Внутренние водные пути сообщения имеют многовековую историю и издавна занимали ведущее место в экономической жизни Российского государства. Наличие разветвленной речной сети, обширная территория и слабое развитие средств наземного транспорта в России способствовали развитию водных сообщений в стране. До настоящего времени в отдельных регионах Севера, Сибири и Дальнего Востока доставка массовых грузов осуществляется исключительно водным транспортом.

Роль рек и озер для транспортного сообщения на Руси становится понятной при взгляде на карту России. Территория преимущественно равнинного характера лишь в средней части имеет возвышенность, называемую Валдайской. Здесь берут начало многие реки, впадающие в Каспийское, Черное, Балтийское и Белое моря, по которым наши предки издавна перевозили грузы. В верховьях рек, близко расположенных друг к другу, организовывались специальные «волоки» по перетаскиванию судов.

В древности исключительную роль играла река Днепр – как основной водный путь Киевского государства. От Балтийского моря к Черному морю водный путь проходил через Неву, Волхов, Ловать, Десну и Днепр. Этот торговый путь известен как путь «из варяг в греки». С Днепром связано первое письменное свидетельство о проводившихся берегоукрепительных работах – в летописи по Ипатьевскому списку – у Видубецкого монастыря близ Киева в XII веке.

С Днепра был возможен переход на другой торговый путь Восточной Руси – Волгу. Верхняя Волга и Ока были основными транспортными магистралями Владимирского, Суздальского и Рязанского княжеств. С расширением и укреплением Московского государства в XVI в. и завоеванием Казани и Астрахани, река Волга получает значение главного торгового пути.

В XVI веке установились торговые сношения Московского государства со странами Европы по новому водному пути через Северную Двину и ее притоки. Этот путь до начала XVIII в. проходил от г. Вологды по рекам Вологде, Сухоне и Северной Двине. В устье Северной Двины был создан крупный торговый центр и морской порт Архангельск. В конце XVI в. началось продвижение русских в Сибирь по рекам Урала с перетаскиванием судов в верховьях на реку Туру и далее по рекам Тобол, Иртыш и Обь.

История водных путей сообщения севера, северо–востока и северо–запада России в XVI – XVII вв. была связана с объединением русских земель и превращением Москвы в политический, экономический и культурный центр.

Большое развитие внутренний водный транспорт получил в период царствования Петра I. Петровский этап освоения рек в качестве водных путей сообщения ознаменовался началом выполнения съемок и промеров русел рек, что позволило получить ценнейшие документальные свидетельства о состоянии внутренних водных путей в то время. В эти годы были обеспечены экономические связи между бассейнами Балтийского, Азовского и Черного морей, что потребовало совершенствования внутренних водных путей для пропуска нового российского флота.

Выход к Балтийскому морю и перенос столицы из Москвы на берега Финского залива потребовали улучшения водных путей от Волги до Балтики с таким расчетом, чтобы суда следовали без перевалки грузов в верховьях рек. В 1703– 1722 гг. была сооружена Вышневолоцкая шлюзованная система, соединившая Волгу с Невой через реки Тверцу, Цну, Мсту, оз. Ильмень, р. Волхов и Ладожское озеро. В 1719– 1731 гг. были построены Приладожский и Онеж­ский обходные судоходные каналы, а также начаты изыскания по трассе Мариинской системы (1710 г.). В Петровские времена была предпринята попытка создания Волго–Донского канала, но экономика и технические средства того времени не позволили завершить начатые работы.

В этот период производятся исследования многих больших рек – Волги, Северной Двины, Свири, Невы, Западной Двины, Оки, Десны, Оби и др. – с целью улучшения их судоходных условий, а также для создания ряда новых искусственных водных систем – Тихвинской системы, Вишерского, Сиверсова и Огинского каналов, канала, соединяющего Волгу с Москвой, и др. На основании результатов этих исследований составлялись специальные судоходные атласы. Уровень исследований этого периода был еще низким. При отсутствии водомерной сети различные съемки производились без приведения их к какому–либо определенному уровню, поэтому материалы этих исследований сохранили свою ценность главным образом для изучения плановых деформаций русел рек.

