УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ МОЛОДИ РЫБ ОТ ПОПАДАНИЯ В ВОДОЗАБОРЫ Российский патент 2002 года по МПК E02B8/08 A01K61/00 

Изобретение относится к устройствам для добывания или сбора питьевой или водопроводной воды из наземной (поверхностной) воды, может быть использовано в области водоснабжения и предназначено для защиты молоди рыб от попадания в водозабор при заборе воды из поверхностных источников.

Обеспечить водой население, промышленность и сельское хозяйство, полагаясь только на подземные водоисточники, инфильтрационные способы, сбора за счет конденсации, другие методы, справедливо называемые "альтернативными", в настоящих условиях сложно - расход потребляемой воды столь значителен, что все эти способы не в состоянии решить проблему кардинально. Единственным на сегодня реальным способом обеспечения водой является ее забор из поверхностных источников.

В условиях, когда хозяйственная деятельность человека привела к тому, что экологическое равновесие стало шатким, вопросы защиты рыб на водозаборах стали приоритетными. Ранее вопрос ставился иначе: не защита молоди рыб от водозаборов, а защита водозаборов от молоди рыб. Такой подход привел на ряде рек страны к катастрофическому снижению рыбных запасов, в том числе уменьшению количества рыб особо ценных пород.

Теория работы водозаборов описана в многочисленных монографиях. Вкратце она выглядит следующим образом.

Затопленный оголовок водозабора выносят на некоторое расстояние от берега водотока или водоема и располагают там, где имеются достаточные для забора воды глубины. А если совсем незначительные скорости благоприятствуют отходу рыб от водоприемного фронта водозабора, то это является наиболее приемлемым обстоятельством, гарантирующим защиту молоди рыб.

Затопленный оголовок водозабора представляет собой бетонное (если речь именно о бетонном, а не о ряжевом) гидротехническое сооружение, имеющее обтекаемую конфигурацию. Данная конфигурация сооружения позволяет свести к минимуму потери энергии потока. В корпусе затопленного оголовка водозабора имеются входные окна, площадь которых соответствует производительности водозабора. Через входные окна вода по трубам поступает в насосную станцию водозабора. При значительных расходах подаваемой воды непосредственно у затопленного оголовка водозабора образуется обширная зона захвата - область потока, направленного к входным окнам. Размеры данной области потока определяются расходом воды через входные окна, поскольку градиенты осредненных продольных составляющих скорости струй направлены из области транзитного потока во входные окна.

При большом значении осредненных продольных составляющих скорости молодь рыб захватывается потоком и затягивается во входные окна. Чтобы этого не происходило, на входные окна предусматривают монтаж металлических рыбозащитных сеток.

Эффективность применения подобных устройств обычно незначительна: молодь рыб, прижатая сильным течением к рыбозащитной сетке, оказывается не в состоянии отойти от входных окон затопленных оголовков водозабора и гибнет - повреждение органов боковой линии рыб опасно для их жизни.

Для снижения подходных скоростей, при которых возможно методами регулирования потока на подходе к затопленному оголовку водозабора отводить молодь рыб, предусматривают увеличение подходного фронта, однако при больших скоплениях молоди рыб это не всегда может быть эффективным. Для изменения на входные окна устанавливают особую систему фильтров, однако несовершенство их конструкций также не является решением вопроса.

Основой промышленной применимости водозаборных фильтров задержки молоди рыб на подходе к водоприемнику являются продолжительные экспериментальные исследования, прежде всего, в лабораторных условиях, а затем с переносом на натуру.

Таким образом, новые типы водозаборных фильтров, если они апробированы в лабораторных и натурных условиях, удовлетворяют условиям промышленной применимости, новизны и изобретательского уровня.

Известные заявителю аналоги - следующие устройства.

Известно устройство защиты молоди рыб от попадания в водозаборы, состоящее из барабана с пористым фильтрующим элементом на торцах (RU 2023794 С1, ЧИСТЯКОВ А.А. и др., 30.11.1994, Е 02 В 8/08).

Недостатки изобретения заключаются в том, что хотя устройство защищает водозабор от молоди рыб, молодь рыб гибнет при прижиме к фильтру; то есть устройство не обеспечивает защиты молоди рыб от попадания в водозабор - рыба имеет боковую линию, при повреждении которой она погибает.

Известно устройство защиты молоди рыб от попадания в водозаборы, состоящее из мелкоячеистых сетчатых полотен, отводящих рыбу по лоткам в мусоропровод (RU 2023796 С1, СУКАЛО Г.И. и др., 30.11.1994, Е 02 В 8/08).

Недостатки данного устройства заключаются в том, что молодь рыб отводится не в привычную среду обитания - в реку, а в мусоропровод, где полностью гибнет.

Известно устройство защиты молоди рыб от попадания в водозаборы, состоящее из каркаса с двумя решетками и натянутыми между ними струнами (RU 2023799 С1, ШКУРА В.Н. и др., 30.11.1994, Е 02 В 8/08).

Недостатками устройства является невозможность отвода молоди рыб от устройства защиты молоди рыб от попадания в водозабор, поэтому, прижимаясь к каркасу, молодь рыб большей частью гибнет.

