ИСКУССТВЕННЫЙ РИФ Российский патент 2008 года по МПК E02B3/06 

Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к подводным проницаемым гидробиотехническим сооружениям, и может быть использовано в мелководных зонах морей и водоемов в качестве механического стимулятора развития биоценоза и механико-биологического фильтра в зонах повышенной антропогенной нагрузки, в том числе при аварийных ситуациях утечки нефти, нефтепродуктов, газа, при добыче и транспортировке, так и в качестве волнолома для предотвращения эродирующего действия волн на береговые сооружения и пляжи.

Для многих районов Мирового океана определены оптимальные параметры заселения искусственных субстратов обрастателями макрофитов с целью позитивного воздействия на морскую среду. В то же время, применительно к ценнейшим как в рыбохозяйственном, так и в рекреационном отношении акватории южных морей и пресноводных водоемов юга России, данная задача остается открытой, а перспективы промышленного освоения этого района требуют скорейшего ее решения. Кроме того, в присутствии береговых сооружений нарушается естественное ритмичное движение песка и других донных материалов, что приводит к их выносу от береговой зоны и ее разрушению.

Известна конструкция модуля волнолома, выполненная в виде трапецеидальных плоскостей в нескольких комбинациях, расположенных внутри прямоугольной рамной конструкции, предназначенная для эффективной защиты и ослабления их энергии (патент WO 813190 (A1), US 4431337 (A1), GB 2089408 (A), BR 8108587 (А), приоритет JP 1980, 0062 460 U, 19800509) [1].

Известная модульная конструкция волнолома имеет недостаточное количество положительных плоскостей, пригодных для заселения макрофитами и, следовательно, неэффективна как среда обитания морских организмов.

Для решения этой задачи используются конструкции, собранные из модулей в пространственную структуру, благоприятную для заселения их морскими организмами. К таким конструкциям относится морская лесная структура, использующая отходы телеграфных столбов и др. подобные отходы (пат. US 2006 056914, МПК Е02В 3/06, дата публикации 2006.03.16) [2], которая способствует за счет умеренного движения зоны яркости и тени от столбов различной высоты обеспечению условий роста водоросли Laminariaceal и увеличению объема места обитания морских организмов для улучшения окружающей морской среды. Конструкция представляет собой трехмерное пространственное сооружение, сформированное множеством столбов. Каждый сборочный модуль выполнен в виде многоярусной конструкции, снабженной ребрами жесткости и многочисленными крепежными элементами, скрепляющими столбы с ребрами жесткости в горизонтальных ярусах и с основанием, которые при сборке закрепляются между собой для исключения сдвига под действием волн и течений. Описанная выше морская структура является стационарным сооружением, сложна при установке.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому искусственному рифу является конструкция модульного рифа, морской среды обитания и морской стены (Международная заявка WO 2005/068728 A1, 7 МПК Е02В 3/04, А01К 61/10, дата публикации 28.07.2005) [3], принимаемая за прототип, которая выполняет одновременно функцию проницаемого волнолома и среды обитания морских организмов.

Отдельный модуль рифа выполнен из бетона в форме призмы с усеченной вершиной, внутри которой имеются полости сложной формы для заселения морскими животными и прохождения волн. Основание модуля в вершинах снабжено опорами для установки первого яруса модулей в пазы рельсового основания, удерживаемого на дне моря стационарной якорной системой. Второй ярус модулей рифа устанавливается на первом ярусе путем вложения одного модуля без опор вершиной между двумя модулями первого яруса в колонках и рядах и удерживается на нем силой тяжести.

Модульный риф способен транспортироваться в желательное место и может быть построен с высотой, длиной и шириной в соответствии с условиями акватории, отклоняет поступающие волны, что прерывает ритм и интенсивность штормовых волн и, таким образом, минимизирует неблагоприятное воздействие их на береговую зону.

Недостатком прототипа является высокая материалоемкость, сложность в изготовлении, обусловленная наличием модулей двух видов с отверстиями на гранях призмы и ограниченное количество положительных плоскостей, способствующих обрастанию макрофитами за счет устойчивого удержания на поверхностях модулей спор макрофитов и личинок моллюсков в присутствии силы тяжести.

Задачей настоящего изобретения является создание искусственного рифа, благоприятного для заселения макрофитами и морскими организмами, простого в изготовлении, монтаже обслуживании и ремонте, не имеющего пространственного ограничения и выполняющего функцию волнолома.

Новым техническим результатом изобретения является снижение материалоемкости, упрощение изготовления искусственного рифа, увеличение в нем количества положительных плоскостей, благоприятных для обрастания макрофитами, мидиями и др. моллюсками, являющимися биологическими фильтрами загрязнения водной среды при сохранении функции волнолома.

Указанный технический результат достигается тем, что искусственный риф выполнен в виде трехмерной пространственной структуры, состоящей из колонок и рядов из проницаемых для волн бетонных модулей, каждый из которых имеет четыре прямоугольные опоры для фиксации на массивном основании рифа, имеющего стационарное якорное зацепление с донным грунтом.