Начало XVIII в. ознаменовалось дальнейшим освоением для судоходства рек Сибири и проведением на них крупных, по тому времени, гидротехнических мероприятий.

В 1784 г. в России был издан указ о промере глубин на судовых ходах рек и ограждению фарватера предостерегательными знаками. К этому же периоду относятся первые скалоуборочные работы на Днепровских порогах.

20 ноября 1809 г. вышел Манифест императора Александра I, которым было создано Управление водяными и сухопутными сообщениями. При Управлении «для образования способных исполнителей учреждается особый институт» – Институт для Корпуса Инженеров в г. Санкт– Петербурге. «Инспектором предполагаемого института для образования юношества в науках, нужных по части водяных сообщений» назначается генерал–лейтенант А. Бетанкур.

28 июля (9 августа по новому стилю) 1864 года император Александр II утвердил новое положение об институте, который стал называться Институт инженеров путей сообщения и был преобразован в открытое гражданское высшее учебное заведение первого разряда с пятилетним сроком обучения. По новому положению в институте впервые были открыты 12 специальных кафедр, среди которых были кафедры «Внутренние водные пути» и «Геодезия». Первым заведующим кафедрой внутренних водных путей стал профессор И.П. Глушинский (1834–1898 гг.), который в течение 25 лет (с 1861 по 1886 гг.) непрерывно вел в институте курс внутренних водных сообщений.

Развитие промышленности и внутренней торговли, появление парового флота в XIX веке, потребовало дальнейшего совершенствования внутренних водных путей. Было построено несколько искусственных систем водных путей. В 1810 г. было открыто движение судов по новой Волго–Балтийской трассе Шексна – Ковжа – Вытегра. Эта система была названа Мариинской, а в 1811 г. по трассе Молога – Тихвинка открылось движение по Тихвинской системе. В 1828 г. был сооружен Северо – Двинский водный путь, соединивший р. Шексну с р. Сухоной через Кубенское озеро. Он сыграл большую роль в развитии экономики Севера. Важное значение для освоения экономики западных районов Белоруссии и Полесья имел построенный в первой половине XIX в. канал, соединивший р. Припять с притоком Вислы – Западным Бугом.

Итогом многолетних гидрографических исследований, связанных с интересами водного транспорта, явился изданный в 1832 г. Главным управлением путей сообщения «Гидрографический атлас Российской империи». В числе географических обобщений следует упомянуть труд, известного русского географа К.И. Арсеньева «Гидрографическое обозрение России» (1836 г.). Позднее, в 1844–1849 гг., Штукенбергом была опубликована шеститомная монография «Гидрография России», где систематизированы результаты исследований и сведения о развитии водных путей почти за 150–летний период.

Для обеспечения регулярности судоходства на Верхней Волге в 1840 г. была построена плотина, образовавшая водохранилище с объемом до 400 млн. м³. Попуски воды из водохранилища обеспечивали устойчивые глубины на фарватере от г. Твери до г. Рыбинска. В 1874 – 1878 гг. было сооружена Москворецкая система, затем осуществлено шлюзование Северного Донца. В 1883 – 1893 гг. построен Обь– Енисейский канал, соединивший две великие сибирские реки через приток Оби – Кеть и приток Енисея – Касс (этот канал утратил свое значение после постройки Транссибирской железной дороги).

Во второй половине века было введено освещение навигационных знаков на Волге и других больших реках. В 1860 г. начали работать землечерпательные снаряды – сначала в Петербурге, затем на Волге и в последней четверти века на сибирских реках. К 1913 г. на реках страны работали 112 единиц дноуглубительного флота. В 1913 году протяженность судоходных водных путей России составляла около 64,6 тыс. км. Объемы перевозок грузов по водным путям достигли 49,1 млн. т, а число перевезенных пассажиров превысило 11 млн. чел.

