Способ создания сезонного водохранилища на реках с нестабильным уровнем воды и устройство для его осуществления Российский патент 2019 года по МПК E02B7/00 

Изобретение относится к устройствам гидротехнического строительства и может применяться для возведения временных плотин на реках с нестабильным уровнем воды. Плотина - гидротехническое сооружение, перегораживающее водоток для подъема уровня воды, также служит для сосредоточения напора в месте расположения сооружения и создания водохранилища. Плотины на небольших водотоках называют запрудами.

Библиотека: Плотина и дамба, отличие:

Дамба - возвышение, создаваемое искусственным путем в зоне водного ресурса и выполняющее оградительную или регулировочную функцию.

Плотина - объект, возводимый на пути водного потока для поднятия естественного уровня воды. Сооружение извлекает из действия водной стихии максимальную пользу.

Причал - это гидротехническое сооружение (ГТС), предназначенное для швартовки судов при перегрузочных работах, снабжении, отстое и ремонте. Классификация причальных сооружений морских портов обычно осуществляется по следующим признакам: Причалы классифицируются по расположению в плане: набережные, пирсы, рейдовые причалы, плавучие причалы; Причалы классифицируются по материалам:, бетонные, железобетонные, смешанные; http://www.nemo-nn.ru/information/prichal/class/

Обод это приспособление или часть какого-нибудь устройства в форме кольца, круга. Толковый словарь Ожегова https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc2p/286186

Часто бывают засухи, особенно в южных регионах. Если зимой выпало мало снега, то год будет засушливым. Если в начале лета реки полноводные, то в середине лета, когда начинаются лесные пожары, реки сильно мелеют. Воды не хватает для тушения пожаров и орошения сельхозугодий. Вода исчезает из рек в августе, то есть когда она больше всего нужна, и для сельского хозяйства и для нужд МЧС. Из-за отсутствия воды в реках ухудшается экология и страдает фауна. Что бы вода оставалась в реках до глубокой осени, предлагается создание сезонного водохранилища на реке с нестабильным уровнем воды и устройства для его осуществления.

Известно устройство - (См. патент РФ №96876) Плотина, содержащая два троса верхний и нижний, перекинутых с берега на берег и закрепленных на берегах за опоры, стойки-спицы, укрепленные на тросах и установленные наклонно торцами на грунт, покрытие из гибкого водонепроницаемого материала, по верхней кромке которого имеется шторная продержка для крепления посредством тонких жердей к стойкам-спицам, расстеленное по стойкам-спицам в верхнем бьефе и дну реки впереди плотины, водопропускное отверстие, отличающаяся тем, что нижний трос прижат к грунту грузом.

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, значительные затраты сил и времени на возведение конструкции. Аналог См. патент РФ №2090693 - это плотина, включающая установленную поперек русла жесткую перемычку и размещенное со стороны верхнего бьефа разгружающее устройство, прикрепленное к дну и перемычке анкерными тягами, отличающаяся тем, что она снабжена установленными на берегах русла блоками, а разгружающее устройство выполнено в виде гибкого полотнища с поплавками на верхней кромке, причем закрепляющие разгружающее устройство к дну анкерные тяги прикреплены к нижней кромке полотнища, а закрепляющие разгружающее устройство к перемычке анкерные тяги - к верхней кромке полотнища и перекинуты через блоки.

Недостатками данного устройства являются также сложность конструкции, значительные затраты сил и времени на возведение конструкции, а подверженность к повреждению гибкого полотнища проплывающими бревнами. Нет прохода для лодок.

Технической задачей предлагаемого Изобретения является: Создание сезонных водохранилищ препятствующих обмелению рек во время сухого периода и обеспечение водой сельских хозяйств.

Техническим результатом предлагаемого Изобретения является:

1. Повышение уровня воды в реках во время сухого периода.

2. Снижение цены стоимости дамбы в расчете на каждый погонный метр.

3. Повышение надежности плотины и усиление жесткости конструкции.

4. Компактность конструкции в сложенном виде для хранения и/или транспортировки.

