Изобретение относится к защите окружающей природы.
Цель изобретения состоит в повышении эффективности способа за счет обеспечения возможности достаточного удовлетворения потребностей указанных водоемов в пресной воде и повышении их рыбных запасов.
Известно, что поток речной воды, поступающей в Каспийское море, из-за того, что сток впадающих в него рек, и главным образом Волги, был зарегулирован, упал с 270 км3 воды в год до 250 км3 воды в год. При этом дефицит речной воды, поступающей в Каспийское море, в сравнении с прежними годами составляет
270 - 250 = 20 км3 воды в год.
Для компенсации этого потока воды в сумме с тем потоком, который может потребоваться для целей регулирования (до 20% или 4 км3 воды в год), необходимо иметь
20 + 4 = 24 км3 воды в год, которая должна быть направлена в бассейн Каспийского моря.
Реки Дон и Кубань, впадающие в Азовское море, дают в сумме сток воды, равный 27,5 + 13,4 = 40,9 км3 воды в год.
Дефицит годового стока речной воды в бассейн Аральского моря составляет 50 км3. Так как 20% от этого количества воды требуется для целей регулирования (10 км3), то общий дефицит речной воды бассейна Аральского моря составляет
50 + 10 = 60 км3 воды в год.
В сумме дефицит бассейнов Каспийского и Аральского морей составляет
24 + 60 = 84 км3 воды в год.
Таким образом, для обеспечения цели способа подачи дополнительного потока речной воды в бассейн Каспийского моря в объеме 24 км3 воды в год необходимо выполнить следующие действия.
1. В акватории Азовского моря строят водохранилище речной воды, питаемое реками Дон и Кубань с годовым стоком, равным в сумме 40,9 км3 воды в год.
2. От этого водохранилища до района Северного Каспия строят канал для переброса по нему суммарного для Каспия и Арала дефицита воды в 84 км3 воды в год.
3. На участке сопряжения данного канала с Северным Каспием строят Перепадную гидроэлектростанцию, которая должна обеспечивать требования регулирования потока воды, а также выполняет преобразование потенциальной и кинетической энергии этого потока в электрическую энергию.
4. Водохранилище по п.1 в целях охраны окружающей природы образуют путем строительства в Керченском проливе плотины-ограждения, проницаемой для речной и морской воды, а также для обитающих в прилегающем водном пространстве морских животных.
На фиг. 1 представлено устройство, предназначенное для подачи дополнительного потока речной воды в бассейн Каспийского моря с целью компенсировать потери воды, вызванные зарегулированием стока рек бассейна Каспийского моря.
Устройство содержит водохранилище 3 речной воды, предназначенное для накопления, хранения и передачи в бассейн Каспийского моря дополнительного потока речной воды в объеме 24 км3 воды в год, поступающей со стоком рек Дон и Кубань в количестве 40,9 км3 воды в год; канал 6, прокладываемый от водохранилища 3 до Перепадной ГЭС 7, с пропускной способностью в 84 км3 воды в год, при которой обеспечивается сток, удовлетворяющий потребностям компенсации зарегулированного стока рек как бассейна Каспия, так и бассейна Аральского моря; перепадную ГЭС 7 с пропускной способностью в 84 км3 воды в год, обеспечивающую потребности регулирования дополнительного потока речной воды как в бассейн Каспийского моря, так и в бассейн Аральского моря, а также предназначенную для выработки электроэнергии; сток 8, предназначенный для подачи воды от Перепадной ГЭС до акватории Каспийского моря; водохранилище 3 по п.1 представляет собой акваторию Азовского моря, включающую устья рек 1 и 2 (реки Дон и Кубань) и ограниченную со стороны свободного морского пространства (акватории) 5 Черного моря плотиной-ограждением 4; плотину-ограждение 4, которая является многозвенной конструкцией, отдельное звено которой представлено на фиг.2.
