СПОСОБ СОЗДАНИЯ ИСКУССТВЕННОГО АЙСБЕРГА Российский патент 2021 года по МПК F25C1/00 E03B1/00 

Область техники:

Настоящее изобретение относится к области использования нетрадиционных источников пресной воды и позволяет создавать искусственные айсберги размером до 400*400*200 метров и отправлять их в регионы мира, остро нуждающиеся в чистой пресной воде. В основу изобретения легла концепция создания искусственных айсбергов из пресной воды дг.мн. Глотова В.Е.

Уровень техники:

На текущий момент в мире отсутствует технология, которая позволяла бы при сравнительно небольших затратах, создавать искусственные айсберги как источники пресной воды.

Описание изобретения:

Хорошо известно, что водные ресурсы неравномерно распределены по площади земной суши. Эта неравномерность будет усиливаться по мере роста численности землян и дальнейшего потепления климата. Изменение климата приведет к сокращению обеспеченности населения пресной водой в Центральной, Южной, Восточной и Юго-Восточной Азии. Вместе с тем, геоморфологические и палеогеографические данные позволяют судить о значительном увеличении ресурсов подземных вод в зоне активного водообмена и водности рек при потеплении климата в высоких широтах, в том числе и на северо-восточной окраине Евразии. В частности, природные условия Северо-Востока России позволяют данному региону специализироваться на поставке пресной высококачественной питьевой воды в страны Юго-Восточной Азии.

Общие сведения о регионе. Северо-Восток России (СВР) - преимущественно горная страна, в географическом отношении является полуостровом Евразии, омываемом морями Тихого и Северного Ледовитого (Арктического) океанов. С запада его естественной границей служит Верхоянский хребет. Общая площадь региона (без полуострова Камчатки) около 2,2 млн. км². Население не более 300 тыс. человек, т.е. плотность около 1 человека на 7 км². Перспективы увеличения постоянных жителей здесь не велики, поскольку суровые природные условия региона, его удаленность от густо населенных и хозяйственно развитых экономических районов не привлекают людей к постоянному проживанию. Промышленное же освоение водных ресурсов возможно вахтовым способом. Высокоширотное положение региона и повышенная ледовитость омывающих СВР морей обуславливают очень холодный климат. Средняя годовая температура воздуха не поднимается выше -2,5°С. Длительность холодного периода года, когда среднесуточная температура ниже 0°С, равна 7-8 месяцам при средней зимней температуре не выше -14°С. В этих условиях на территории повсеместно развиты многолетнемерзлые породы.

Ресурсы пресных вод СВР. Пресные воды, питаемые дождями, тающим снегом, наледями, внутригрунтовыми льдами, сосредоточены в поверхностных водотоках, сезонно-талом слое, таликах речных долин, и, в меньшей степени, в сезонных наледях и подмерзлотных горизонтах. При заозеренности и заболоченности горных районов менее 0,1% о водообеспеченности региона можно судить по объему речного стока в моря, поскольку потоки поверхностных и подземных вод в горных районах криолитозоны едины.

Таблица. Объем среднегодового водного стока в моря Северного Ледовитого и Тихого океанов.

Река, гидроствор Способ получения данных о стоке Среднегодовой объем стока, млрд. м³ Реки Восточно-Сибирского моря замер, расчет 150,5 Реки Чукотского моря расчет 28,2 Реки Берингова моря замер, расчет 220,7 Реки Охотского моря, в т. ч.: 163,5 Яна - устье расчет 10,4 Тауй - устье замер 11,5 Ола - устье замер 6,8

Таким образом, общий сток пресных вод в океаны в данном регионе достигает 562,8 тыс. м³. Для сравнительной оценки приведенных значений укажем, что на одного постоянного современного жителя региона приходится около 5400 м³ в сутки воды, что более чем в 280 раз превосходит водообеспеченность 1 человека на Земле в целом. Для целей водоснабжения экологически безопасно использовать около 56·10⁹ м³ воды или 540 м³ в сутки на 1 человека, что составляет примерно 10% общего среднегодового стока.

Если оценивать ближнюю перспективу примерно до 2025 г., то уже сейчас можно сформулировать задачу об экспорте пресной питьевой воды с северного побережья Охотского моря, дренируемого такими реками как Яна, Тауй, Ола, Гижига и другие. В бассейнах этих рек нет крупных предприятий - загрязнителей, практически отсутствует и сельскохозяйственное производство. Наиболее промышленно освоенные площади, занятые г. Магадан и его пригородами, находятся в бассейнах малых рек Магаданка и Дукча, впадающих в Тауйскую губу, поэтому на потенциальное загрязнение воды других рек не влияют.

Питьевые качества речных вод иллюстрируются данными изучения их химического состава.