5. Скорость монтажа плотины и значительное снижение веса конструкции в расчете на каждый погонный метр.

6. Прочность конструкции. Не будет повреждена при встрече с льдинами, бревнами.

7. Возможность перехода соразмерных судов из верхнего бьефа в нижний бьеф.

Конструкция поясняется чертежами.

Рис 1. Одним из основных элементов плотины являются модифицированные секции из аналогичного изобретения «Мобильные секционные дамбы». См. патент РФ №142631. Каждая секция представляет собой две жесткие прямоугольные рамы, скрепленные в верхней части под углом. Прямоугольная передняя (фронтальная) рама 1, прямоугольная задняя (опорная) рама 2, верхние линии рам 3, нижняя линия фронтальной рамы 4 (длина секции), вертикальные линии фронтальной и опорной рам 5, соединительный профиль между рамами 6 (ширина секции), прямоугольный жесткий водонепроницаемый щит 7 закреплен на передней раме 1, нижняя линия опорной рамы 8, шарниры делающие конструкцию складной 9, каретки для движения по рельсам 10.

Рис. 2. Рельсы для плотины, проложенные по дну реки. Винтовые сваи 11, Жесткие направляющие 12, поперечные штанги 13, вода в реке 14, грунт 15,

Рис 3. Автокран, монтирующий состав секционной плотины:

Каретки из трех колес для движения по направляющим 10, Винтовые сваи 11, Жесткие направляющие 12, грунт 15, Автокран монтирующий состав секционной плотины 16, Секция плотины 17, Секции в сложенном компактном виде 18.

Рис 4-5, в разрезе и сверху, Река 14, грунт 15, Бетонный причал 19, течение реки 20.

Общий принцип Плотины работает следующим образом:

Секции плотины, включающие две жесткие прямоугольные рамы 1 и 2, шарнирно 9 скрепленные в верхней части под углом, сторона секции обращенная к воде выполнена водонепроницаемой 7, в целом образуют треугольную призму. Рамы выполнены с дополнительными ребрами жесткости 5. Секции, винтовые сваи, жесткие направляющие, каретки изготовлены из высоколегированной стали или из металла, с антикоррозийным покрытием, например, оцинкованным или крашеным железом. Плотина для создания сезонного водохранилища включает Мини сваи или винтовые сваи 11 на линии установки плотины, установленные в две параллельные линии, на верхних точках винтовых свай закреплены жесткие направляющие 12, на которых установлены секции плотины с функцией движения по жестким направляющим. В нижней части фронтальной секции крепится прочная шторка, например металлическая или пвх, с возможностью подъема-спуска по боковым направляющим, установленным на фронтальной раме 1. Зафиксированная шторка не препятствует секциям двигаться по направляющим. Когда секции 17 находятся на своем месте обозначенной на карте реки, тогда фиксатор на опорной раме отпускается и шторки под собственным весом достигают грунта 15 и закрывают зазор между щитом секции 7 и дном реки 15. Секции 17 передвигаются по жестким направляющим 11 на каретках 10, при этом, по меньшей мере одна секция выполнена с возможностью пропуска соразмерных судов из одного бьефа в другой. На фронтальной стороне этой секции, состоящей из двух пластин, состоящей из двух пластин, нижней стационарной и верхней подвижной, установлен механизм для снижения и подъема пластины посредством тросов, одним концом тросов закрепленных к верхней части пластины, перекинутых через вращающиеся блоки, установленные на верхних точках секции, и другим концом тросов закреплены к противовесу находящемуся на противоположной опорной раме, противовес своей массой на 10-20% превышает массу верхней пластины. Противовес установлен и двигается по стойкам опорной рамы и выполнен, например в виде штанги, двигающейся по стойкам опорной рамы и краями закреплен к тросам-канатам идущим через блок вращения к верхней пластине для пропуска судов. К верхней грани пластины закреплен прочный округлый элемент, например труба, в итоге верх пластины становится гладким, с целью, что бы не пострадало дно катера при переходе в другой бьеф.