На фиг.2 представлена конструкция звена плотины-ограждения.
Звено 10 включает четыре опоры 11, для плиты-ограждения 12, два комплекта 13 элементов повышения жесткости конструкции звена, каждый из которых содержит две укосины и поперечную балку, звено содержит также два железобетонных основания (флюбета) 14.
Железобетонное основание 14 предназначено для того, чтобы закреплять в нем опоры 11, оно является основанием всей многозвенной плотины-ограждения.
Опоры 11 имеют с двух противоположных сторон продольные пазы, предназначенные для установки и закрепления в них плит-ограждений.
Железобетонные основания 14 устанавливают в донном грунте водохранилища в соответствии с многозвенной конструкцией плотины-ограждения.
Опоры 11 закрепляют в основании 14 таким образом, чтобы продольные пазы опор 11 двух оснований 14 были направлены навстречу друг другу.
Каждую опору 11 фиксируют в теле основания 14. Кроме того, каждую опору 11 фиксируют на бетонном основании 14 укосиной, входящей в комплект повышения жесткости конструкции звена. Укосина препятствует изгибу опоры 11, возникающему под воздействием переменных нагрузок, создаваемых морскими волнами.
На обе опоры 11 одного основания 14 сверху накладывают поперечную балку из комплекта 13, которая также повышает жесткость всей сборки опор данного основания.
В продольных пазах опор 11, закрепленных в двух основаниях 14, устанавливают и закрепляют плиты-ограждения 12.
Плиты-ограждения 12 выполняют основную функцию разъединения пресной воды водохранилища и соленой воды Черного моря, а также функцию проницаемости плотины-ограждения для соленой морской и пресной речной воды и обитающих в данной окрестности речных и морских животных.
Функция проницаемости плотины-ограждения в отношении указанных объектов обеспечивается благодаря окну 15, выполненную в виде круглого отверстия в конструкции плиты-ограждения 12. Окно 15 располагают по линии вертикальной симметрии плиты-ограждения 12 ближе к основанию плотины и над донной поверхностью ложа водохранилища, так как при вытеснении соленой воды из водохранилища она по причине своего более высокого удельного веса в сравнении с речной водой всегда будет располагаться под слоем пресной воды и должна вытесняться в первую очередь.
Окна 15 располагают в плитах-ограждениях 12 равномерно по всему периметру многозвенной плотины-ограждения. Количество окон плотины-ограждения зависит от выполнения нескольких требований, предъявляемых к размерам окон.
Размер окна рассчитывается из условия
пропуска сквозь плотину-ограждение самых крупных особей животных, обитающих в окрестности плотины-ограждения; обеспечения такого расхода речной воды по всему периметру плотины-ограждения, который гарантирует для нее безопасный напор воды в период максимального стока во время паводка; часть окон должна регулироваться по размеру с тем, чтобы обеспечивать расход через плотину такого количества речной воды, при котором возможен максимальный отбор речной воды из водохранилища при отсутствии проникновения морской воды в водохранилище.
Динамика поступления в бассейн Каспия дополнительного потока в объеме 20 - 24 км3 речной воды в год, осуществляемого в результате применения указанного способа (фиг.1).
Речная вода со стоком рек 1 и 2 (Дон и Кубань) поступает в водохранилище 3, образованное побережьем Азовского моря и плотиной-ограждением 4.
Ввиду того, что испарение воды с поверхности водохранилища оказывается многократно меньше того потока, который прибывает со стоком указанных рек, прибывающая речная вода постепенно вытеснит через донные отверстия в плотине-ограждении 4 из водохранилища 3 более тяжелую соленую воду на внешнюю сторону плотины в акваторию 5 Черного моря. При этом не будет препятствия для свободного перемещения обитающих в этой зоне морских животных, кроме тех, которые перемещаются переносимые течением воды (они постепенно будут вытеснены за пределы водохранилища). Вследствие этого спустя некоторое время пресная речная вода полностью вытеснит соленую морскую воду.
