СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВДОЛЬПОРОГОВЫМ ТЕЧЕНИЕМ И РЫБОНАПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ЕГО ОСУЩЕСТВЛЯЮЩЕЕ Российский патент 2005 года по МПК E02B8/08 

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к способам и сооружениям, предназначенным для пропуска производителей рыбы через подпорные сооружения к местам нереста и нагула.

Известен способ управления вдольпороговым течением [1], состоящий в создании гидравлических условий в зоне установки донного рыбонаправляющего порога, позволяющих формировать управляемое вдольпороговое течение за безнапорной низовой гранью порога, подачу дополнительного расхода воды из водовыпускных отверстий, выполненных в верхней части низовой грани порога.

Недостатком данного способа является низкая степень управляемости в условиях изменения уровня воды в нижнем бьефе.

Наиболее близким по технологической схеме является способ управления вдольпороговым течением [2], состоящий в создании регулируемого рыбонаправляющего течения вдоль низовой, по течению, боковой грани донного порога посредством подачи расхода воды со стороны водосливной плотины, последующей подачи привлекающего рыбу расхода из лотка-рыбонакопителя и формирования продольно-винтового вальца, распространяемого за низовой гранью донного порога.

Недостатком данного способа является низкая степень управляемости при изменении глубины потока в нижнем бьефе.

Известно рыбонаправляющее устройство [1], включающее донный рыбонаправляющий порог, установленный под углом к продольной оси рыбопропускного сооружения, водовыпускные отверстия, выполненные в верхней части безнапорной грани порога, подводящий водовод, выполненный в теле порога, сообщающийся посредством затвора с верхним бьефом гидроузла.

Недостатком данного рыбонаправляющего порога является низкая эффективность управления вдольпороговым течением.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является рыбонаправляющее устройство [2], включающее донный рыбонаправляющий порог, установленный под углом к продольной оси рыбопропускного сооружения и примыкающий к входной части лотка-рыбонакопителя, средство для регулирования вдольпорогового течения, выполненное в виде козырька, имеющего возможность изменения посредством привода высотной отметки своей верхней грани.

Недостатком данного устройства является степень управляемости в условиях увеличения уровня воды в нижнем бьефе и изменения величины сбрасываемых через водосливную плотину расходов воды.

Целью изобретения является обеспечение управления вдольпороговым течением в условиях изменения уровня воды в нижнем бьефе гидроузла.

Сущность изобретения заключается в следующем.

По п.1 формулы изобретения. В случае изменения гидрологических условий в нижнем бьефе гидроузла (например, повышения уровня воды в нижнем бьефе) служба эксплуатации имеет возможность управления вдольпороговым течением, формируемым за безнапорной гранью донного рыбонаправляющего порога. Посредством привода, функцию которого выполняет компрессор и эластичные оболочки, изменяют общую высоту донного порога, а именно его верхняя грань занимает новую, более высшую отметку. Вариантов реализации данного способа может быть достаточно много в зависимости от технического решения и компоновки донного рыбонаправляющего порога.

По п.2 формулы изобретения. Как частный случай реализации данного способа, предлагается использовать гибкую эластичную оболочку, которую заполняют воздухом, при этом общая высота порога увеличивается, что позволяет в условиях повышения уровня воды, в нижнем бьефе, управлять вдольпороговым течением, формируемым вдоль безнапорной грани донного порога.

По п.3 формулы изобретения. Возможна реализация способа, когда одновременно с наполнением внутреннего пространства эластичной оболочки воздухом создается зрительный экран, формируемый факелом ВПЗ (воздушно-пузырьковая завеса). Для этого в верхней части эластичной оболочки со стороны поверхности воды выполняются воздуховыпускные отверстия, через которые воздух под давлением выходит в поверхностные горизонты потока (фиг.5).

По п.4 формулы изобретения. Изменение высотного положения верхней кромки порога, неравномерно и ступенчато по его длине, позволяет регулировать интенсивность вдольпорогового течения по длине порога. Данный вариант исполнения способа позволяет в условиях неравномерного сброса расходов на водосливной плотине формировать оптимальные условия привлечения рыб ко входу в рыбопропускное сооружение.

