Водный транспорт лесоматериалов

 
 
 
 
 
 
 
 

П. Ф. ВОЙТКО 

 
 
 
 
 

ВОДНЫЙ ТРАНСПОРТ  

ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ 

 
 

Лабораторный практикум 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола 

ПГТУ 
2020 
 

УДК 630*378 
ББК  43.904 
         В 65 

         
 

Рецензенты: 

кафедра лесопромышленных производств и обработки материалов  
Северного (Арктического) федерального университета (зав. кафедрой, 
д-р техн. наук, профессор С. В. Посыпанов),  
канд. техн. наук, доцент кафедры строительных конструкций и водоснабжения Поволжского государственного технологического университета А. Г. Турлов 

 
 

 

Печатается по решению  

редакционно-издательского совета ПГТУ 

 
 
 

Войтко, П. Ф. 

В 65     Водный транспорт лесоматериалов: лабораторный практикум / 

П. Ф. Войтко. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2020. – 120 с. 
ISBN 978-5-8158-2177-4 

 

Представлены 7 новых лабораторных работ по дисциплине «Водный 

транспорт леса», ориентированных на производственные условия лесосплавных предприятий. По каждой теме приводятся необходимые теоретические сведения, дается описание опытной установки, указывается порядок выполнения работы и обработки полученных экспериментальных 
данных. 

Для студентов лесотехнических специальностей, бакалавров и маги
странтов. 

УДК 630*378 

ББК 43.904 

 

ISBN 978-5-8158-2177-4 
© Войтко П.Ф., 2020 
© Поволжский государственный  

                           технологический университет, 2020 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 

Предисловие ............................................................................................ 4 

Введение .................................................................................................. 5 

1. Организация водомерного поста на лесосплавной реке ........................ 6 

2. Промеры глубин лесосплавной реки в зимний период ........................19 

3. Измерение скоростей и расходов воды с помощью поплавков ...........30 

4. Изучение соединений сплоточно-формировочного такелажа .............47 

5. Определение сопротивления воды буксировке секций и плотов ........71 

6. Изучение конструкции и условий эксплуатации Чебоксарского 
гидроузла на реке Волге ..............................................................................88 

7. Изучение конструкции судоходного шлюза Чебоксарской ГЭС ......102 

Список литературы ..............................................................................111 

Приложение 1. Инструкция по технике безопасности  
при проведении экспериментальных работ на водоемах ...........................112 

Приложение 2. Критерии подобия, используемые в механике жидкостей ...114 

Приложение 3. Масштабные множители .................................................115 

Приложение 4. Средние значения плотности древесины  
различных пород в свежесрубленном состоянии ......................................116 

Приложение 5. Сопротивление воды перемещению пучков  
лесоматериалов .......................................................................................117 

Приложение 6. Сопротивление воды перемещению секций и плотов .......118 

 
 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Основным назначением лабораторного практикума является разъяс
нение обучающимся физической сущности рассматриваемых гидравлических явлений на водном транспорте лесоматериалов, ознакомление 
студентов с методикой экспериментальных исследований, методами 
испытаний машин и лесосплавного оборудования, а также закрепление 
теоретического материала по дисциплине «Водный транспорт леса».  

Издание подготовлено в соответствии с рабочей программой спе
циальной дисциплины Б. 1.2.9 «Водный транспорт леса» направления 
подготовки бакалавров «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» по профилю «Лесоинженерное дело» 
ФГОС-3++. 

Практикум написан на основе личного многолетнего педагогиче
ского опыта автора в преподавании данной дисциплины, использованы 
также рекомендации по проведению аналогичных работ в лабораториях 
лесотехнических вузов России и за рубежом [1-3, 6-8].   
 

Настоящее издание, по сравнению с вышедшим в 2012 году, пере
работано и дополнено 7 новыми лабораторными работами, ориентированными на инженерные сооружения реки Малая Кокшага Республики 
Марий Эл. 