Водохранилище работает в двух режимах:
в режиме накопления речной воды в водохранилище; в режиме отбора речной воды из водохранилища.
В режиме накопления речной воды добиваются того, чтобы соленая вода водохранилища, содержащаяся здесь при его образовании, была полностью вытеснена поступающим потоком речной воды.
Режим отбора речной воды из водохранилища делится на три подрежима:
а) подрежим непрерывного отбора речной воды в количествах, приблизительно равных, но несколько меньших, чем сток рек в единицу времени, - режим отбора максимального количества речной воды;
б) подрежим отбора минимального количества речной воды, когда забора воды из водохранилища практически не происходит, и вся поступающая со стоком рек вода пропускается через плотину-ограждение в открытое море;
в) подрежим регулируемого отбора речной воды из водохранилища.
Подрежим отбора а) наиболее предпочтителен во время паводка и при возникновении критических разовых потребностей в речной воде.
Подрежим отбора б) применяют тогда, когда с потоком рек длительное время поступает вода в количествах, недостаточных для создания благоприятного фона минерализованной воды в буферной зоне обитания животных.
Подрежим отбора в) является обычным рабочим режимом эксплуатации водохранилища, при котором отбор воды происходит в требуемом количестве, и при этом исключены ситуации, характерные для подрежимов а) и б).
После того, как вода в водохранилище станет полностью речной, из водохранилища 3 поток воды по каналу 6 направляют в район Северного Каспия к Перепадной ГЭС 7.
Перепадная ГЭС предназначена для того, чтобы регулировать величину потока речной воды, поступающей в бассейн Каспия, создавая компенсацию зарегулированного стока рек бассейна Каспия; регулировать величину потока речной воды, поступающей в бассейн Каспия, создавая компенсацию зарегулированного стока рек бассейна Аральского моря; вырабатывать электроэнергию.
Речная вода от Перепадной ГЭС 7 по водостоку 8 в требуемом количестве поступает в бассейн Северного Каспия 9.
Другая часть потока рек Дона и Кубани, составляющая разницу между потоком компенсации, который направляется в район Северного Каспия, и общим количеством воды, поступающим с потоком этих рек в водохранилище 3, и равная 40,9 - 24-16,9 км3 воды в год (не учитывая расход воды на испарение и фильтрацию в почву) направляется через плотину-ограждение 4 в Черное море, создавая необходимый фон минерализованной воды за пределами плотины-ограждения и обеспечивая тем самым требование сохранения благоприятной экологической среды для обитания животных в буферной зоне.
Таким образом, цель способа - обеспечить подачу дополнительного потока речной воды в бассейн Каспийского моря при использовании данного способа и устройства полностью достигается.
Для обеспечения цели способа подачи дополнительного потока речной воды в бассейн Аральского моря, составляющего 60 км3 воды в год, необходимо выполнить следующие действия.
1. В акватории Черного моря в устьях рек Дунай со стоком 203 км3 воды в год и Днепр со стоком 53 км3 воды в год создают водохранилища речной воды в соответствии с теми требованиями по охране окружающей природы, которые удовлетворялись ранее для водохранилища, создаваемого в акватории Азовского моря.
2. Водохранилища по п.1 соединяют между собой и с водохранилищем, образованным в акватории Азовского моря, водоводом с суммарной пропускной способностью в 60 км3 воды в год, обеспечивающим компенсационные потребности речной воды бассейна Аральского моря.
3. В Северном Каспии, в акватории, включающей устье Волги и сток от Перепадной ГЭС, строят водохранилище речной воды в соответствии с указанными в п.1 требованиями охраны окружающей природы.
4. Между Северным Каспием, со стороны водохранилища речной воды по п.3, и Аральским морем прокладывают канал Каспий-Арал с пропускной способностью в 60 км3 воды в год.
