ПОЛУПЛОТИНА Российский патент 2016 года по МПК E02B7/00 

Заявленное изобретение относится к области гидротехнического строительства и предназначено для возведения плотин с возможностью регулирования водостока рек с учетом возможности переброса водослива в противоположную зону (сторону) через водораздел с целью снижения пагубных воздействий паводков и рационального использования излишков водоресурсов.

Известны плотины, сооружаемые на реках для подъема уровня вод с целью накопления и последующего использования для выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях, встроенных в тело плотины.

Известны также водосбросные плотины, образующие водохранилища, предназначенные для сбора и последующей регулировки водостока с целью возможности уменьшения пагубных последствий разливов (наводнений) и для возможности обеспечения равномерного водостока в течение всего периода. Эти плотины, принятые в виде однопролетных или многопролетных сооружений, перегораживающих реку, состоят из основания (опор), верхнего по опорам строения с проезжей частью; водоспуска; шиберов, регулирующих сток; механизмов обслуживания шиберов. И этот тип плотин принят за прототип (см. словарь русского языка Ожегова С.И. - плотина)

Задачей настоящего предложения является возможность подъема уровня воды только в периоды весеннего паводка, интенсивного таяния снега или в период интенсивных дождей до уровня, достаточного для возможности переброса части излишков воды на противоположную сторону (зону) водораздела по специальным тоннелям или новому искусственному руслу с целью рационального использования этих излишков в интересах выполнения народно-хозяйственных задач; при этом уменьшаются разрушительные воздействия паводков в зоне естественного стока. Отметка низа отводящего тоннеля или русла должна приниматься на уровне отметки верха водоспускных проемов полуплотины.

Предлагаемое решение, названное полуплотиной, являясь частью гидротехнического сооружения в виде пролетного строения, в отличие от обычных плотин не образует постоянного водохранилища, а предусматривается для организации отвода излишков паводковых вод в другом направлении, по новому руслу и при этом не регулирует водоспуск или регулирует его только частично; и, служа преградой, предусматривает возможность автоматического подъема уровня вод только в паводковый период и регулирует водослив, направляя большую часть разрушительного паводка в новое русло или тоннель для переброса этих излишков в другой регион по другую сторону водораздела (в бассейн другой реки) для дальнейшего рационального использования по назначению, а частично направляется по естественному руслу. Для чего шиберы регулирующие водосток, не перекрывают водоспуск полностью, а во всех пролетах оставляют неперекрываемые проемы для постоянного водослива, равные (суммарно) площади сечения, необходимого не менее меженного стока.

Возможно такую полуплотину в отличие от прототипа выполнять вообще без шиберов (см. фиг.2) в виде виадука (плотина-виадук) с массивным мостовым надпролетным строением с верхней отметкой, назначаемой с учетом прогнозных паводковых вод. В ней отсутствует регуляция водостока вообще (отсутствуют шиберы-приспособления для регуляции) и обеспечивается естественный подъем уровня автоматически только в период паводковых вод за счет большой площади преграды и достаточно малых пролетных проемов, при этом обеспечивается определенный обязательный сток, и верхний предел водостока не менее меженного стока автоматически регулируется неизменяемой величиной «живого сечения» проемов площадью, необходимой не менее меженного стока и не закрываемой никогда. При этом отметка дна водоотводящего русла назначается выше верха неперекрываемых проемов в плотине.

Таким образом, как только сток уменьшается и приближается к меженному, переброс вод в бассейн другой реки прекращается и восстанавливается естественный водосток. И таким образом, перебрасываются только излишки стихийного разрушающего наводнения, не затрагиваются хозяйственные и экологические интересы и исключается вмешательство - влияние человеческого, силового фактора или административного воздействия, что позволяет не нанести экологического вреда.

Возможен также вариант (см. фиг.3), когда в серединном пролете такой полуплотины предусматриваются увеличенный по высоте проем, в котором возможно устройство (установка) ворот (шибера) для возможности пропуска маломерных судов в межпаводковые периоды.

Возможно также решение, когда в одном из пролетов (возможно в крайнем) предусматривается специальное инженерное устройство, позволяющее пропуск судов весь судоходный период, в т.ч. и в паводковые периоды.

Итак, переброс разрушительных излишков паводковых вод из зоны наводнения в зону необходимого их использования в народно-хозяйственных целях, а также невозможность влиять на регуляцию силовыми методами можно считать техническим результатом.

Описанные технические решения поясняются чертежами. На фиг.1 показана полуплотина, где опоры с контрфорсами (поз.1) покоятся на основании (поз.2), верхнее массивное строение (поз.3), проезжая часть (поз.4), неперекрываемый проем водоспуска (поз.5), в каждом пролете плотины имеются шиберы (поз.6), регулирующие сток, но не перекрывают проемы полностью, и имеются ограничивающие стопоры (поз.7); для обслуживания шиберов предусматриваются специальные механизмы (поз.8); поз.9 обозначено дно отводящего русла или тоннеля. На фиг.2 показана нерегулируемая полуплотина, проемы водослива в которой не перекрываются, всегда открыты. Обозначения и назначения позиций на фиг.2 те же, что и на фиг.1.

На фиг.3 показана полуплотина, аналогичная фиг.2, но в серединном пролете такой полуплотины предусматривается повышенный пролет для пропуска маломерных судов в межпаводковый период, в котором возможны устройства раздвижных створок (ворот) (поз.10).

Кроме того, при необходимости при технико-экономическом обосновании возможен вариант организации пропуска судов и в паводковый период.