При разработке практикума были учтены ценные замечания коллек
тивов кафедр лесопромышленных производств и обработки материалов 
Северного (Арктического) федерального университета, строительных 
конструкций и водоснабжения Поволжского государственного технологического университета. Особую признательность автор выражает профессору С. В. Посыпанову (САФУ), доценту А. Г. Турлову (ПГТУ), являющимися официальными рецензентами работы, за внимательное прочтение рукописи и весьма полезные замечания, которые учтены при 
окончательном редактировании и подготовке издания к печати.  

Автор заранее выражает благодарность за все замечания и пожела
ния по содержанию и оформлению практикума, которые следует 
направлять по адресу: Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3, Поволжский государственный технологический университет, кафедра лесопромышленных и химических технологий.  
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Основные лесные массивы нашей страны удалены от пунктов пере
работки и потребления древесины, что вызывает необходимость перевозок значительного количества лесоматериалов на большие расстояния. 
Эту грузовую работу выполняют железнодорожный, автомобильный, 
водный (плотовой лесосплав и перевозка лесоматериалов в судах) 
транспорт.  

Наиболее экономичным и наименее энергоемким видом транспорта 

лесоматериалов является лесосплав. Потребление энергии при плотовом 
лесосплаве на сопоставленный объем лесотранспортных работ в 4 раза 
меньше, чем при использовании железнодорожного транспорта, и в 17 
раз меньше, чем при применении автомобильного [8]. 

Дальнейшее техническое развитие водного транспорта леса, выпол
нение требований интенсификации производства будут зависеть от того, как молодые инженерно-технические работники станут использовать 
накопленный опыт, внедрять последние достижения науки и техники в 
лесопромышленное производство. 

В практике лесосплавных работ преобладают задачи, связанные с 

взаимодействием плавающих тел с потоком, движением воды в открытом русле и ее воздействием на лесосплавное оборудование и сооружения. Характер движения жидкости в таких случаях настолько сложный, 
что при современном уровне знаний составить строгие уравнения движения и точно решить их невозможно. В этих случаях задачи решают 
приближенно, на основе производственного или лабораторного экспериментов1. 

Подробное описание гидротехнических сооружений на лесосплав
ной реке, методов гидравлического моделирования, порядка выполнения и оформления лабораторных работ с кратким изложением теоретических сведений по каждой теме облегчит обучающимся самостоятельную подготовку к лабораторным занятиям, что особенно важно для студентов заочной формы обучения.  

В каждой работе приведены таблицы для записи измеренных и вы
численных гидравлических величин, являющиеся своеобразным алгоритмом проведения и оформления лабораторных работ с элементами 
научных исследований. Достаточно подробные контрольные вопросы 
по каждой теме позволят систематизировать изучаемый материал, а 
также организовать самостоятельную работу по его освоению и самопроверку полученных знаний. 
 

 

1 Правила техники безопасности, которые при этом необходимо соблюдать, 
приведены в приложении 1. 

ОРГАНИЗАЦИЯ ВОДОМЕРНОГО ПОСТА 

НА ЛЕСОСПЛАВНОЙ РЕКЕ 

 
Цель работы – изучить устройства и принцип действия прибо
ров для измерения уровней воды лесосплавной реки. 

Общие сведения 

Источником получения систематических сведений о состоянии 

лесосплавных водных объектов являются наблюдения, которые ведутся гидрометеорологическими станциями и водомерными постами. В практике гидрометрических работ получили большее распространение водомерные посты (ВМП), которые состоят из приспособления для непосредственного измерения уровней воды в виде 
свай или реек и геодезического репера. 

По способу устройства водомерные посты подразделяются на 

простые, передаточные и саморегистрирующие. Простые посты 
применяются чаще, так как они несложны в изготовлении и имеют 
малую стоимость. В зависимости от имеющегося оборудования для 
регистрации уровней воды простые водомерные посты делятся на 
свайные, реечные и свайно-реечные (смешанные).  