Секция с пластиной для пропуска соразмерных судов и прочные шторки для закрытия зазоров между нижней частью секции и речным дном на остальных секциях, выполнены с возможностью механического спуска/подъема и фиксации и на фронтальной раме и работают по принципу слайдера, то есть движутся по направляющим, имеющим форму профиля буквы «П» и закрепленным на краях фронтальной рамы на участке где происходит спуск/подъем прочной шторки выполненной из Пвх или металла, и фиксирующейся посредством тросов, закрепленных к верхней части шторки или пластины, перекинутых через вращающиеся блоки, установленные на верхних точках секции. Края шторок находятся и движутся внутри направляющих, имеющим форму профиля буквы «П». Профиль буквы «П» установлен горизонтально, поэтому шторки и пластина для пропуска судов работают как слайдер.

Шторки имеют возможность фиксации на опорной раме. На верхних точках винтовых свай 11 установлены жесткие направляющие 12, например, металлические трубы, или мини рельсы, по которым на каретках 10 передвигаются секции 17, при этом каждая каретка 10 выполнена из трех колес, где верхнее колесо является опорным, боковое колесо противостоит давлению воды течения реки и смещению секций с жестких направляющих, нижнее колесо предотвращает люфт секций в направлении выше/ниже.

Зазоры между секциями имеют двойное соединение, сначала соединены тросами или цепями или канатами позволяющими секциям сближаться, и расходится на расстояние, при котором секции свободно проходят изгиб жестких направляющих, изменяющийся на рельефе дна реки, при котором расстояние между верхними и нижними частями секций то сужается, то расширяется, и состав секций тянется за счет тросов или цепей или канатов. Секции между собой соединены накладками из водонепроницаемого материала, размер которых больше чем размер соединяющих секции тросов, благодаря чему, накладки из водонепроницаемого материала не подвергаются нагрузкам и остаются целыми.

2-й вариант: На одном и/или на другом берегу выполнены железобетонные причалы 19, под углом 30°±15° вниз по течению реки 20. По фронтальной линии причалов установлены мини сваи или винтовые сваи 11, в одну линию поперек течения реки, и являются опорой секций, к которым крепятся секции нижним основанием с фронтальной стороны секций, при этом одна свая является опорой для двух секций, а основание противоположной стороны секций лежит на грунте и выполнено широким, например, к основанию приварена труба или пластина, чтобы не проваливалась в грунт.

Железобетонные 19 причалы выполнены высотой не ниже планируемого уровня секций, а шириной достаточной для установки мини-крана.

В отдельном варианте все правые или левые стороны секций на фронтальной раме выполнены с накладкой на боковой стороне, длиной накладка на всю высоту секции, шириной выступающей за край секции 30-40 см, и выполнена из металла и/или ПВХ. Данная накладка давлением течения прижата к соседней секции, в итоге воды между секциями проходит гораздо меньше.

Если дно реки неровное, создается карта дна реки и секции выполнены разной высоты. Каждая секция ставится с учетом, чтобы верхний уровень плотины был ровный или примерно ровный относительно уровня воды в реке. В некоторых случаях дно реки выравнивается засыпкой ям гравием и песком.

Реки бывают разной глубины и скорости течения. В отдельном варианте, если река мелкая и течение слабое, плотина выполняется без винтовых свай. Секции ставятся прямо на грунт реки, К нижней части стоек опорной рамы закреплены металлические острые наконечники, между наконечниками и нижней частью опорной рамы установлен обод-пластина, чтобы наконечник входил в грунт, но не проваливался, чтобы наконечник входил в грунт, но не проваливался. Дно реки выравнивается засыпкой ям гравием.

Герметичность плотины не обязательна. Например: приток воды в реке 20 куб. м/сек. Через щели теряется воды 2 куб. м/сек. В итоге водохранилище будет наполняться на 10% медленнее. Если при условии полной герметичности водохранилище наполнится за 20 часов, то при частичной потере воды через щели, водохранилище наполнится за 22 часа. Задача все равно будет выполнена. После наполнения водохранилища, вода начнет переливаться через верхнюю линию секций.