Известно также устройство защиты молоди рыб от попадания в водозаборы, содержащее вертикальные параллельно расположенные элементы, образующие щелевые каналы, и заканчивающиеся отверстием (SU 1730347 А1, ВНИИ водоснабжения канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии, 30.04.1992, Е 02 В 8/08).

Устройство лишено многих недостатков, присущих рассмотренным выше, однако, тем не менее, оно не в недостаточной мере обеспечивает защиту молоди рыб от попадания в водозабор.

Известно также устройство защиты молоди рыб от попадания в водозаборы, содержащее фильтрующий элемент - цилиндрический барабан с фильтром на торцах (RU 2023801 С1, ЧИСТЯКОВ А. Д. и др., 30.11.1994, Е 02 В 8/08).

Недостатки данного устройства - оно травмирует рыбу, молодь рыб даже легкие травмы пережить не в состоянии.

Известно устройство защиты молоди рыб от попадания в водозаборы, содержащее решетку и подвижный механизм, обеспечивающий перекачку жидкости в одном направлении (FR 2020220, Verbandt Andre, 10.06.1970, Е 03 В 3/00).

Недостатки данного устройства заключаются в невозможности обеспечить надежную защиту молоди рыб от попадания в водозабор.

Известно устройство защиты молоди рыб от попадания в водозаборы, представляющее собой трубу с прорезями, покрытую фильтрующей тканью (US 4228321, Beane Frank T., 08.09.1981, Е 02 В 13/00).

Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает надежную защиту молоди рыб от попадания в водозабор.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является устройство защиты молоди рыб от попадания в водозаборы. Устройство защиты молоди рыб от попадания в водозаборы представляет собой объемную фильтрующую кассету, представляющую собой панель, состоящую из 2...4 пакетов деревянных перекрывающихся реек прямоугольной или квадратной формы поперечного сечения. Внешний, омываемый речным потоком, пакет состоит из 2...3 слоев реек сечением 13 х 13 мм, расположенных с шагом 25 мм. Этот пакет имеет наименьший размер ячеек. Средний пакет состоит из реек 25 х 25 мм с шагом 50 мм, а внутренний - соответственно 50 х 50 и 100 мм. Пакеты плотно прижаты один к другому и стянуты металлической рамой, вставленной в направляющую пазовую конструкцию водоприемных окон (Порядин А.Ф. Устройство и эксплуатация водозаборов. М.: Стройиздат, 1984. С 183) (с. 74).

Недостатками прототипа является то, что устройство набухает, пакеты расширяются, и кассеты заклинивает в пазовых конструкциях водоприемных окон. Кроме того, вес устройства в набухшем состоянии велик (160... 170 кг на 1 м²), а скорость фильтрации воды через него незначительна - v_ф=0,1...0,12 м/с.

Описанные существенные признаки заявленного изобретения отличают его от наиболее близкого аналога, так как в изобретении использованы средства, обеспечивающие получение нового технического результата.

Технический результат заключается в том, что возрастает качество защиты молоди рыб за счет увеличения объема объемной фильтрующей кассеты (учета биологических факторов поведения молоди рыб на подходе к объемной фильтрующей кассете), увеличения скорости фильтрации через объемную фильтрующую кассету, снижения стоимости объемной фильтрующей кассеты, снижения эксплуатационных затрат за счет более простой замены объемных фильтрующих кассет.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Объемная фильтрующая кассета 1 представляет собой металлическую прямоугольную контурную раму 2 с пазами на внутренней стороне 3. В металлической прямоугольной контурной раме 2 в пазах на внутренней стороне 3 плотно установлены водопроницаемые фильтрующие пластмассовые трубы 4. Отношение диаметра водопроницаемых фильтрующих пластмассовых труб 4 к диаметру отверстий водопроницаемых фильтрующих пластмассовых труб 4 - 1/10...1/20. Чтобы водопроницаемые фильтрующие пластмассовые трубы 4 устанавливались плотно, размеры металлической прямоугольной контурной рамы 2 должны быть кратны диаметру водопроницаемых фильтрующих пластмассовых труб 4. Материалом, из которого изготавливают водопроницаемые фильтрующие пластмассовые трубы 4, являются пластические массы, достаточно прочные, чтобы не разрушаться в процессе монтажа и эксплуатации объемной фильтрующей кассеты 1. Водопроницаемые фильтрующие пластмассовые трубы 4 изготавливают в производственных условиях методом литья, перфорации или другими известными способами с последующей обработкой. Металлическую прямоугольную контурную раму 2, в пазы на внутренней стороне 3 которой плотно устанавливают водопроницаемые фильтрующие пластмассовые трубы 4, изготавливают из прочного металла. Водопроницаемые фильтрующие пластмассовые трубы 4 могут размещаться в объемной фильтрующей кассете 1 вертикально или горизонтально, в один ряд или несколько рядов. Объемную фильтрующую кассету 1 снаряжают на суше, и затем с плавтехсредства, например с баржи, опускают под воду и устанавливают в направляющую пазовую конструкцию 5 входных окон 6 затопленного водоприемного оголовка водозабора 7. Направляющую пазовую конструкцию 5 входных окон 6 затопленного водоприемного оголовка водозабора 7 изготавливают из металла и монтируют на место входных окон 6 затопленного водоприемного оголовка водозабора 7 при строительстве затопленного водоприемного оголовка водозабора 7.