Решение задачи осуществляется следующим образом: намечаются места возведения таких плотин (полуплотин), как правило, в каком-нибудь узком ущелье, перекрывая русло с устройством в теле плотины нерегулируемого проема (проемов) в виде арочной или прямоугольной формы. Над аркой устраивается верхнее массивное строение до расчетной отметки. Для отвода вод устраивается отводящее русло или тоннель или и то и другое. Переброс вод, как правило, производится на другую сторону водораздела, в бассейн другой реки. Согласно проектному решению определяется необходимость регуляции потока, т.е. решается, нужно ли увеличивать и предусматривать возможность регуляции спуска вод больше меженного стока, и тогда принимается один из вышеперечисленных вариантов.

Следует отметить возможность использовать предлагаемые решения инверсионно.

Следует отметить, что к перебросу вод из одного бассейна в другой отношение неоднозначное - имеются как противники, так и сторонники.

Сторонники считают, что там, где имеются излишки водоресурсов, следует поделиться и организовать переброс этих излишков туда, где дефицит воды огромен, тем более что переброс можно ограничить только 10% и тем самым не нарушать интересы «донора» и экологии.

Противники считают, что этим нарушается естественный природный баланс, наносится значительный ущерб рыбодобыче, т.к. влияет на естественное рыбовоспроизводство из-за ухудшения нереста, а также не происходит естественного очищения русла рек, которое необходимо.

Предлагаемое решение является альтернативным, т.к. не нарушается естественный нерест, потому что в теле полуплотины имеются не закрываемые весь период проемы и располагаются они в уровне нижнего бьефа, т.е. нижнего русла реки (ход рыбе туда-сюда не закрыт). Очищение также происходит, так как проемы обеспечивают сток не менее меженного, а, кроме того, ниже по течению добавляются паводковые воды притоков, и воды для очищения достаточно, и практически не нарушается экология.

Кроме того, такое решение обеспечивает невмешательство человеческого фактора. Никто не вправе командовать - перекрыть или открыть больше или меньше.

Следует отметить и другие положительные стороны этого решения: 1) ввиду того, что зеркало верхнего бьефа значительной площади образуется только на короткое время (на время наводнений), а затем с течением времени падает (уменьшается), то потери, связанные с испарением, что характерно для водохранилищ, значительно снижены; 2) не происходит заиливания; 3) в результате отсутствия застоя вод верхнего бьефа отсутствует проблема «цветения» (зарастания водорослями).

Предлагаемое решение, являясь частью гидротехнического сооружения, в отличие от обычных плотин не образует постоянного водохранилища и не регулирует водоспуск или регулирует его только частично; и служит преградой, предусматривая возможность автоматического подъема уровня вод только в паводковый период, и регулирует водослив; направляя частично по естественному руслу, а большая часть разрушительного паводка направляется в новое русло или тоннель, устраиваемые для переброса этих излишков в другой регион по другую сторону водораздела (в бассейн другой реки) для дальнейшего рационального использования по назначению. Плотина, тело которой разбито на пролеты и состоит из основания 2, опор с контрфорсами 1, верхнего над опорами строения 3 с проезжей частью 4, водоспуска, шиберов 6, регулирующих сток, механизмов обслуживания 8 шиберов 6. Во всех пролетах имеются неперекрываемые проемы 5 для постоянного водоспуска, равные суммарно площади сечения, необходимого для меженного стока. Плотина содержит отводящее русло, отметка дна которого 9 принимается на уровне не ниже отметки верха водоспускных проемов 5 с возможностью отвода излишков паводковых вод в другом направлении. Таким образом, как только сток приближается к меженному, переброс вод в бассейн другой реки прекращается и восстанавливается естественный водосток, не нарушая экологии. Возможен вариант, когда в серединном пролете такой полуплотины предусматриваются ворота (шибер) для возможности пропуска маломерных судов в межпаводковые периоды. Предлагаемое решение является альтернативным, т.к. не нарушается естественный нерест, потому что в теле полуплотины имеются незакрываемые весь период проемы и располагаются они в уровне нижнего бьефа, т.е. нижнего русла реки, что обеспечивает свободный ход рыбы в обоих направлениях. Очищение также происходит, так как проемы обеспечивают сток не менее меженного, а кроме того, ниже по течению добавляются паводковые воды притоков, и воды для очищения достаточно, и практически не нарушается экология. Следует отметить и другие положительные стороны этого решения: 1) ввиду того, что зеркало верхнего бьефа значительной площади образуется только на короткое время (на время наводнений), а затем с течением времени падает (уменьшается), то потери, связанные с испарением, что характерно для водохранилищ, значительно снижены; 2) не происходит заиливания; 3) в результате отсутствия застоя вод верхнего бьефа отсутствует проблема «цветения» (зарастания водорослями). Возможно также использовать данное решение инверсионно, т.е. иметь полуплотины по обе стороны водораздела и переброску стихийных наводнений организовать в ту или иную сторону в зависимости от обстоятельств, смягчая тем самым их влияние. 3 ил.

Плотина, тело которой разбито на пролеты и состоит из основания, опор, верхнего над опорами строения с проезжей частью, водоспуска, шиберов, регулирующих сток, механизмов обслуживания шиберов, отличающаяся тем, что содержит отводящее русло, отметка дна которого принимается на уровне не ниже отметки верха водоспускных проемов с возможностью отвода излишков паводковых вод в другом направлении, при этом во всех пролетах имеются неперекрываемые проемы для постоянного водоспуска, равные суммарно площади сечения, необходимого для меженного стока.