Способ создания сезонного водохранилища на реке с нестабильным уровнем воды, способ ее установки и эксплуатации, включающий:

а) установку мини свай или винтовых свай 11 на линии установки плотины, в две параллельные линии, для чего создается карта рельефа дна реки на линии установки плотины, в итоге верхние точки мини свай или винтовых свай образуют плавную линию максимально примыкающую к дну реки, для движения многосоставной плотины, при этом дно реки на линии установки плотины выравнивается, например песком и/или щебенкой,

б) крепление к сваям жестким направляющих 12, например мини-рельсов или металлической трубы, жесткие направляющие соединены также между собой жесткими штангами 13, для прочности конструкции.

в) Далее идет установка секций 17 мобильной плотины на жесткие направляющие 12, и скрепление между секций тросов, и гибкого влагостойкого влагонепроницаемого материала,

г) Затем рабочий персонал с помощью лебедки или мини-крана 16 устанавливает поочередно каждую секцию 17 на рельсы 12, и регулирует схождение секционного состава собираемого из нескольких - множества секций по мере их добавления в русло реки 14, по жестким направляющим 12.

д) одна секция в наиболее глубоком месте выполнена с возможностью пропуска соразмерных судов (катеров, лодок) и при нажатии корпуса катера на пластину на верхней грани к которой приварена труба, пластина снижается по боковым направляющим, противовес на противоположной раме позволяет пластине снизится. На короткое время на данном локальном участке уровни бьефов выровняются и образующийся водоток от течения реки, переносят катер из верхнего бьефа в нижний. Осенью (перед ледоставом) рабочий персонал с помощью лебедки или мини-крана 16 постепенно вытягивает секционный состав на берег, поочередно отделяются от состава секции. Затем рабочий персонал с помощью автокрана цепляет по одной секции, относит в сторону и складирует на зимний период, сваи остаются в грунте, а жесткие направляющие в глубокой части реки остаются на зиму. В местах, где вероятен контакт рельсов со льдом, они демонтируются и складируются.

В отличие от средств, применяемых в настоящее время предлагаемая плотина дает - Сокращение времени на приведение конструкции в рабочее состояние, а также снижение трудовых затрат на приведение конструкции в рабочее состояние. Увеличение надежности и усиление жесткости конструкции. Снижение цены стоимости в расчете на каждый погонный метр. Компактность конструкции в сложенном состоянии для транспортировки. Снижение веса конструкции в расчете на каждый погонный метр. Водонепроницаемость дамбы при доступных комплектующих.

Предлагаемые мобильные плотины создадут большое число водохранилищ, которые будут сберегать воду в реках до сентября. Что бы перекрыть реку шириной 50 метров, достаточно 4 часа. Уровень воды в реке благодаря Дамбе поднимается на 2,5-3 метра. Самолеты МЧС «Бериев-200» смогут заполнять свои емкости водой не только в больших водохранилищах, которые находятся за 100 и более километров, но и в многочисленных новых водоемах, расположенных через каждые 10-15 километров. Борьба с пожарами будет эффективной. Чем больше воды будет в реках, тем выше будут грунтовые воды, и деревья в лесу и трава будут более влажными, а значит более пожароустойчивыми. К засухе надо готовиться заранее. Дамбы на реках надо ставить пока реки относительно полноводные, и можно создавать каскады водохранилищ, на всем протяжении реки. Чем больше воды будет в реках, тем меньше будет пожаров и отравляющего смога в и Центральной России и в Сибири. Дамбы сохранят рыбу в реках и помогут сельскому хозяйству. Мобильное шлюзование создаст возможности судоходства на реках с мелководьями и перекатами. За 1-2 недели до ледостава, секции «Секционной плотины» снимаются, складываются и хранятся до следующего сезона.

Преимущества предлагаемой инновационной конструкции:

1. Подъем воды на уровень до 2,5 - 3-х метров.

2. Устойчивость быстрому течению, благодаря конструкции призмы.

4. Изготавливается в любом мини-цехе из доступных материалов.

5. Скорость возведения или демонтажа - 1 рабочий день на одну плотину.

6. Не боится механических повреждений.