Последние десятилетия XIX в. и начало XX в. знаменательны для России большим подъемом в области гидротехники свободных рек. Российские инженеры провели фундаментальные исследования гидрологии и геоморфологии рек, закономерностей проходящих на них русловых процессов и создали отечественную науку о строительстве, реконструкции и эксплуатации внутренних водных путей. Большое значение для нужд практики имели в то время работы профессора института Н.А. Богуславского «О реке Волге в гидрографическом и экономическом отношении», «Об определении расхода воды в Неве и морском канале», «О судоходных условиях в устьях Волги и о мерах к улучшению этого судоходства». В 1896 г. появилась работа В.Г. Клейбера «О дноуглубительных работах на перекатах» – первое исследование в области улучшения судоходных условий наших рек углублением русла.

В 1904 г. Н.С. Лелявский издал труд «Об углублении наших больших рек», в котором впервые были изложены результаты натурных исследований над распределением струй в речном потоке. Большой вклад в развитие гидротехнических дисциплин был сделан профессором Н.П. Пузыревским. Он написал такие крупные научные работы, как: «Мысли об устройстве водных путей в России», «Движение речного наноса», «Устройство водных путей при невыгодных условиях местности и питания». По этим трудам обучались студенты института, ими широко пользовались инженеры путей сообщения, работавшие на водных путях России. Выпускники института возглавляли многочисленные проектно– изыскательские экспедиции и руководили работами по улучшению судоходных условий на Днепре, Дону, Днестре, Волге, Оке, Каме, Амуре, Енисее и других реках, что способствовало развитию гидрографического обеспечения судоходства на внутренних водных путях.

В конце XIX – начале XX веков в Институте инженеров путей сообщения сформировалась крупная научная школа в области гидротехнического строительства водных путей и портов, широко известная своими публикациями в России и за рубежом. В 1907 году по инициативе профессора Тимонова В.Е. в Институте была создана первая в России Гидротехническая лаборатория для проведения гидравлических исследований водных путей. В 1908 г. в Петербурге был проведен XI Международный судоходный конгресс, Генеральным секретарем которого был избран профессор Института путей сообщения В.Е. Тимонов.

В конце ХIХ в. при Министерстве путей сообщения были созданы навигационно– описные комиссии, а несколько позднее стали работать «описные партии». В результате, к началу Первой мировой войны (1914 г.) было издано 30 атласов рек и 66 выпусков «Материалов для описания русских рек и истории улучшения их судоходных условий», а также отдельные лоцманские карты и записки. Гидрографическое изучение внутренних водных путей для судоходства на данном этапе включало в себя выполнение комплекса изыскательских и исследовательских работ по изучению гидрологического и руслового режимов судоходных рек и полноценную картографическую деятельность. По этим материалам с учетом анализа русловых переформирований выполнялись проектные работы по обеспечению судоходства на внутренних водных путях, в том числе проекты по транспортному шлюзованию водных путей.

С началом бурного развития водного транспорта в конце ХIХ – начале ХХ века были заложены основы современной теории русловых процессов, что ознаменовало переход к новому, научному (аналитическому) этапу изучения русловых процессов, приведшему к становлению русловедения – как самостоятельной отрасли знаний. В трудах инженеров – путейцев В.М. Лохтина, Н.С. Лелявского, В.Г. Клейбера, Н.Н. Жуковского, В.Е. Тимонова, В.М. Радзевича, С.П. Максимова и др. были подведены итоги исследований русел рек, описаны закономерности происходящих в них процессов. Важную роль в становлении теории русловых процессов сыграли съезды «русских деятелей по водным путям» и ряд международных конгрессов по судоходству. На них были приняты решения о стандартизации данных по рекам, а в дискуссиях о способах улучшения условий судоходства вырабатывались первые научные представления о русловых процессах.

Теоретические основы учения о русловых процессах были созданы в ставших уже классическими трудах В.М. Лохтина «О механизме речного русла» (1897) и Н.С. Лелявского «О речных течениях и формировании речного русла» (1893). В этих работах был сформулирован принцип взаимодействия потока и русла и высказаны мысли о связи выбора методов выправления (регулирования) русел с особенностями руслоформирования. Такой подход был принят на вооружение русскими гидротехниками и не утратил своей актуальности до настоящего времени. Суть его сводится к тому, что воздействие на речное русло и мероприятия по его регулированию должны основываться на закономерностях естественных природных процессов руслоформирования, обусловливая тем самым их положительный эффект, что создает предпосылки сохранения реки как природного объекта и обеспечивает экологическую безопасность этих мероприятий.