Согласно изобретению проницаемый бетонный модуль выполнен в форме равносторонней четырехгранной усеченной пирамиды рамной конструкции, одна из четырех прямоугольных опор которой помещена в центральное перфорированное квадратное отверстие модуля основания, причем площадь сечения упомянутого квадратного отверстия равна площади отверстия верхнего сечения модуля рамной конструкции и имеет размер, обеспечивающий размещение в каждом квадратном отверстии одновременно до четырех опор, соседних в колонке и ряду модулей рамной конструкции, а модуль основания в нижней поверхности снабжен опорами для зацепления с донным грунтом.

Другое отличие состоит в том, что стационарное якорное зацепление рифа с донным грунтом содержит, по крайней мере, два якоря, соединенные с тросом, охватывающим искусственный риф в поперечном направлении к направлению движения волны с возможностью его натяжения винтовыми талрепами.

Выполнение модулей в форме усеченной пирамиды рамной конструкции с верхним отверстием, равным площади сечения перфорированного отверстия в центре модуля основания, позволяет снизить материалоемкость, упростить изготовление, монтаж и демонтаж искусственного рифа при установке, обслуживании и ремонте. Наличие практически всех положительных плоскостей в конструкции создает благоприятные условия для их обрастания макрофитами, мидиями и др. моллюсками, а также заселению рифа другими морскими обитателями. Возможность трехмерного варьирования размеров искусственного рифа позволяет изготовить его в соответствии с гидродинамическими условиями акватории и использовать для защиты береговой зоны и сооружений от эрозии, вызванной штормовыми волнами.

Изобретение поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображен рамный модуль искусственного рифа, вид сбоку, разрез по сечению А-А;

на фиг.2 - рамный модуль, вид сверху;

на фиг.3 - рамный модуль, вид спереди;

на фиг.4 - рамный модуль, в аксонометрии;

на фиг.5 изображен модуль основания искусственного рифа, вид сбоку, разрез по сечению А-А;

на фиг.6 - модуль основания рифа, вид сверху;

на фиг.7 - модуль основания рифа, вид сбоку;

на фиг.8 - модуль основания рифа, в аксонометрии;

на фиг.9 приведен сборочный чертеж искусственного рифа в разрезе по сечению А-А;

на фиг.10 - сборочный чертеж искусственного рифа;

на фиг.11 приведена аксонометрическая проекция искусственного рифа.

Модуль искусственного рифа выполнен из железобетона в форме равносторонней четырехгранной усеченной пирамиды рамной конструкции 1 (фиг.1, 2, 3, 4), в вершинах основания которой имеются прямоугольные опоры 2. Площадь верхнего крепежного отверстия 3 в вершине усеченной пирамиды 1 соответствует площади поперечного сечения четырех прямоугольных опор 2 основания усеченной пирамиды 1 для обеспечения свободного входа (выхода) при монтаже следующих ярусов модулей или демонтаже конструкции рифа при обслуживании и ремонте. Модуль основания 4 рифа (фиг.5. 6, 7, 8) выполнен в виде массивной железобетонной плиты, в центре которой имеется перфорированное квадратное крепежное отверстие 5, сечение которого также, как и сечение 3 модуля рамной конструкции 1 соответствует сечению четырех прямоугольных опор 2 для построения первого яруса модулей 1 искусственного рифа любой заданной площади. В вершинах нижней поверхности плиты выполнены опоры 6 для фиксации модуля основания 4 в донном грунте.

Модули рамной конструкции 1 и модули основания 4 изготавливаются методом литья в металлическую форму с установкой арматуры до заливки ее бетоном. В сборе искусственный риф представляет собой трехмерную пространственную конструкцию из модулей рамной конструкции 1, установленных опорами 2 в отверстие 5 модулей основания 4, в которое могут быть помещены одновременно до четырех прямоугольных опор 2 соседних рядов модулей рамной конструкции. Для установки второго и последующих ярусов модулей рамной конструкции 1 последнее помещают опорой 2 в отверстие 3 предыдущего ряда и т.д. (фиг.9. 10, 11, 12) и удерживают под действием силы тяжести.

Для страховки от разрушения под действием штормовых волн искусственный риф (фиг.12) закреплен к донному грунту стационарными якорями 7 посредством троса 8, охватывающего в поперечном направлении искусственный риф с возможностью натяжения винтовыми талрепами 9.

Волногасящие свойства искусственного рифа обеспечиваются при прохождении штормовых волн через проницаемую внутреннюю полость модулей рамной конструкции 1, разбиваясь на отдельные составляющие потоки минимальной интенсивности и ослабляясь у верхушки растянутой пологой стороне рифа, что препятствует выносу песка и других донных материалов от берега и способствует уменьшению эродирующего влияния волн на береговую зону и береговые сооружения.

