Способ предотвращения ущерба от паводковых наводнений Российский патент 2019 года по МПК E02B3/00 

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, а именно к устройствам защиты населенных территорий от паводковых наводнений. Устройство предназначено для принятия аварийных мер при кратковременных или долговременных ливневых потоках, а также при стихийных паводковых наводнениях перед проведением масштабных мероприятий по спасению населения.

Актуальность решаемой изобретением задачи заключается в том, что в различных регионах Земли ежедневно возникают катаклизмы: землетрясения, наводнения, пожары, обвалы, катастрофы, от которых страдают люди и окружающая среда. Для оказания помощи людям и окружающей среде необходимы различные аварийно-спасательные средства, в том числе и средства для защиты от наводнений и паводков. Ежегодно во многих регионах в Российской Федерации и в других странах мира наводнения разрушают прибрежные зоны, затопляют большие площади, уничтожают урожаи, разрушают населенные пункты. При наводнениях гибнут люди. Ущерб от наводнений исчисляется сотнями миллиардов долларов, а моральные убытки от наводнений невозможно подсчитать.

Таким образом, создание эффективных сооружений для защиты от наводнений и паводков является актуальной задачей. Создание таких сооружений на территории, где возможно появление паводков, крайне сложно и является дорогостоящим мероприятием, так как невозможно предугадать какие оно примет размеры.

Для оценки новизны заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным устройством признаков.

Наиболее распространенный способ защиты - возведение земляных оградительных дамб различных очертаний в плане.

Берегозащитными дамбами обычно называют располагаемые возле береговой линии сооружения откосного профиля в виде грунтовой насыпи или конструкции из других материалов, служащие для предупреждения затопления берегов в периоды высоких вод и ветровых нагонов.

Известно устройство для предохранения берега от размыва по патенту РФ №2050430, включающее установленные в ряд вдоль береговой линии горообразных блоков, насажанных на вертикальные сваи и соединенных между собой, и блоков, уложенных вертикальными штабелями и заполненными балластом, сверху блоков уложены пригрузочные балки, выполненные по краям с вырезами, соответствующими по форме поперечному сечению свай.

Известно оградительное сооружение по патенту РФ №2040632, включающее ростверк на вертикальных свайных опорах с верхним и нижним строениями в виде крупноблочных элементов коробчатой конструкции, разделенных на отсеки для пропускания свайных опор, установленных один на другой и опирающихся посредством нижнего крупноблочного элемента в форме двутавровой конструкции в плане на упоры, закрепленные на свайных опорах. Крупноблочные элементы верхнего строения выполнены в виде вертикальных волнозащитных экранов и закрепленных на них по обе стороны экранов коробов. Расположенные на уровне поверхности дна и нижние крупноблочные элементы соединены посредством общих осей и отверстий, расположенных в соседних смежных стенках. Нижний крупноблочный элемент снабжен днищами - перегородками, расположенными на крайних отсеках. В крупноблочных элементах, расположенных в зоне переменного горизонта воды на уровне поверхности дна, а также между ними, пространство отсеков вокруг свайных опор заполнено монолитным бетоном на разную высоту.

Известен способ защиты территорий от затопления при подъеме уровня воды в открытой акватории по патенту РФ №2032018, включающий возведение ограждающих сооружений и водопропускных устройств. Территорию окружают ограждающими сооружениями, выполненными в виде замкнутого контура. Ограждающие сооружения выполняют в виде дамб. Водопропускные устройства имеют отверстия с затворами.

Известные берегозащитные сооружения являются материалоемкими, сложными конструктивно; ограничена область их применения из-за конструктивных особенностей; сборка сооружений сложна, трудоемка, занимает много времени; заграждения, насыпи, дамбы и другие временные сооружения, возводимые ежегодно, требуют больших затрат, расхода материалов, трудоемки; не обеспечивается надежная защита от наводнений.

Известна система защиты от паводковых наводнений по патенту РФ №2389845, состоящая из против паводковых плотин, расположенных на каждом притоке главной реки одна за другой, что позволяет создать каскад малых водохранилищ, улавливающих основной объем стока. Ступенчатое расположение водохранилищ позволяет сооружать плотины любой высоты с любым объемом водохранилища и после «срезки» пика паводка в короткие сроки опорожнить их, используя в последующем временно подтопленные земли для хозяйственного использования.

Известны устройства защиты от паводковых наводнений по патенту РФ№2116401в виде бетонных дамб - запруд, выполненных из бетона с отверстиями, которые предназначены для сброса воды.