Новые научные результаты, полученные при решении практических задач по гидрографическому изучению внутренних водных путей для судоходства, создали фундамент для возникновения, становления и развития учения о русловых процессах. Последующий научно–технический прогресс во всех областях экономики, связанных с развитием инфраструктуры водного транспорта и смежных отраслей, привели к выходу этой области знаний на фундаментальный уровень. При этом водные пути – как объект прикладного приложения учения о русловых процессах (русловедения) – остаются по существу одним из немногих потребителей, которым необходимо знание морфологии и динамики русел на всем протяжение рек и во всех их проявлениях.

В 20–40–е годы главное внимание при оценке состояния водного пути и проведении путевых мероприятий, в первую очередь – при разработке дноуглубительных прорезей и возведении выправительных сооружений – уделялось условиям формирования, морфологии, сезонному и многолетнему режиму деформации перекатов. В то время существующий флот еще не требовал значительного роста габаритов пути. При этом важно было обеспечивать безаварийное прохождение судов через затруднительные участки, особенно в маловодные периоды. Для этого выполняются специальные исследования, публикуются первые труды, посвященные методам улучшения условий судоходства, результатам исследований руслового режима рек и обобщению опыта проведения дноуглубительных работ.

В 1934 г. в трудах Центрального научно–исследовательского института водного транспорта (ЦНИВТ) выходит из печати монография А.И. Лосиевского «Лабораторные исследования процессов образования перекатов», а в 1939 г. книга Е.А. Водарского «Выправление (регулирование) рек». В 1940 г. Н.И. Маккавеевым и В.С. Советовым было подготовлено первое руководство по проектированию и поддержанию судовых ходов на перекатах – «Трассирование землечерпательных прорезей на перекатах равнинных рек Европейской части СССР».

В 1949 г. публикуется монография Н.И. Маккавеева «Русловой режим рек и трассирование прорезей», в которой на основе обобщения опыта землечерпательных работ и данных русловых изысканий на Волге, Днепре, Оке и других реках рассмотрены основные закономерности руслового режима рек и методы трассирования землечерпательных прорезей на перекатах и перекатных участках. Единство и неразрывность изучения русловых процессов на реках и проектирование дноуглубительных работ подчеркивается структурой книги: первые три главы книги (почти половина ее объема) посвящены изложению основ современных (на то время) представлений о русловых процессах, что явилось фундаментом для изложения в остальной части книги методов трассирования эксплуатационных и капитальных дноуглубительных прорезей.

Вклад российских ученых и практиков – путейцев при изучении русловых процессов неоценим. Огромную роль в развитии учения сыграло издание сборника трудов «Вопросы гидротехники свободных рек». Вводную статью к этому сборнику написал М.А. Великанов, незадолго перед этим предложивший и обосновавший сам термин «русловые процессы». В ней было отмечено выдающееся значение работ В.М. Лохтина и Н.С. Лелявского – как ученых и инженеров, ставших основоположниками учения о русловых процессах.

В 1951 г. Речиздат выпускает два важнейших пособия для практических работников водных путей – «Практическое пособие для производства изыскательских работ на речном транспорте. Русловые исследования» и «Практическое пособие начальнику плеса». Завершающим этапом данных работ стали труды Центрального научно–исследовательского института экономики и эксплуатации водного транспорта, выпущенные в 1956 г. – «Русловые процессы и путевые работы на свободных реках».

Новые тенденции в развитии водных путей, связанные с необходимостью значительного увеличения гарантированных габаритов судовых ходов на внутренних водных путях в послевоенные годы, потребовали разработки новых приемов и расчетных методов для инженерного обоснования судоходных трасс. В эти годы были созданы и развили свою эффективную деятельность коллективы ученых в области внутренних водных путей.