По сравнению с прототипом конструкция заявляемого искусственного рифа более проста в изготовлении, имеет низкую материалоемкость и, следовательно, меньшую стоимость, технологична при установке, обслуживании и ремонте, отличается прочностью и устойчивостью, экологической безопасностью используемых материалов, универсальностью вариантов укладки элементов, возможностью создания большого количества модификаций, что позволяет быстро адаптировать искусственный риф к меняющимся режимам акватории и изменению хозяйственного назначения.

Подготовлена конструкторская и технологическая документация на изготовление модулей рифа. В конкретном примере выполнения размеры модуля рамной конструкции 1 составляют: для основания 500 мм Ч 500 мм при толщине материала ребер 100 мм и высоте 400 мм, и модуль основания имеет длину, ширину и высоту соответственно 500×500×100 мм. В соответствии с этим вес модуля рамной конструкции 1 составляет порядка 60 кг и вес модуля основания 4 - порядка 50 кг, что позволяет производить монтаж искусственного рифа из этих модулей силами двух человек. Планируется использование конструкции рифа в районе Азово-Черноморского водного бассейна для защиты от воздействия штормовых волн на пляже, нефтегазодобывающие платформы и трубопроводы, установленные на мелководье и очистке водной среды от возможных загрязнений.

Источники информации

1. Патент WO 813190 (A1), US 4431337 (A1), GB 2089408 (A), BR 8108587 (A), пр. JP 1980 0062 460 U, 19800509.

2. Патент US 2006 056914, МПК Е02В 3/06, дата публикации 2006.03.16.

3. WO 2005/068728 A1, 7 МПК Е02В 3/04, А01К 61/10, дата публикации 28.07.2005 - прототип.

Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к подводным проницаемым гидробиотехническим сооружениям, и может быть использовано в мелководных зонах морей и водоемов в качестве искусственного субстрата и механического стимулятора развития биоценоза, и механико-биологического фильтра в зонах повышенной антропогенной нагрузки, в том числе при аварийных ситуациях (утечки нефти, нефтепродуктов, газа при добыче и транспортировке) и для предотвращения эродирующего действия волн на береговые сооружения. Искусственный риф выполнен в виде трехмерной пространственной структуры, состоящей из колонок и рядов проницаемых для волн бетонных модулей, которые имеют четыре прямоугольные опоры для фиксации на массивном основании рифа, имеющего стационарное якорное зацепление с донным грунтом. Проницаемый бетонный модуль выполнен в форме равносторонней четырехгранной усеченной пирамиды рамной конструкции, одна из четырех прямоугольных опор которой помещена в центральное перфорированное квадратное отверстие модуля основания, причем площадь сечения упомянутого квадратного отверстия равна площади отверстия верхнего сечения модуля рамной конструкции и имеет размер, обеспечивающий размещение в каждом квадратном отверстии одновременно до четырех опор, соседних в колонке и ряду модулей рамной конструкции, а модуль основания на нижней поверхности снабжен опорами для зацепления с донным грунтом. Стационарное якорное зацепление рифа с донным грунтом содержит, по крайней мере, два якоря, соединенные с тросом, охватывающим искусственный риф в поперечном направлении к направлению движения волны с возможностью его натяжения винтовыми талрепами. Изобретение позволяет снизить материалоемкость искусственного рифа, затраты на его изготовление, упростить его монтаж и демонтаж, обслуживание и ремонт, создает благоприятные условия для его обрастания макрофитами, мидиями и др. моллюсками, а также заселения рифа другими морскими обитателями. Возможность трехмерного варьирования размеров искусственного рифа позволяет изготовить его в соответствии с гидродинамическими условиями акватории и использовать для защиты береговой зоны и сооружений от эрозии, вызванной штормовыми волнами. 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Искусственный риф, выполненный в виде трехмерной пространственной структуры, состоящей из колонок и рядов проницаемых для волн бетонных модулей, которые имеют четыре прямоугольные опоры для фиксации на массивном основании рифа, имеющего стационарное якорное зацепление с донным грунтом, отличающийся тем, что проницаемый бетонный модуль выполнен в форме равносторонней четырехгранной усеченной пирамиды рамной конструкции, одна из четырех прямоугольных опор которой помещена в центральное перфорированное квадратное отверстие модуля основания, причем площадь сечения упомянутого квадратного отверстия равна площади отверстия верхнего сечения модуля рамной конструкции и имеет размер, обеспечивающий размещение в каждом квадратном отверстии одновременно до четырех опор, соседних в колонке и ряду модулей рамной конструкции, а модуль основания на нижней поверхности снабжен опорами для зацепления с донным грунтом.2. Искусственный риф по п.1, отличающийся тем, что стационарное якорное зацепление рифа с донным грунтом содержит, по крайней мере, два якоря, соединенные с тросом, охватывающим искусственный риф в поперечном направлении к направлению движения волны с возможностью его натяжения винтовыми талрепами.