По п.5 формулы изобретения. Выполнение высоты порога, увеличивающейся в сторону нижнего бьефа, позволяет сформировать граничные условия распределения потока, которые на фоне гидравлики нижнего бьефа повышают эффективность рыбонаправляющего эффекта.

По п.6 формулы изобретения. Выполнение высоты порога, уменьшающейся в сторону нижнего бьефа, позволяет сформировать благоприятные условия для прохода рыбы вдоль порога, постепенно уменьшая интенсивность вдольпорогового течения и выводя рыбу на градиент привлекающей скорости потока, подаваемого из лотка-рыбонакопителя.

По п.7 формулы изобретения. Выполнение козырька неподвижным и закрепленным к верхней грани донного порога, со стороны низовой, безнапорной его боковой грани, позволяет образовать горизонтальную полку, на которой расположено средство для регулирования вдольпорогового течения в виде гибкой эластичной оболочки. Соединение оболочки патрубком с подводящим воздуховодом и компрессором позволяет при подаче сжатого воздуха изменять высоту оболочки, а также общую высоту порога. Это позволяет при увеличении глубины потока в нижнем бьефе управлять интенсивностью течения, создаваемого вдоль порога, так как существует прямо пропорциональная связь между соотношением высоты порога к глубине потока, при котором достигаются оптимальные параметры вдольпорогового течения.

По п.8 формулы изобретения. Снабжение средства для регулирования вдольпорогового течения направляющей полкой, установленной на горизонтальной оси, позволяет формировать более стабильные гидравлические условия за низовой гранью порога. Кроме того, направляющая полка играет роль своеобразного буфера между потоком и эластичной оболочкой - предохраняет от порывов при контакте плавающих веток и предметов с внешней поверхностью оболочки. При заполнении оболочки воздухом, направляющая полка поднимается в вертикальное положение и под наклоном к потоку, являясь логическим продолжением напорной грани порога, воспринимает часть гидродинамической нагрузки транзитного потока.

По п.9 формулы изобретения. Выполнение гибкой эластичной оболочки с воздуховыпускными отверстиями, выполненными на ней со стороны поверхности воды, позволяет при заполнении оболочки воздухом формировать над оболочкой факел воздушно-пузырьковой завесы (ВПЗ), которая является зрительным экраном и ориентиром для продвижения рыбы в направлении входа в рыбопропускное сооружение.

По п.10 формулы изобретения. Выполнение оболочки и направляющей полки с удерживающими тросами повышает надежность работы средства для регулирования вдольпорогового течения. Троса формируют каркас и не дают направляющей полке изменить свое рабочее положение по отношению к горизонтальной полке порога.

По п.11 формулы изобретения. Выполнение направляющей полки секционной, причем каждая секция имеет автономную гибкую эластичную оболочку, позволяет выставлять высоту порога, по его длине, неравномерно и ступенчато. Это дает возможность управлять интенсивностью вдольпорогового течения и подбирать наиболее благоприятные режимы эксплуатации порога в условиях изменения как уровня воды в нижнем бьефе, так и структуры сбрасываемых через водосливную плотину расходов.

По п.12 формулы изобретения. Выполнение на гибкой эластичной оболочке, со стороны поверхности воды, эластичных элементов с удельным весом меньшим, чем удельный вес воды, позволяет сформировать динамический экран выше отметки гибкой оболочки. Эластичные элементы вносят в поток минимум гидравлического сопротивления и позволяют создать условия для направленного продвижения рыбы ко входу в рыбопропускное сооружение.

По п.13 формулы изобретения. Выполнение эластичных элементов, прикрепленных к торцевой части направляющей полки, обращенной в сторону нижнего бьефа, позволяет усилить действие динамического экрана, а также повысить его мощность (плотность, интенсивность и т.д.).