Тип поста определяется максимальной амплитудой колебаний 

уровней воды в лесосплавной реке, характером берегов, наличием 
мостов и других гидротехнических сооружений. 

Измерение уровней воды необходимо при выполнении всех ви
дов геометрических работ. 

Уровнем воды называется высота поверхности воды в водое
ме, отсчитываемая относительно постоянной горизонтальной плоскости сравнения (уровень мирового океана). Уровни воды в водотоках и водоёмах непрерывно изменяются в зависимости от времени 
года, метеорологических условий и т.д. Для их измерения сооружа
1 

ют водомерные посты, в состав которых входят: водомерные рейки и сваи, самописцы уровня воды и другие измерительные устройства. Горизонтальная плоскость, к которой, как к нулевой поверхности, приводятся измеряемые уровни воды на водомерном посту, 
называется нулем графика водомерного поста. 

Обычно уровни воды измеряются ежедневно в 8 и 20 часов по 

местному времени. Во время весеннего половодья, летне-осенних 
дождевых паводков, перекрытия русел рек и пропуска паводков через гидроузлы выполняются дополнительные измерения уровней 
воды через равные промежутки времени между сроками наблюдений 
(10, 30 мин; 1.2, 4, 6 час) или непрерывно.  

Устройство и принцип действия ВМП 

1. Схема типового свайного водомерного поста показана на ри
сунке 1. 

Свайный водомерный пост применим при любых берегах и ам
плитудах колебаний уровней. Сваи забиваются перпендикулярно к 
направлению течения реки и должны охватывать весь диапазон изменений уровней воды; отметки головок свай отличаются друг от 
друга на 0,7-1,0 м. 

 

Рис. 1. Схема свайного водомерного поста 

Наблюдаемые уровни обычно относят к условной плоскости, 

называемой нулем графика водомерного поста. Эту плоскость 
назначают не менее чем на 0,5 м ниже самого низкого уровня воды в 
данном створе лесосплавной реки. Уровни воды измеряют переносной водомерной рейкой, которая ставится на головку ближайшей к 
урезу воды затопленной сваи. 

Переносная водомерная рейка ГР-104 изготавливается из ме
таллической трубки диаметром 25 мм с ручкой на верхнем и пробкой на нижнем концах. Длина рейки без ручки – 100 см, цена деления – 1 см. 

При волнении для измерения уровней воды применяется пере
носная водомерная рейка ГР-23 с успокоителем, представляющим 
собой резервуар из оргстекла с нанесёнными на нем делениями. Вода, наполняя резервуар, устанавливается на среднем по отношению к 
волновой поверхности водоема уровне, который и записывают в 
книжку измерений. Отсчёты по переносным рейкам берут с точностью до 1 см. Если уровень воды находится посередине или между 
делениями рейки, в книжку записывают соответственно чётное либо 
ближайшее его значение. При высоте слоя воды над головкой сваи h 
уровень воды над нулем графика будет равен  

,h
П
H


                                            (1) 

где П – приводка сваи, то есть превышение ее головки над нулем 
графика, м. 

Следовательно, уровень воды на лесосплавной реке определяется 

по зависимостям. 

УВ = Св2 + h или Св2 = ОГ + П,                         (2) 

где Св2 – отметка уровня сваи № 2, м; 
        ОГ – отметка нуля графика свайного водомерного поста, м. 

2. Самописец уровня воды (лимниграф) «Валдай» (рис. 2) предна
значен для непрерывной автоматической регистрации изменений 
уровня воды в водотоках и водоёмах [6].  