7. Конструкция в сложенном виде компактная. В один грузовик вмещается 60 погонных метров плотины, это 20 секций, каждая размером 300 см на 250 см.

Группа изобретений относится к области гидротехнического строительства и может применяться для возведения временных плотин на реках с нестабильным уровнем воды. Секции плотины включают две жесткие прямоугольные рамы, шарнирно скрепленные в верхней части под углом, сторона секции, обращенная к воде, выполнена водонепроницаемой, в целом образуют треугольную призму. Рамы выполнены с дополнительными ребрами жесткости. Секции, винтовые сваи, жесткие направляющие, каретки изготовлены из высоколегированной стали или из металла, с антикоррозийным покрытием, например, оцинкованным или крашеным железом. Плотина для создания сезонного водохранилища включает мини-сваи или винтовые сваи на линии установки плотины, установленные в две параллельные линии, на верхних точках винтовых свай закреплены жесткие направляющие, на которых установлены секции плотины с функцией движения по жестким направляющим. В нижней части фронтальной секции крепится прочная шторка, например металлическая или пвх, с возможностью подъема - спуска по боковым направляющим, установленным на фронтальной раме. Секции плотины передвигаются по жестким направляющим на каретках, при этом, по меньшей мере одна секция выполнена с возможностью пропуска соразмерных судов из одного бьефа в другой. На фронтальной стороне этой секции, состоящей из двух пластин, нижней стационарной и верхней подвижной, установлен механизм для снижения и подъема пластины посредством тросов, одним концом закрепленных к верхней части пластины, перекинутых через вращающиеся блоки, установленные на верхних точках секции, а другим концом тросы закреплены к противовесу, находящемуся на противоположной опорной раме. Противовес своей массой на 10-20% превышает массу верхней пластины. К верхней грани пластины прикреплен прочный округлый элемент, например труба, с целью, чтобы не пострадало дно катера при переходе в другой бьеф. Секция с пластиной для пропуска соразмерных судов и прочные шторки для закрытия зазора между нижней частью секции и речным дном на остальных секциях выполнены с возможностью механического спуска/подъема и фиксации и на фронтальной раме и работают по принципу слайдера, то есть движутся по направляющим. Обеспечивается повышение уровня воды в реках во время сухого периода, повышение надежности плотины, усиление жесткости конструкции, компактность конструкции в сложенном виде для хранения и/или транспортировки, скорость монтажа плотины и значительное снижение веса конструкции в расчете на каждый погонный метр, а также возможность перехода соразмерных судов из верхнего бьефа в нижний бьеф. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Плотина для создания сезонного водохранилища на реке с нестабильным уровнем воды включает мини-сваи или винтовые сваи 11, установленные в две параллельные линии, на верхних точках винтовых свай закреплены жесткие направляющие 12, соединенные между собой жесткими штангами 13, при этом на жесткие направляющие 12 установлены секции плотины 17 с функцией движения по жестким направляющим 12, на фронтальной стороне секции 1 крепится прочная шторка металлическая или пвх, установленная в нижней части фронтальной секции 1, секции 17 плотины передвигаются по жестким направляющим на каретках 10, при этом, по меньшей мере, одна секция выполнена с возможностью пропуска соразмерных судов из одного бьефа в другой, для чего на фронтальной стороне 1 этой секции, состоящей из двух пластин, нижней стационарной и верхней подвижной, установлен механизм для снижения и подъема пластины посредством тросов-канатов по боковым направляющим, имеющим форму профиля буквы «П», установленным по краям фронтальной рамы, одним концом тросов закрепленных к верхней части верхней пластины, перекинутых через вращающиеся блоки, установленные на верхних точках секции, и другим концом тросов закрепленных к противовесу, находящемуся на противоположной опорной раме 2, противовес своей массой на 10-20% превышает массу верхней пластины, противовес установлен и двигается по стойкам опорной рамы и выполнен в виде штанги, при этом к верхней грани пластины по всей длине прикреплен прочный округлый элемент, например труба.