В этот период в соответствии с запросами практики необходимо было создать современное расчетное и инженерное обоснование для проектирования путевых мероприятий на судоходных реках. Поэтому во второй половине прошлого столетия наиболее значимые научные результаты были получены в области динамики русловых потоков и речной гидравлики. Развитие теории руслообразования и изучение движения потока на перекатах, исследования сезонных деформаций перекатов, создание и развитие гидроморфологической теории руслового процесса и становление русловедения, позволили получить новые научные результаты, положенные в основу расчетных и методических рекомендаций для проведения путевых мероприятий на водных путях.

В результате выполнения совместной научной и практической деятельности инженерами – гидротехниками, гидрологами и геоморфологами была создана наука о содержании внутренних водных путей, представляющая собой, с одной стороны, учение о русловых процессах на судоходных реках, а с другой – практические приложения и расчетные рекомендации для решения инженерных задач по их дноуглублению и выправлению. Таким образом, усилиями специалистов ВУЗов водного транспорта и родственных учебных и научно– исследовательских организаций географического и гидрологического профиля удалось существенным образом повысить качество проектирования и улучшить практику проведения путевых мероприятий на судоходных реках. 

Специалистами и учеными научно– исследовательских институтов и воднотранспортных вузов были разработаны, опубликованы и доведены до потребителей на производстве для использования в практической деятельности специальные руководства, пособия и расчетные методики по проектированию и производству путевых мероприятий на судоходных реках. Эти материалы основывались на новейших результатах исследований в области русловых процессов и речной гидравлики.

Широко востребованными в производственных путейских организациях Минречфлота стали «Проектирование судовых ходов на свободных реках» (1964), «Практическое пособие по производству выправительных работ на внутренних водных путях» (1969), «Руководство по проектированию коренного улучшения судоходных условий на затруднительных участках свободных рек» (1974), «Руководство по изысканиям и анализу руслового процесса на затруднительных участках свободных рек» (1981), «Руководство по улучшению судоходных условий на свободных реках» (1992), подготовленные специалистами ЦНИИЭВТа, Ленинградского и Новосибирского институтов водного транспорта и являющиеся, по существу, последними изданиями такого рода до настоящего времени.

Начиная с середины 70–х годов кафедрой водных путей и водных изысканий Ленинградского института водного транспорта (Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций) был выполнен целый ряд натурных экспедиционных исследований с целью изучения гидравлических характеристик речного потока и руслового режима при обеспечении судоходных условий на реках Волга, Дон, Ока, Волхов, Свирь и др., а также на приустьевых участках малых рек в бассейнах Онежского и Ладожского озера; на реке Обь в устьевой области и на ее малых боковых притоках, на реках Надым, Пур и Таз, их притоках и устьевых участках малых рек, впадающих в Обскую и Тазовскую губу. Это позволило получить качественные гидрографические материалы и разработать теоретическую базу для обеспечения судоходных условий на водных путях для доставки грузов в малоосвоенные районы Сибири и севера Тюменской области.

Кроме этого, был выполнен обширный цикл натурных и лабораторных исследований, посвященных оценке влияния дноуглубительных работ и карьерных разработок руслового аллювия на русловой режим рек Собь, Чулым, Кама, Луга, Северная Двина, Вычегда и Вятка и др., характеризующихся различными типами руслового процесса и различной водностью. Результаты натурных исследований были опубликованы в работах сотрудников кафедры Гришанина К.В., Селезнева В.М., Гладкова Г.Л., Зернова А.В., Николаева Б.М., Журавлева М.В. и др.

Значительные объемы русловых исследований на судоходных реках были выполнены Московским Государственным университетом имени М.В. Ломоносова. В опубликованных научных трудах Чалова Р.С., Берковича К.М., Зайцева А.А, Алексеевского Н.И., Рулевой С.Н. и др., приведены сведения о результатах исследований, проведенных на судоходных участках рек Печора, Северная Двина, Вычегда, средняя и нижняя Лена, Енисей ниже г. Красноярска, нижняя Катунь, Алдан, верхняя Обь и др. Несомненный практический интерес представляют региональные монографии по водным путям, подготовленные научными сотрудниками МГУ совместно со специалистами Ленского, Обского и Северо– Двинского бассейнов внутренних водных путей по Лене и Оби. Эти материалы позволили детально описать процессы, происходящие на затруднительных для судоходства участках рек, улучшаемых средствами дноуглубления.

