудно говорить о преимуществах и недостатках того или иного варианта, но следует отметить, что при ковшевом варианте компоновки уменьшилось на 10% протяженность внутрипортовых железных дорог и на 20% - автомобильных; на 7% сократилась длина вертикальных набережных. Удобно разместились в торце ковша служебные причалы.

Рис.3.7 Примерный генеральный план внеруслового порта:

I,II-контейнерные причалы; III-VI-причалы штучных грузов; VII-XI-причалы лесных грузов; XII- причал тяжеловесов; XIII-служебный причал; XIV-причал для приема хозяйственно-фекальных отходов; XV-угольный причал

 

Все крупнейшие западноевропейские порты, расположенные на реках, имеют причальные линии внерусловой формы. Эти порты расположены иногда на расстоянии 100км от устья рек (Гамбург, Бремен, Антверпен и др.), являясь территориально портами речными, принимают и крупные морские суда, что обусловило их интенсивное развитие. Так, Гамбургский порт имеет в своем составе 35 бассейнов.

На Рис.3.4 приведен план крупнейшего в Европе Роттердамского порта, бассейны которого имеют разнообразные формы.

3.7. Порты на водохранилищах

Огромный размах гидротехнического строительства за короткое время водная магистраль Волга превратилась в каскад озероводных бьефов (водохранилищ), следующих одним за другим, что привело к изменению режима уровней воды от 10-13м до 3-3,5м.

Отсутствие течения, раннее замерзание и позднее вскрытие льдов, переформирование крутых берегов определяют особенности компоновки водохранилищных портов.

Необходимость устройства внешних оградительных сооружений для защиты акватории от волнения определяют компактную компоновку всего порта. Грузовой и пассажирский порт на водохранилище является и портом-убежищем, в котором могут укрываться суда и плоты, застигнутые поблизости штормом. Возможность возведения сооружений насухо до затопления водохранилища позволяет выполнять оградительные сооружения в виде земляных дамб с укрепленными откосами. Малые амплитуды колебаний уровней воды позволяют причальные стенки делать вертикальными, что облегчает швартовку судов и их грузовую обработку. На Рис.3.8 приведена схема Ульяновского порта, расположенного на Куйбышевском водохранилище, акватория которого ограждена одним волноломом. Линия кордона вынесена вперед, по отношению уреза воды, и за пределами причальной линии территория имеет откосное крепление.

Рис.3.8 Схематический план Ульяновского порта:

1-рейд прибытия; 2-рейд отстоя судов во время шторма; 3-рейд отправления; 4-волнолом

 

Компоновка оградительных сооружений в водохранилищных портах определяется согласованием противоречивых требований: удобства подхода судов и хорошей защищенности акватории от волнений. Обычно в ущерб защищенности принимают решения в пользу удобства подходов.

Порты-убежища, как правило, располагают в естественных бухтах. Примером может служить порт-убежище Адамовка на Днепре (Рис.3.9)

 

Рис.3.9 Схематический план порта-убежища Адамовка на Днепре