На фиг. 3 представлено устройство, предназначенное для подачи дополнительного потока речной воды в бассейн Аральского моря из водохранилищ, расположенных в устьях рек Днепр и Дунай, с целью компенсации потерь воды, вызванных зарегулированием стока рек, впадающих в Аральское море.
Устройство содержит водохранилища 16, построенные в акватории Черного моря в устьях рек 17 и 18 (Дунай и Днепр), предназначенные для накопления и передачи в бассейн Аральского моря дополнительного потока речной воды в объеме 60 км3 воды в год, поступающей со стоком рек 17 и 18 (Дунай и Днепр) в количестве, соответственно равном 203 и 53,6 км3 воды в год; водоводы 19, прокладываемые по дну Черного моря и соединяющие собой водохранилища речной воды, расположенные по п.1, с водохранилищем 20, образованным в акватории Азовского моря; водохранилище 20 речной воды, образованное в акватории Азовского моря, предназначенное для транзитной передачи речной воды из водохранилищ 16 по водоводу 19 в канал 21; канал 21, проложенный от водохранилища 20 до Перепадной ГЭС 22, предназначенный как для компенсации потерь воды Каспийского моря, так и для компенсации потерь воды Аральского моря, с суммарной пропускной способностью в 84 км3 воды в год; Перепадную ГЭС 22 с пропускной способностью в 84 км3 воды в год, обеспечивающую потребности регулирования стока речной воды по каналу 21, поступающей как в бассейн Каспийского, так и Аральского моря, и производящую электроэнергию; водохранилище 23 речной воды, включающее по периметру устье Волги, сток 24 Перепадной ГЭС, исходную часть канала 25, соединяющего восточное побережье Северного Каспия с западным побережьем Аральского моря, плотину-ограждение 26, соединяющую западное и восточное побережье Северного Каспия, с помощью которой образовано водохранилище 23; плотины-ограждения водохранилищ 16 и 23, представляющие собой многозвенную конструкцию, отдельное звено которой представлено на фиг.2; канал 25, соединяющий восточное побережье Северного Каспия водохранилища 23 с западным побережьем Аральского моря 27, с пропускной способностью в 60 км3 воды в год.
Водоводы 19, каналы 21 и 25, Перепадная ГЭС должны обладать двойным запасом мощности по пропускной способности для того, чтобы обеспечить пропуск нарастающего потока воды во время паводка.
Динамика поступления в бассейн Аральского моря дополнительного потока в объеме 60 км3 речной воды в год, осуществляемого в результате применения указанного способа (фиг.3).
Речная вода со стоком рек Дуная и Днепра поступает в водохранилища 16, построенные в акватории Черного моря в полном соответствии с теми требованиями по охране природы, которые предусматривались к такому водохранилищу при создании его в акватории Азовского моря.
Каждое из водохранилищ 16, образованное в результате охвата плотиной-ограждением части акватории Черного моря, включающей устья указанных рек, работает в тех же режимах, что и водохранилище, образованное в акватории Азовского моря.
После того, как речная вода, поступающая в водохранилища со стоком соответствующих рек, вытеснит из водохранилищ 16 содержащуюся там первоначально морскую воду, речная вода водохранилищ по водоводам 19 направляется в водохранилище 20, образованное в акватории Азовского моря.
Водохранилище 20 предназначено для транзитной передачи и промежуточного хранения речной воды, поступающей из водохранилищ 16 по водоводам 19 для последующей подачи ее в канал 21.
Канал 21 рассчитан на пропуск речной воды, предназначенной для компенсации потерь стока рек как бассейна Каспийского моря, так и бассейна Аральского моря.
По каналу 21, проложенному в направлении Северного Каспия, речная вода в объеме 84 км3 в год поступает к Перепадной ГЭС 22, построенной на участке сочленения канала с Северным Каспием.