Перечисленные устройства обеспечивают эффективную защиту населенных территорий от паводковых наводнений. Однако в тех случаях, когда требуется остановить первую волну паводка, чтобы обеспечить своевременную эвакуацию населения из района бедствия, или принять экстренные кратковременные меры в случае непродолжительных ливней, возведение таких сооружений бывает нецелесообразным из-за достаточно высокой стоимости и сложности строительства.

Известно устройство для защиты от паводка по патенту РФ №117102, включающее плотину, выполненную в виде поворотного клапанного затвора, шарнирно установленного в береговых устоях и опирающегося на баллон из эластичного водонепроницаемого материала, соединенного трубопроводом с устройством водозабора и через управляемый вентиль -с устройством водосброса, соединенного с водостоком и размещенного в одном из береговых устоев, при этом устройство водозабора установлено на водостоке перед временным водоемом на высоте, превышающей максимально допустимый уровень воды во временном водоеме. Сущность данного технического решения заключается в разделении паводкового потока при поднятии его уровня на две части. Одна часть перехватывается временной запрудой (водоемом), образуемой за счет перекрытия потока временной плотиной. За счет забора второй части паводкового потока происходит заполнение баллона, который по мере наполнения поворачивает стенку упомянутой плотины до положения, обеспечивающего перекрытие воды в водоеме. При этом для создания необходимого для поднятия плотины уровня напора воды, водозабор производится на высоте, превышающей максимально допустимый уровень воды в запруде (водоеме). Это обстоятельство учитывается при выборе длины трубопровода, размер которого должен превышать высоту плотины гидроузла (максимально допустимый уровень воды во временном водоеме) с учетом угла наклона трубопровода.

Известен способ снижения подтопления поймы рек паводковыми водами, состоящий в том, что в период, предшествующий паводку, в пониженных точках рельефа поймы реки, при наличии под руслового потока или на тех ее участках, на которых геологическое строение грунта может обеспечить аккумуляцию значительных объемов воды, при отсутствии подземных инженерных сооружений, со стороны одного или обоих берегов строят абсорбирующие вертикальные или наклонные скважины, отличающийся тем, что входные сечения скважин перекрывают водонепроницаемыми крышками, ко времени подхода паводковой волны крышки снимают, и паводковую воду под действием силы тяжести сбрасывают вниз, аккумулируя ее в подземных слоях грунта или направляя в под русловые потоки.

Данное техническое решение, как наиболее близкое к заявленному по техническому существу и достигаемому результату, принято в качестве его прототипа

Недостатком данного устройства является сложность и ненадежность конструкции устройства, а также отсутствие возможности полезного использования, накопленного за время паводка объема воды, что могло бы снизить общий ущерб от против паводковых мероприятий.

Задачей заявляемого изобретения является предложение такого способа борьбы с паводками, который не только решит эту задачу, позволит снизить общий ущерб от паводковых мероприятий и полезно использовать часть объема паводковых вод.

Сущность заявленного технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для решения указанной заявителем технической проблемы и получения обеспечиваемого полезной моделью технического результата.

Согласно изобретению способ предотвращения ущерба от паводковых наводнений, включающий аккумуляцию части объема паводковых вод, отличающийся тем, что в жизненно важных зонах, подвергаемых затоплениям в паводковые периоды, с поверхности земли пробуривают по меньшей мере одну скважину до уровня плотных грунтов, затем в забое скважины осуществляют подземный взрыв с образованием подземной полости с упрочненными взрывом стенками и с объемом, соответствующим прогнозируемому расчетному объему возможного паводка, после чего соединяют образовавшуюся полость с поверхностью земли водоводом, на котором устанавливают обратимый турбоагрегат, выход генератора которого соединяют с аккумулятором электроэнергии, кроме того образовавшуюся полость соединяют с наружным воздухом воздуховодом, в полости которого размещен ветроагрегат, выход генератора которого соединяют с аккумулятором электроэнергии.

Кроме того, заявленное техническое решение характеризуется наличием ряда дополнительных факультативных признаков, а именно:

- на поверхности земли в устье скважин на уровне ниже уровня паводковых вод образуют воронку для поступления паводковых вод самотеком в водовод.

- в паводковый период осуществляют работу обратимого турбоагрегата в режиме турбины с выработкой генератором аккумулируемой электроэнергии;

- накопленную в аккумуляторе электроэнергию направляют на энергоснабжение противопаводковых мероприятий;

- по окончании паводкового периода осуществляют работу обратимого турбоагрегата в режиме насоса с подачей, накопленной в подземной полости воды на поверхность земли для последующей подаче ее для нужд водоснабжения, полива, обогрева зданий в зимний период и/или противопожарных мероприятий.

Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата, который заключается в том, что накопление в подземной искусственно образуемой емкости большого объема паводковых вод позволяет существенно снизить ущерб от паводка, а в послепаводковый период обеспечивается полезное использование накопленных паводковых вод..

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, на котором представлена поперечный разрез в месте образования подземной полости для приема и полезного использования паводковых вод. На чертеже позициями обозначены; подземная полость 1, водовод 2 со встроенным обратимым турбоагрегатом 3, аккумулятор электроэнергии 4, воздуховод 5 со встроенным ветроагрегатом 6, воронка 7 для сбора паводковых вод.

Способ осуществляют следующим образом.

В паводковый период вода из воронки 7 самотеком через водовод 2 стекает в подземную емкость 1. Турбоагрегат 3 при этом работает в турбинном режиме и вырабатывает электроэнергию, которая аккумулируется в аккумуляторе 4. Вытесняемый при этом из подземной емкости 1 воздух через воздуховод 5 выходит наружу. При этом воздух вращает ветроагрегат 6, который вырабатывает электроэнергию, которая аккумулируется в аккумуляторе 4 и может быть использована для энергоснабжение противопаводковых мероприятий. По окончании паводкового периода осуществляют работу обратимого турбоагрегата 3 в режиме насоса, в т.ч. с использованием электроэнергии аккумулятора 4 и подают накопленную в подземной полости 1 воду на поверхность земли для последующей подаче ее для нужд водоснабжения, полива, обогрева зданий в зимний период и/или противопожарных мероприятий.

Заявленное устройство может быть реализовано с использованием известного оборудования, технических и технологических средств.

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, а именно к устройствам защиты населенных территорий от паводковых наводнений. В паводковый период вода из воронки 7 самотеком через водовод 2 стекает в подземную емкость 1. Турбоагрегат 3 при этом работает в турбинном режиме и вырабатывает электроэнергию, которая аккумулируется в аккумуляторе 4. Вытесняемый при этом из подземной емкости 1 воздух через воздуховод 5 выходит наружу. При этом воздух вращает ветроагрегат 6, который вырабатывает электроэнергию, которая аккумулируется в аккумуляторе 4 и может быть использована для энергоснабжения противопаводковых мероприятий. По окончании паводкового периода осуществляют работу обратимого турбоагрегата 3 в режиме насоса, в т.ч. с использованием электроэнергии аккумулятора 4, и подают накопленную в подземной полости 1 воду на поверхность земли для последующей подачи ее для нужд водоснабжения, полива, обогрева зданий в зимний период и/или противопожарных мероприятий. Накопление в подземной искусственно образуемой емкости большого объема паводковых вод позволяет существенно снизить ущерб от паводка, а в послепаводковый период обеспечивается полезное использование накопленных паводковых вод. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ предотвращения ущерба от паводковых наводнений, включающий аккумуляцию части объема паводковых вод, отличающийся тем, что в жизненно важных зонах, подвергаемых затоплениям в паводковые периоды, с поверхности земли пробуривают по меньшей мере одну скважину до уровня плотных грунтов, затем в забое скважины осуществляют подземный взрыв с образованием подземной полости с упрочненными взрывом стенками и с объемом, соответствующим прогнозируемому расчетному объему возможного паводка, после чего соединяют образовавшуюся полость с поверхностью земли водоводом, на котором устанавливают обратимый турбоагрегат, выход генератора которого соединяют с аккумулятором электроэнергии, кроме того, образовавшуюся полость соединяют с наружным воздухом воздуховодом, в полости которого размещен ветроагрегат, выход генератора которого соединяют с аккумулятором электроэнергии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на поверхности земли в устье скважин на уровне ниже уровня паводковых вод образуют воронку для поступления паводковых вод самотеком в водовод.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в паводковый период осуществляют работу обратимого турбоагрегата в режиме турбины с выработкой генератором аккумулируемой электроэнергии.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что накопленную в аккумуляторе электроэнергию направляют на энергоснабжение противопаводковых мероприятий.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что по окончании паводкового периода осуществляют работу обратимого турбоагрегата в режиме насоса с подачей накопленной в подземной полости воды на поверхность земли для последующей подачи ее для нужд водоснабжения, полива, обогрева зданий в зимний период и/или противопожарных мероприятий.