Проведенные гидрологические и русловые исследования показали, что к настоящему времени практически на всех судоходных реках Российской Федерации проявились неблагоприятные экологические последствия инженерных мероприятий, проводимых ранее на водных объектах. На отдельных судоходных реках этому способствовало транспортное гидротехническое строительство. В других случаях проявилось влияние дноуглубительных работ и карьерных разработок на гидрологический и русловой режимы реки. В подавляющем большинстве случаев превалирующим оказалось влияние добычи нерудных строительных материалов из русловых карьеров. Поэтому, при планировании габаритов водного пути на перспективу необходимо установить допустимые пределы возможного их увеличения с учетом современного состояния гидрологического и руслового режимов рек.

Анализ материалов натурных наблюдений, выполненных на судоходных реках, показывает, что проведение путевых мероприятий, связанных с обеспечением судоходных условий в подавляющем большинстве случаев не приводит к нарушению условий устойчивости естественных русел. На практике можно привести лишь несколько примеров судоходных участков, где достигнутые глубины превысили значения гидравлически допустимых судоходных глубин, и, в результате чего произошло понижение меженных уровней воды. Примеров негативного влияния карьерных разработок на гидрологический и русловой режимы судоходных рек значительно больше. В отдельных случаях эффект влияния дноуглубительных работ может усиливать влияние карьерных разработок.

В современных условиях инженерные воднотранспортные и водохозяйственные мероприятия на внутренних водных путях приходится осуществлять на практике с учетом происходящих изменений гидрологического и руслового режимов рек, обусловленных влиянием инженерной деятельности и климатообусловленных факторов. Исследования динамики изменения характеристик водных ресурсов страны [Георгиевский и др., 2012; 2013], охватывающие 1936– 2012 годы, показывают, что за последние три десятилетия в этом ряду наблюдений водные ресурсы испытывают значительные изменения во времени.

При этом, для крупнейших рек бассейна Северного Ледовитого океана (Печора, Енисей, Лена) характерной является повышенная водность. Выше нормы был сток реки Волги, хотя последние годы были относительно маловодными. Существенное снижение водности в последние два десятилетия произошло в бассейнах Дона, Верхней Оби и Иртыша. Главной особенностью изменения внутригодового распределения стока воды в пределах значительной части равнинной территории ЕТР стало уменьшение роли половодья в формировании годового стока рек, уменьшение максимальных и значительное увеличение минимальных расходов воды. Типичный для рек региона восточно– европейский тип водного режима с одним годовым максимумом стока трансформируется в режим, для которого характерен гребенчатый тип гидрографа в период максимального стока. Ранее таких изменений водного режима не происходило вследствие доминирующей роли стока за период весеннего половодья. В этих районах в результате повышения зимних температур воздуха возросло число и продолжительность оттепелей, уменьшились предвесенние запасы воды.

Использование в проектной и практической деятельности современных методов гидравлических расчетов и русловых прогнозов, а также организация систематического мониторинга характеристик гидрологического режима и проведение натурных исследований на судоходных реках дают возможность обеспечить выполнение инженерных мероприятий на свободных реках в интересах водного транспорта без ущерба для состояния окружающей природной среды.

Качественное выполнение гидрологического обоснования путевых мероприятий на судоходных реках позволит оптимизировать объемы эксплуатационного землечерпания для обеспечения установленных значений гарантированных габаритов судовых ходов. Это даст возможность при организации путевых работ на судоходном плесе со временем сместить акценты на выполнение работ по выправлению русел рек для судоходства и коренному улучшению судоходных условий с целью получения долговременного эффекта от вложения бюджетных средств. Все это требует проведения серьезных научных исследований и разработки на их основе нового поколения методических указаний, руководств и пособий для практических работников. Поэтому вопросы, связанные с обеспечением судоходных глубин на внутренних водных путях РФ требуют проведения новых научных исследований и инженерных проработок.

Русловые изыскания и