По п.14 формулы изобретения. Выполнение эластичных лент в виде плоских лент позволяет повысить плотность создаваемого экрана, а также его рыбонаправляющую функцию. Кроме того, данная компоновка наиболее близка к сплошной стенке, которую рыбы так и воспринимают, продвигаясь вдоль нее в рыбопропускное сооружение.

Решение поставленной задачи достигается путем реализации нового способа управления вдольпороговым течением и создания новой конструкции рыбонаправляющего устройства. Графический материал, поясняющий сущность предлагаемого изобретения, представлен на следующих фигурах:

фиг.1 - донный рыбонаправляющий порог, поперечный разрез, оболочка в нерабочем состоянии;

фиг.2 - то же, оболочка в рабочем состоянии;

фиг.3 - донный рыбонаправляющий порог, поперечный разрез, оболочка снабжена направляющей полкой, нерабочее состояние;

фиг.4 - то же, в случае увеличения общей высоты порога;

фиг.5 - эластичная оболочка с воздуховыпускными отверстиями, выполненными со стороны поверхности воды;

фиг.6 - рабочее состояние средства для регулирования вдольпорогового течения, изометрия;

фиг.7 - входная часть рыбопропускного сооружения, план;

фиг.8 - донный рыбонаправляющий порог, вариант с автономными подводящими воздуховодами;

фиг.9 - вид на донный порог со стороны нижнего бьефа, изометрия, вариант установки автономных эластичных оболочек с уменьшением высоты порога в сторону нижнего бьефа гидроузла;

фиг.10 - вид на донный порог со стороны нижнего бьефа, изометрия, вариант установки автономных эластичных оболочек с увеличением высоты порога в сторону нижнего бьефа гидроузла;

фиг.11 - донный рыбонаправляющий порог, поперечный разрез, вариант с эластичными элементами, прикрепленными к внешней поверхности эластичной оболочки, со стороны поверхности воды;

фиг.12 - то же, в случае компоновки с направляющей полкой;

фиг.13 - вариант работы средства для управления вдольпороговым течением в случае крепления эластичных элементов к оболочке и к направляющей полке;

фиг.14 - вариант использования плоских лент в качестве эластичных элементов, работающих в комплексе с воздушно-пузырьковой завесой;

фиг.15 - фрагмент входной части рыбопропускного сооружения, донный рыбонаправляющий порог с равномерной высотой, сформированной гибкой эластичной оболочкой.

Рыбонаправляющее устройство рыбопропускного сооружения включает донный рыбонаправляющий порог 1, установленный под углом к продольной оси рыбопропускного сооружения и примыкающий к входной части лотка-рыбонакопителя 2, средство для регулирования вдольпорогового течения, имеющего возможность изменения, посредством привода, высотной отметки своей верхней грани, и козырек 3. Козырек 3 неподвижно закреплен к верхней грани донного порога 1, со стороны низовой безнапорной 4 его боковой стенки с образованием горизонтальной полки 5, а средство для регулирования вдольпорогового течения расположено на полке и выполнено в виде гибкой эластичной оболочки 6, соединенной патрубком 7 и подводящим воздуховодом 8 с компрессором.

Кроме того, средство для регулирования вдольпорогового течения может быть снабжено направляющей полкой 9, установленной на горизонтальной полке 5 с возможностью поворота относительно горизонтальной оси 10, размещенной со стороны напорной грани 11 донного порога 1.

Помимо того, гибкая эластичная оболочка 6, со стороны поверхности воды, может быть выполнена с воздуховыпускными отверстиями 12.

Кроме того, противоположный, от оси 10 поворота, торцевой конец направляющей полки 9 может быть соединен удерживающими тросами 13 с торцевой частью горизонтальной полки 5.

Помимо того, направляющая полка 9, по длине донного порога 1, может быть выполнена секционно, причем каждая секция 14 имеет автономную гибкую оболочку 15, соединенную с автономным подводящим воздуховодом 18, для заполнения оболочки 15 и создания факела 17 воздушно-пузырьковой завесы.