Самописец уровня воды (рис. 2) устанавливается в лимниграфной 

будке (1), которая защищает его от внешних воздействий, а также 

служит помещением для работы и отдыха наблюдателей. Колодец 
(2), соединённый с водоёмом (водотоком) трубой (3), предназначен 
для создания условий, исключающих воздействие на поплавок (4) 
самописца (5) ветрового волнения, обмерзания, ледохода и других 
неблагоприятных факторов. Дно колодца устраивают, как правило, 
ниже наименьшего уровня воды в водоёме. Водомерная рейка (6) 
позволяет контролировать свободное сообщение водоёма с колодцем 
путём периодического сопоставления отсчётов по рейке с данными 
измерений уровня воды на водомерных свайном или реечном постах. 

 

 

Рис. 2. Схема лимниграфной будки 

 

Действие лимниграфа основывается на передаче записывающему 

механизму перемещений поплавка, совершающихся вместе с изменениями уровня воды. 

Поплавковая система прибора (рис. 3) состоит из пустотелого 

металлического поплавка (2) диаметром 250 мм с грузом, соединённого мягким металлическим проводом в оболочке длиной 8 м и диаметром 2 мм (18) с грузом-противовесом (3) массой 1,1 кг. Поплавковая система при колебаниях уровня воды вращает поплавковое 
колесо (5), представляющее собой два диска, малый и большой, 
окружностью 300 и 600 мм соответственно. Барабан (16), соединён

ный с поплавковым колесом посредством зубчатой передачи трибка 
(17), имеет форму цилиндра с длиной окружности 300 мм и длиной 
образующей 330 мм. На барабан надевается специальная бумажная 
лента, удерживаемая зажимом. Наличие двух осей и двух дисков 
различного диаметра (6, 17) даёт возможность записывать изменения 
уровня в масштабах 1:1, 1:2, 1:5, 1:10. 

 

Рис. 3. Кинематическая схема самописца уровня воды «Валдай» 

 

Каретка (1) с пером (15) перемещается вдоль образующей бара
бана по двум направляющим стержням (12) под действием часового 
механизма (7), работающего от гиревого привода (14). Заводная головка часового механизма комплектуется двумя съёмными барабанчиками (8 диаметром 27 и 52,4 мм), что позволяет менять масштаб 
записи с 12 на 24 мм/ч (время работы часового механизма соответственно 26 и 13 часов). Точность часового механизма составляет  
± 5 минут в сутки или ± 1 мм на ленте барабана при масштабе записи 
времени 12 мм/ч. При большей скорости вращения барабана 
(24 мм/ч) точность несколько уменьшается. 

Конструкция прибора позволяет регистрировать изменения уров
ня воды при многократных оборотах поплавкового колеса. На ри

сунке 4 представлена развёртка записи изменений уровня воды 
(лимниграмма). 

 

 

Рис. 4. Лимниграмма изменения уровня воды в реке 

 

Для регистрации изменения уровня воды в масштабах 1:1 и 1:2 

поплавковое колесо надевается на ось, поплавок навешивается с левой стороны поплавкового колеса (см. рис. 1), а трибок выводится из 
зацепления с шестерней. При этом для записи в масштабе 1:1 провод 
надевается на малый диск и для записи в масштабе 1:2 – на большой 
диск поплавкового колеса. 

Для регистрации изменения уровня воды в масштабах 1:5 и 1:10 

поплавковое колесо надевается на ось (6), поплавок навешивается с 
правой стороны поплавкового колеса (см. рис. 1), а трибок вводится 
в зацепление с шестерней. При этом для записи в масштабе 1:5 провод надевается на малый диск и для записи в масштабе 1:10 – на 
большой диск поплавкового колеса. 

Смена ленты самописца уровня воды «Валдай» выполняется в 

следующем порядке. 

1. Открывается крышка прибора. Путём легкого поворота бара
бана на ленте делается пером отметка. Время нанесения отметки записывается карандашом на ленте. 

2. Откидывается верх кронштейна пера. Барабан вынимается из 

прибора.  

3. Поворотом рычага освобождается зажим, лента снимается с 

барабана.