Описание изобретения содержит чертеж, на фиг.1 представлен фрагмент устройства - водопроницаемая фильтрующая пластмассовая труба 4; на фиг.2 показан затопленный водоприемный оголовок водозабора 7 с вставленной в направляющую пазовую конструкцию 5 входного окна 6 объемной фильтрующей кассеты 1; на фиг.3 - порядок возможной расстановки водопроницаемых фильтрующих пластмассовых труб 4 в объемной фильтрующей кассете 1.

Устройство содержит объемную фильтрующую кассету 1, состоящую из металлической прямоугольной контурной рамы 2 с пазами на внутренней стороне 3, в которую плотно установлены водопроницаемые фильтрующие пластмассовые трубы 4. Объемная фильтрующая кассета 1 размещена в направляющей пазовой конструкции 5 входного окна 6 затопленного водоприемного оголовка водозабора 7.

Устройство реализовано в нескольких экземплярах - промышленных образцах.

Оно имеет следующие вес и размеры.

Вес объемной фильтрующей кассеты в снаряженном состоянии от 100 до 500 кг.

Габариты: высота устройства - до 2000 мм; длина устройства - до 2000 мм; ширина устройства - до 500 мм.

Устройство работает следующим образом.

После установки объемной фильтрующей кассеты 1 в направляющие пазовые конструкции 5 входного окна 6 затопленного водоприемного оголовка водозабора 7 устройство готово к работе. Вода поступает в насосную станцию водозаборного сооружения через входное окно 6 затопленного водоприемного оголовка водозабора 7 и при этом, проходя через объемную фильтрующую кассету 1, фильтруется. При фильтрации воды происходит задержка молоди рыб.

Защита молоди рыб от попадания в водозабор происходит следующим образом.

Защита молоди рыб при помощи предлагаемого изобретения производится на основе учета биологических законов поведения рыб в водном потоке. Ранее проведенными исследованиями (например, Д.С. Павлов, А.М. Пахоруков. Биологические основы защиты рыб от попадания в водозаборные сооружения. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. С. 264) было доказано, что молодь рыб избегает потоков, фильтрующихся через объемную преграду. Если фильтрующей преградой является сетка, то есть необъемное устройство, молодь рыб не в состоянии почувствовать органами боковой линии существующей преграды и прижимается к сетке. Прижатая к сетке молодь рыб не может отойти от сетки и гибнет. Объемная фильтрующая кассета позволяет молоди рыб почувствовать при помощи органа боковой линии препятствие, и молодь рыб, активно сопротивляясь потоку, уходит из опасной зоны в область транзитного потока, откуда выносится в безопасное место.

Таким образом, изобретение позволяет забирать воду из поверхностных источников и при этом, в отличие от многих существующих устройств и способов, защищать молодь рыб от попадания в водозабор.

Использование: при заборе воды из поверхностных источников с обеспечением защиты молоди рыб от попадания в водозабор. Объемная фильтрующая кассета представляет собой металлическую прямоугольную раму с пазами на внутренней стороне, в которую плотно установлены водопроницаемые фильтрующие пластмассовые трубы, и установлена в направляющую пазовую конструкцию входных окон затопленного водоприемного оголовка водозабора. Чтобы водопроницаемые фильтрующие пластмассовые трубы устанавливались плотно, размеры металлической прямоугольной рамы должны быть кратны диаметру водопроницаемых фильтрующих пластмассовых труб. Водопроницаемые фильтрующие пластмассовые трубы могут размещаться в объемной фильтрующей кассете вертикально или горизонтально, в один ряд или в несколько. Устройство предназначено для повышения качества защиты молоди рыб от попадания в водозабор. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для защиты молоди рыб от попадания в водозабор, содержащее объемную фильтрующую кассету, установленную в направляющую пазовую конструкцию входного окна затопленного водоприемного оголовка водозабора, состоящую из металлической прямоугольной контурной рамы с пазами на внутренней стороне, отличающееся тем, что в металлической прямоугольной контурной раме в пазах на внутренней стороне плотно установлены водопроницаемые фильтрующие пластмассовые трубы с соотношением диаметра к диаметру отверстий 1/10-1/20, при этом ширина металлической прямоугольной контурной рамы кратна внешнему диаметру водопроницаемых фильтрующих пластмассовых труб. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в металлической прямоугольной контурной раме в пазах на внутренней стороне водопроницаемые фильтрующие пластмассовые трубы установлены вертикально. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в металлической прямоугольной контурной раме в пазах на внутренней стороне водопроницаемые фильтрующие пластмассовые трубы установлены горизонтально. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в металлической прямоугольной контурной раме в пазах на внутренней стороне плотно установлены водопроницаемые фильтрующие пластмассовые трубы в несколько рядов.