Кроме того, на гибкой эластичной оболочке 6, со стороны поверхности воды, могут быть прикреплены эластичные элементы 19 с удельным весом меньшим, чем удельный вес воды.

Помимо того, эластичные элементы 19, с удельным весом меньшим, чем удельный вес воды, могут быть прикреплены к торцевой части направляющей полки 9, обращенной в сторону нижнего бьефа.

Кроме того, эластичные элементы 19 могут быть выполнены в виде плоских лент.

Способ управления вдольпороговым течением осуществляется следующим образом.

В случае изменения уровня воды в нижнем бьефе (например, повышение уровня воды за счет ветрового нагона) служба эксплуатации гидроузла включает компрессор (не показан) и гибкие эластичные оболочки 6 занимают свое рабочее положение (фиг.2), при этом высота порога 1 увеличивается и соответственно расчетные характеристики рыбонаправляющего устройства остаются в оптимальном диапазоне.

Возможен вариант реализации способа, когда одновременно с наполнением оболочки 6 формируется воздушно-пузырьковая завеса (ВПЗ). В этом случае (фиг.5) над оболочкой 6 создается дополнительный экран, который зрительно воспринимается рыбами и они активно продвигаются вдоль него ко входу в лоток-рыбонакопитель 2.

Возможен вариант реализации способа, когда при изменении высоты порога 1 по его длине формируют ступенчато, используя автономные оболочки 15 и автономные подводящие воздуховоды 18 (фиг.9 и 10). При этом секции 14 могут заполняться независимо друг от друга и соответственно удерживать различную высоту порога. Возможны два варианта установки секций 14:

- первый, когда высота порога 1 увеличивается в сторону нижнего бьефа;

- второй, когда высота порога 1 уменьшается в сторону нижнего бьефа.

В первом случае интенсивность вдольпорогового течения увеличивается в сторону нижнего бьефа, позволяя выделить вдольпороговое течение на фоне гидравлических условий зоны поисков. Во втором случае интенсивность вдольпорогового течения увеличивается в сторону входа в лоток-рыбонакопитель 2, что позволяет вывести рыбу на нужный градиент скорости, который присутствует при подаче привлекающего рыбу течения, подаваемого блоком питания рыбопропускного сооружения.

Рыбонаправляющее устройство рыбопропускного сооружения работает следующим образом.

При стабильных гидравлических условиях в нижнем бьефе гидроузла привлечение рыбы в лоток-рыбонакопитель 2 осуществляется подачей привлекающего рыбу расхода от основного блока питания, а также посредством рыбонаправляющего донного порога 1 (фиг.1), гибкая эластичная оболочка 6 уложена на горизонтальной полке 5, образованной козырьком 3. В случае увеличения уровня воды в нижнем бьефе, служба эксплуатации гидроузла, для нормального функционирования донного порога 1, включает компрессор (не показан) и гибкие оболочки 6 заполняются воздухом (фиг.2), при этом высота порога 1 увеличивается и пропорциональное соотношение высоты порога к глубине потока восстанавливается, что отвечает эффективным параметрам и характеристикам устройства, соответствующим эффективному привлечению рыбы ко входу в рыбопропускное сооружение.

Для обеспечения более надежной работы средства для управления вдольпороговым течением оно может быть снабжено направляющей полкой 9, установленной на горизонтальной оси 10, выполненной со стороны напорной грани 11, порога 1, в верхней ее части (фиг.3). При заполнении оболочки 6 воздухом полка 9 приподнимается и занимает наклонное положение, под углом к горизонтальной полке 5 (фиг.4). При этом со стороны транзитного потока, формируемого водосливной плотиной, отсутствует опасность повреждения внешней поверхности оболочек 6 влекомыми ветками и другими предметами. Кроме того, поверхность направляющей полки 9 значительно эффективнее формирует поток над верхней гранью порога 1, что обеспечивает создание потока для формирования вдольпорогового течения (фиг.6).