2. Плотина для создания сезонного водохранилища по п.1, отличающаяся тем, что секция с пластиной для пропуска соразмерных судов с возможностью подъема/спуска и прочные шторки пвх для закрытия зазоров между нижней частью секции и речным дном, выполненные с возможностью фиксации и подъема/спуска по боковым направляющим, работают по принципу слайдера, то есть движутся по направляющим, имеющим форму профиля буквы «П» и закрепленным на краях фронтальной рамы, на участке, где происходит их спуск/подъем, посредством тросов или канатов, перекинутых через вращающиеся блоки, установленные на верхних точках секции, при этом прочные шторки пвх имеют возможность фиксации на опорной раме.

3. Плотина для создания сезонного водохранилища по п.1, отличающаяся тем, что на верхних точках винтовых свай 11 установлены жесткие направляющие 12, например металлические трубы или мини рельсы, по которым на каретках 10 передвигаются секции 17, при этом каждая каретка 10 выполнена из трех колес, где верхнее колесо является опорным, боковое колесо противостоит давлению течения реки и смещению секций с жестких направляющих, нижнее колесо предотвращает люфт секций в направлении выше/ниже, при этом жесткие направляющие 12 соединены штангами 13.

4. Плотина для создания сезонного водохранилища по п.1, отличающаяся тем, что зазоры между секциями имеют двойное соединение, сначала соединены тросами или цепями, позволяющими секциям сближаться и расходиться на расстояние, при котором секции свободно проходят изгиб жестких направляющих, изменяющийся на рельефе дна реки, при котором расстояние между верхними и нижними частями секций то сужается, то расширяется, и состав секций тянется за счет тросов, при этом секции соединены накладками из водонепроницаемого материала, размер которых больше, чем размер соединяющих секции тросов, благодаря чему накладки из водонепроницаемого материала не подвергаются нагрузкам и остаются целыми.

5. Способ возведения плотины для создания сезонного водохранилища на реке с нестабильным уровнем воды, включающий:

а) установку мини свай или винтовых свай 11 на линии установки плотины в две параллельные линии, для чего создается карта рельефа дна реки на линии установки плотины, в итоге верхние точки мини свай или винтовых свай образуют плавную линию, примыкающую к дну реки, для движения многосоставной плотины, при этом дно реки на линии установки плотины выравнивается, например, песком и щебенкой,

б) крепление к сваям 11 жестким направляющих 12, например мини-рельсов или металлической трубы, и соединение их между собой жесткими штангами 13,

в) установка секций мобильной плотины на жесткие направляющие, скрепление между секций гибкого влагостойкого влагонепроницаемого материала,

г) рабочий персонал с помощью лебедки или мини-крана 16 устанавливает поочередно каждую секцию на мини-рельсы и регулирует схождение секционного состава в русло реки, собираемого из нескольких - множества секций 17 по мере их установки на жесткие направляющие 12,

д) по меньшей мере, одна секция выполнена с возможностью пропуска соразмерных судов, катеров, лодок из одного бьефа в другой, для чего на фронтальной стороне 1 этой секции, состоящей из двух пластин, нижней стационарной и верхней подвижной, установлен механизм для снижения и подъема пластины посредством тросов-канатов по боковым направляющим, имеющим форму профиля буквы «П», установленным по краям фронтальной рамы, одним концом тросов закрепленных к верхней части верхней пластины, перекинутых через вращающиеся блоки, установленные на верхних точках секции, и другим концом тросов закрепленных к противовесу, находящемуся на противоположной опорной раме 2, противовес своей массой на 10-20% превышает массу верхней пластины, противовес установлен и двигается по стойкам опорной рамы и выполнен в виде штанги, при этом к верхней грани пластины по всей длине прикреплен прочный округлый элемент, например труба.

е) осенью перед ледоставом рабочий персонал с помощью лебедки или мини-крана постепенно вытягивает секционный состав на берег и поочередно отделяет от состава секции, затем персонал с помощью автокрана цепляет по одной секции, относит в сторону и складирует на зимний период, сваи остаются в грунте, а жесткие направляющие частично остаются на зиму в реке, частично демонтируются, в местах, где вероятен контакт со льдом.