Изобретение относится к средствам экологической защиты малых рек при их аварийном загрязнении.
Известна экологически чистая плавательная дорожка, располагаемая в речной воде и заполненная водопроводной хлорированной водой. Устройство содержит прозрачную двойную пленку, имеющую бортики в виде пенопластовых поплавков, тросы и грузы, прикрепленные к пленке снизу для образования трапециевидного профиля в рабочем положении. (На чистую воду. - Техника - молодежи, N 5, 1991, с. 11).
Недостатком устройства являются узкие функциональные возможности, что не позволяет использовать его в качестве экологической ниши.
Известно устройство для биологической очистки воды (авт. св. N 1495314, кл. С 02 F 3/32, 1989), содержащее террасу, расположенные один ниже другого каналы с полнопоточными биоплато, фильтрующим основанием и загрузкой, выполненной в виде габионной кладки. Фильтрующее основание выполнено в виде почвенного слоя и песчано-гравийного материала, а каналы сообщаются посредством водослива и габионной кладки, являющейся основанием предыдущего и стенками последующего каналов.
Недостатком устройства является экологическая изоляция вышерасположенных каналов от нижерасположенных, а в случае загрязнения вышерасположенного канала - загрязнение и нижерасположенных. Это сужает экологические функциональные возможности устройства.
Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является система очистки воды реки, содержащая искусственное русло, расположенное в пойме реки с зарослями высшей водной растительности, сообщенное с руслом реки. При этом искусственное русло расположено параллельно руслу реки и выполнено с дренажными путями [1] .
Недостатком этой системы является наличие нерегулируемого обмена водой искусственного русла с рекой, что в случае загрязнения реки приводит к загрязнению также искусственного русла и разрушению его экосистемы.
Цель изобретения - создание на малой реке ниши, которая в загрязненной малой реке автоматически остается экологически чистой.
Это достигается тем, что в месте интенсивной боковой подпитки реки подземными водами расположен рукав перехвата этих вод, на выходе из рукава в малую реку установлено сужение, выполненное в виде водовода с обратным клапаном, выполненным с возможностью ручного регулирования работы, блокирующим вход воды в рукав из реки и позволяющим выход воды из рукава в реку, перед водоводом в рукаве расположено заборное устройство насоса перекачки, выход напорной трубы которого размещен в начале рукава и выполнен с возможностью аэрирования воды, а к рукаву примыкает гидравлически связанная с ним зона пониженной глубины.
Расположение рукава перехвата подземных вод в месте боковой подпитки малой реки обеспечивает поступление чистой подземной воды в рукав.
Установка сужения с обратным клапаном на выходе из рукава в реку обеспечивает поступление воды из рукава в реку, когда уровень воды в реке ниже уровня воды в рукаве, что блокирует попадание загрязненной воды из реки в рукав. При отметках воды в рукаве ниже уровня воды в реке клапан закрыт, чем также автоматически блокируют поступление загрязненной воды из реки в рукав и его загрязнение. При открытом клапане обеспечивают свободный вход и выход биоты из рукава.
Наличие заборного устройства насоса, размещенного в рукаве перед сужением, позволяет осуществлять забор воды на выходе из рукава, в котором она находилась, а выходного патрубка в начале рукава - перекачать эту воду в начало рукава, чем создать постоянную циркуляцию воды в рукаве со скоростями, близкими к существующим в реке. Выполнение входного патрубка напорного трубопровода с возможностью аэрации воды обеспечивает возможность регулирования тепло- и массообменных процессов в нише.
Наличие зоны пониженной глубины, гидравлически связанной с рукавом, дает возможность создания в этой зоне биоплато, а также участков без высшей растительности и повышенного прогревания воды, характерных для реки, что позволяет в свою очередь создать в нише условия, типичные для реки в нормальных естественных условиях, а следовательно, и нормального существования в рукаве экологической системы, характерной для реки.
Эти признаки, каждый в частности, являются необходимыми, а в совокупности достаточными для создания и поддержания в нише необходимых экологических условий существования водной экосистемы, характерной для реки, в условиях загрязнения самой реки, разрушающего ее экосистему. После восстановления чистоты вод реки сохранившаяся в рукаве экосистема служит основой для более быстрого восстановления существовавшей экосистемы этой реки, а в результате рукав с зоной пониженной глубины является экологической нишей для реки.