Возможен вариант эксплуатации оболочек 6, когда они снабжены воздуховыпускными отверстиями 12, выполненными на оболочках 6, со стороны поверхности воды. В этом случае при заполнении оболочек 6 воздухом одновременно создается воздушно-пузырьковая завеса (ВПЗ), которая формирует зрительный экран, воспринимаемый рыбой как сплошная преграда, вдоль которой она продвигается ко входу в лоток-рыбонакопитель 2 (фиг.5).

Возможен вариант секционного исполнения оболочек 6, состоящих из секций 14 (фиг.7), при этом каждая автономная оболочка 15 соединена с автономным подводящим воздуховодом 18, выполненным в теле порога 1 (фиг.8). При этом секции 14 могут заполняться независимо друг от друга и соответственно удерживать различную высоту порога. Возможны два варианта установки секций 14:

- когда высота порога 1 увеличивается в сторону нижнего бьефа (фиг.10);

- когда высота порога 1 уменьшается в сторону нижнего бьефа (фиг.9). В первом случае интенсивность вдольпорогового течения увеличивается в сторону нижнего бьефа, позволяя выделить вдольпороговое течение на фоне гидравлических условий зоны поисков. Во втором случае интенсивность вдольпорогового течения увеличивается в сторону входа в лоток-рыбонакопитель 2, что позволяет вывести рыбу на нужный градиент скорости, который присутствует при подаче привлекающего рыбу течения, подаваемого блоком питания рыбопропускного сооружения.

Для более надежной эксплуатации оболочек 6 и 15 они могут быть снабжены удерживающими тросами 13, прикрепленными к горизонтальной полке 5 и к торцевой части направляющей полки 9.

При наличии эластичных элементов 19, закрепленных на верхней части оболочек 6, создается дополнительный динамический экран, усиливающий рыбонаправляющую функцию порогов 1. При этом элементы 19 выполнены с удельным весом меньше, чем удельный вес воды, и ориентированы вертикально вверх (фиг 11 и 12). Возможен комплексный вариант использования элементов 19 - закрепленными на внешней поверхности оболочек 6 и к торцевой части направляющей полки 9, обращенной в сторону нижнего бьефа (фиг.13).

Одним из эффективных вариантов использования элементов 19 является вариант в комплексе с создаваемым факелом воздушно-пузырьковой завесы (фиг.14). В этом случае элементы 19, выполненные в виде плоских лент, создают более плотный экран с максимальной интенсивностью, поддерживаемой факелом ВПЗ, и находятся в постоянном движении. При уполаживании оболочек 6 и 15 открывают кран на подводящем воздуховоде 8 и воздух стравливается в атмосферу.

Предлагаемый способ и рыбонаправляющее устройство, его реализующее, позволяют управлять вдольпороговым течением в условиях изменения уровня воды в нижнем бьефе, что способствует целенаправленному, свободному и самостоятельному проходу рыбы к входной части рыбопропускного сооружения.

Источники информации

1. А.С. СССР №1625941 (СССР), Е 02 В 8/08. "Рыбопропускное сооружение". Авторы: Шкура В.Н., Чистяков А.А. и Шелестова Н.А. Опубл. БИ №5, 1991, 1991.

2. А.С. СССР №1055814 (СССР), Е 02 В 8/08. "Рыбопропускное сооружение". Автор: Малеванчик Б.С.