Перепадная ГЭС 22 обеспечивает потребности регулирования подачи воды как в бассейн Каспийского моря, так и в бассейн Аральского моря, при этом на ней вырабатывается электроэнергия.
От Перепадной ГЭС вода по водостоку 24 поступает в водохранилище 23 речной воды, образованное в Северном Каспии с помощью плотины-ограждения 26 таким же образом, как и водохранилища 16 и 20.
Водохранилище 23 речной воды предназначено для промежуточного хранения и транзитной передачи речной воды в канал 25.
Из водохранилища 23 вода по каналу 25 поступает в бассейн Аральского моря 27 в объемах, определяемых потребностями наполнения Аральского моря (50 - 60 км3 воды в год).
Прямой экономический эффект от внедрения данных способов и устройств является разницей между результатом возможного увеличения производства сельскохозяйственной продукции в окружающих географических районах, порожденным поступлением в этот район дополнительного потока воды в объеме 84 км3 в год, и количеством затрат, необходимых для создания данной системы.
Так как 84 км3 речной воды в год будет составлять прибавку водного баланса указанных районов, то это означает, что в испарениях такого количества воды будет аккумулирована солнечная энергия в размере 50,4 × 1015 ккал, что эквивалентно энергии, содержащейся в 4,5 × 109 т топливного мазута.
Если предположить, что данная аккумулированная в водном паре солнечная энергия вместе с водой, которая содержится в этих испарениях, породит к произрастанию растительность, которая в своем составе будет содержать эквивалентное количество калорий, то окажется, что только при однократном испарении и выпадении в осадок 84 км3 дождевой воды в год вырастет растительности с содержанием сухого вещества около 6 × 109 т.
Если допустить, что в сухом веществе вся продукция сельского хозяйства бывшего СССР или нынешнего СНГ не превышает 500 × 106 т в год, а всевозможные потери энергии, связанные с фотосинтезом, повторным выпадением осадков в указанные водоемы, составят всю ту энергию, которая будет аккумулирована при последующих испарениях и выпадении в осадок выпавшего в осадок этого количества воды, то окажется, что под воздействием даровой энергии Солнца и привнесенного указанного количества воды вырастет растительность, которая по своему сухому содержанию в 12 раз превысит то количество продукции, которое дает все нынешнее сельское хозяйство СНГ.
Использование: в защите окружающей среды. Сущность изобретения: в Керченском проливе строят проницаемую для морских животных и воды плотину-ограждение, выполненную в виде многозвеньевой конструкции, которая отделяет бассейн Азовского моря от бассейна Черного моря. Вытесняют соленую воду Азовского моря в акваторию Черного моря до полной замены соленой воды пресной речной водой. Водохранилище соединяют каналом с Северной частью Каспийского моря и пропускают в нее речную воду. Для осуществления подачи дополнительного потока речной воды в бассейн Аральского моря части акватория Черного моря в местах, где в него впадают реки Дунай и Днепр, отделяют проницаемыми для воды и животных плотинами-ограждениями, через которые вытесняют соленую воду в акваторию Черного моря до полного ее заменения пресной речной водой. Азовское море отделяют от Черного проницаемой для воды и животных плотиной-ограждением и вытесняют через нее соленую воду в бассейн Черного моря. В северной части бассейна Каспийского моря образуют водохранилища речной воды. Строят водоводы, соединяющие между собой водохранилище речной воды, образованное в акватории Черного моря, и водохранилища, образованные из акватории Азовского моря, которое соединяют каналом с водохранилищем речной воды, образованным в Северной части Каспийского моря. В итоге направляют пресную воду по каналу из водохранилища в Северной части бассейна Каспийского моря в бассейне Аральского моря. 4 с.п. ф-лы, 3 ил.
Шавелев Д.С | |||
Гидротехнические установки | |||
Л.: Энергоиздат, 1981, с.16-19. |
Авторы
Даты
1994-10-30—Публикация
1990-11-21—Подача