Для исключения потребления дефицитной энергии, получаемой из ее возобновляемых источников, для привода насоса перекачки воды используют насосы, работающие на кинетической энергии потока малой реки или ее потенциальной энергии.
На фиг. 1 показана экологическая ниша, план; на фиг. 2 - ее разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.
В месте входа грунтовых вод в малую реку 1 расположен перехватывающий эти воды рукав 2, на выходе из которого в реку установлено сужение 3, выполненное, например, в виде трубы 4, соединяющей рукав с рекой и имеющей обратный клапан 5 со стороны реки. Перед выходом трубы в реку вверх по течению установлена соронаправляющая решетка. В рукаве у сужения расположено заборное устройство 7 трубопровода 8 насоса 9 и водяного двигателя 10, выход 11 напорного трубопровода 12 расположен в начале рукава. Сужение 3 установлено на выпуклом берегу реки при выходе ее с поворота.
Рукав перехвата прорезает пласт 13 с грунтовыми водами, выклинивающимися в реку. По обе стороны рукава расположены лесозащитные полосы 14. У рукава 2 расположена зона 15 с пониженной глубиной, гидравлически связанная с рукавом, часть которого занимает биоплато 16 и вторую часть - участки 17 и 18 повышенного прогревания воды и свободного от растительности.
Обратный клапан 5 имеет полотно 19, выполненное в виде клина, направленного острием против течения и плоскостью со стороны трубы параллельно течению.
Ниша работает следующим образом.
Грунтовые воды из пласта 13 поступают в рукав 2, заполняя его. Когда уровень воды в сужении 3 превысит уровень воды в реке, клапан 5 открывается и вода из рукава поступает в реку. Через открытый клапан 5 сужения 3 происходит обмен также биотой между рекой и нишей, при этом вода из реки не попадает в рукав. При превышении отметки воды в реке уровня воды в рукаве клапан 5 закрывается, чем обеспечивается недопущение загрязнения воды в рукаве загрязненной водой реки.
Расположение трубопровода 4 на выходе из поворота реки на выпуклом берегу за соронаправляющей решеткой понижает возможность забивания клапана 5.
Забор воды из нижней части рукава насосом 9 и перекачку ее в верхнюю часть рукава осуществляют с возможностью аэрации перекачиваемой воды, например ее фонтанированием, чем интенсифицируют тепло- и массообмен воды с окружающей ее средой и создают замкнутую циркуляцию дополнительного объема воды в нише, увеличивают ее скорости, чем поддерживают условия обитания в водной среде ниши близкими к естественным в реке. В зоне 15 с пониженной глубиной на участке биоплато 16 создаются условия, характерные для заросшего высшей растительностью участка реки, а на участке 17 - для свободных от растительности участков, на участке 18 - для мелководья. В зонах с небольшими глубинами вода прогревается более быстро, чем в рукаве 2.
Для восстановления экосистемы реки после ее загрязнения и восстановления естественного качества воды в малой реке для интенсификации экологических связей между нишей и рекой клапан 5 сужения 3 открывается вручную при условии постоянного наблюдения за качеством воды в реке.
Выполнение полотна клапана клинообразным с острием, направленным против течения, позволяет создать дополнительное давление на это полотно при его обтекании потоком и в результате поддерживать отметку воды в рукаве несколько больше, чем в реке, необходимой для открытия клапана, что дает возможность снизить опасность попадания загрязненной воды из реки в нишу.
Экологические ниши целесообразно использовать на малых реках с повышенной опасностью экологически катастрофического их разового загрязнения в результате аварийных сбросов химических веществ. (56) Авторское свидетельство СССР N 1528746, кл. С 02 F 3/32, 1989.
Использование: в средствах экологической защиты малых рек при их аварийном загрязнении, разрушающем сложившуюся экосистему. Сущность: ниша содержит искусственное русло, расположенное в пойме малой реки 1, сообщенное с руслом реки и выполненное в виде рукава 2 перехвата подземных вод. На выходе рукава в реку установлено сужение 3 с клапаном 5, блокирующим вход воды из реки в нишу и пропускающим воду из рукава в реку. В рукаве перед сужением установлено заборное устройство 7 насоса 9, приводимого гидравлическим двигателем 10, установленным в реке, а вход напорного трубопровода насоса размещен в начале рукава 2 с возможностью аэрирования перекачиваемой воды. Причем к рукаву примыкает зона пониженной глубины с участком биоплато 16 и участками 17 и 18, свободными от растительности и повышенного прогревания. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.