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, предназначенным для пропуска производителей рыбы через подпорные сооружения к местам нереста и нагула. Способ заключается в создании регулируемого рыбонаправляющего течения вдоль низовой по течению боковой грани донного порога посредством подачи расхода воды со стороны водосливной плотины, последующей подачи привлекающего рыбу расхода из лотка-рыбонакопителя и формирования продольно-винтового вальца, распространяемого за низовой гранью донного порога. При изменении величины сбрасываемых расходов через водосливную плотину, а также в случае увеличения или уменьшения глубины воды в нижнем бьефе посредством привода изменяют общую высоту донного порога так, что его верхняя грань изменяет свою высотную отметку. Рыбонаправляющее устройство включает донный рыбонаправляющий порог, установленный под углом к продольной оси рыбопропускного сооружения и примыкающий к входной части лотка-рыбонакопителя, средство для регулирования вдоль порогового течения, имеющее возможность изменения посредством привода высотной отметки своей верхней грани, и козырек, который неподвижно закреплен к верхней грани донного порога со стороны низовой безнапорной его боковой стенки с образованием горизонтальной полки. Средство для регулирования вдольпорогового течения расположено на полке и выполнено в виде гибкой эластичной оболочки, соединенной патрубком и подводящим воздуховодом с компрессором. Изобретение обеспечивает эффективное управление вдольпороговым течением в условиях изменения уровня воды в нижнем бьефе гидроузла. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Способ управления вдольпороговым течением, заключающийся в создании регулируемого рыбонаправляющего течения вдоль низовой по течению боковой грани донного порога посредством подачи расхода воды со стороны водосливной плотины, последующей подачи привлекающего рыбу расхода из лотка-рыбонакопителя и формирования продольно-винтового вальца, распространяемого за низовой гранью донного порога, отличающийся тем, что при изменении величины сбрасываемых расходов через водосливную плотину, а также в случае увеличения или уменьшения глубины воды в нижнем бьефе посредством привода изменяют общую высоту донного порога так, что его верхняя грань изменяет свою высотную отметку.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при изменении общей высоты донного порога заполняют сжатым воздухом внутреннее пространство гибкой эластичной оболочки.3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что над верхней гранью донного порога формируют воздушно-пузырьковую завесу, создавая зрительный рыбонаправляющий экран.4. Способ по любому из пп. 1 - 3, отличающийся тем, что при установке порога в рабочее состояние общую высоту порога по его длине изменяют ступенчато от секции к секции.5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что при установке порога в рабочее состояние объем воздуха, подаваемого во внутреннее пространство оболочки последующей секции, увеличивают в направлении секции, расположенной со стороны нижнего бьефа.6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что при установке порога в рабочее состояние объем воздуха, подаваемого во внутреннее пространство оболочки последующей секции, уменьшают в направлении секции, расположенной со стороны нижнего бьефа.7. Рыбонаправляющее устройство, включающее донный рыбонаправляющий порог, установленный под углом к продольной оси рыбопропускного сооружения и примыкающий к входной части лотка-рыбонакопителя, средство для регулирования вдольпорогового течения, имеющее возможность изменения посредством привода высотной отметки своей верхней грани, и козырек, отличающееся тем, что козырек неподвижно закреплен к верхней грани донного порога со стороны низовой безнапорной его боковой стенки с образованием горизонтальной полки, а средство для регулирования вдольпорогового течения расположено на полке и выполнено в виде гибкой эластичной оболочки, соединенной патрубком и подводящим воздуховодом с компрессором.8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что средство для регулирования вдольпорогового течения снабжено направляющей полкой, установленной на горизонтальной полке с возможностью поворота относительно горизонтальной оси, размещенной со стороны напорной грани донного порога.9. Устройство по п. 7 или 8, отличающееся тем, что гибкая эластичная оболочка со стороны поверхности воды выполнена с воздуховыпускными отверстиями.10. Устройство по п. 8 или 9, отличающееся тем, что противоположный от оси поворота торцевой конец направляющей полки соединен удерживающими тросами с торцевой частью горизонтальной полки.11. Устройство по любому из пп. 7 - 10, отличающееся тем, что направляющая полка по длине донного порога выполнена секционной, причем каждая секция имеет автономную гибкую оболочку, соединенную с автономным подводящим воздуховодом.12. Устройство по любому из пп. 7 - 11, отличающееся тем, что на гибкой эластичной оболочке со стороны поверхности воды прикреплены эластичные элементы с удельным весом, меньшим, чем удельный вес воды.13. Устройство по любому из пп. 8 - 11, отличающееся тем, что к торцевой части направляющей полки, обращенной в сторону нижнего бьефа, прикреплены эластичные элементы с удельным весом, меньшим, чем удельный вес воды.14. Устройство по п. 12 или 13, отличающееся тем, что эластичные элементы выполнены в виде плоских лент.