Таблица. Химический состав речных вод северного побережья Охотского моря (по материалам Колымского управления по гидрометеоролигии и мониторингу окружающей среды, Северо-Восточного комплекса научно-исследовательского института Дальневосточного отделения Российской академии наук, Северо-Восточного геологического управления МГ РСФСР)

Река, фаза режима Показатели качества пресных вод Прозрачность, см рН Сумма ионов, мг/дм³ Железо общее Общая жесткость, мг-экв/дм³ Цветность по Pt-Co шкале, градус Гижига, зимняя межень, средняя >30 6,6 65 0,01 0,65 0 То же, летне-осенняя межень >24 6,8 54 0,09 0,56 0 Хасын, зимняя межень, средняя >30 6,4 77,9 0 0,83 0 То же, летне-осенняя межень4 >24 7 34,9 0,5 0,45 4 Тауй, зимняя межень, средняя >30 6,4 32,3 0,24 0,31 0 То же, летне-осенняя межень >30 6,8 27,2 0,29 0,22 4 Каменушка, зимняя межень, средняя >30 6,2 49,8 0,01 0,43 0 То же, летне-осенняя межень >30 6,4 30,1 0,24 0,24 0

Воды относительно крупных рек северного побережья Охотского моря - Гижига и Тауй в течение нескольких лет изучал Магаданский центр контроля загрязнения природной среды для выявления закономерностей негативных изменений качества речной воды под воздействием естественных и техногенных факторов. Определялось содержание различных форм азота, железа общего, меди, цинка, фенолов, нефтепродуктов, синтетических поверхностно активных веществ. По всем показателям вода оказалась чистой, что обусловлено отсутствием крупных населенных пунктов и очагов хозяйственной активности на водосборных площадях рек. Только в период весеннего половодья и летних паводков возможны возрастания отдельных показателей (металлов, азота разных форм, нефтепродуктов). Следовательно, воды рек, сток которых формируется на площадях, не затронутых деятельностью человека, могут использоваться без предварительной подготовки. Этот вывод верен и по отношению к ресурсам пресных подземных вод аллювиальных отложений, качество которых более высокое и устойчивое, чем поверхностных.

Способы транспортировки воды. По нашим расчетам, без ущерба для современных естественных нерестилищ лососевых рыб, других водных животных и растений можно в настоящее время экспортировать на мировой рынок около 3·10⁹ м³ воды, забираемой из аллювиальных отложений в приустьевых участках рр. Яна, Армань, Тауй. Это составляет 10% и менее общего годового стока рек. В дальнейшем эта цифра может быть увеличена до 6·10⁹ м³.

Водозаборы предполагается размещать в виде линейного ряда скважин, вытянутого в пойме вдоль русла реки, для свободного привлечения речных вод к воронке депрессии. Для перевозки воды можно использовать крупнотоннажные морские танкеры, применяемые ранее для перевозки нефти. В настоящее время для перевозки нефти используются танкеры, корпус которых сделан из двух оболочек. Поскольку пресная вода не опасна в экологическом отношении, то для ее перевозки можно применять суда или караваны наливных буксируемых барж, которые по современным требованиям не пригодны для транспортировки нефти и нефтепродуктов. В этих случаях станции по заполнению танкеров пресной водой значительно упрощены, по сравнению с нефтяными. Вместо сооружения нефтеналивных терминалов, технически сложных из-за необходимости соблюдения требований экологической, противопожарной и антитеррористической безопасности, достаточно будет оборудовать насосную станцию и обеспечивать санитарный контроль. Судно может находиться на рейде в море, а вода будет подаваться по трубопроводу, проложенному вдоль подводного продолжения русла реки, что предохранит водоводы от перемерзания.

Принимая во внимание тот факт, что прибрежные течения в Охотском море направлены от северных берегов к Японскому морю, возможна транспортировка ледовых массивов в виде айсбергов, искусственно создаваемых в зимнее время у морского побережья, для сплава их к южным морским акваториям и дальнейшей буксировки к пунктам назначения.

В случае доставки пресной воды на экспорт в виде айсбергов стоимость транспортировки уменьшится примерно в два раза, при проведении работ в зимнее время. При этом необходимо считаться с особенностями стока рек в этот период, когда расходы воды уменьшаются в сотни раз.

Поэтому при круглогодичном отборе пресных вод в количествах, сопоставимых с минимальным зимним расходом (около 20 м³/с), возможны негативные явления в виде подтока соленых морских вод и осушения нерестилищ. Избежать этого процесса можно, используя хорошо изученные на Северо-Востоке России способы искусственного восполнения запасов пресных вод.

Способ создания искусственного айсберга позволяет использовать естественные природные процессы Северо-Восточного региона России для создания искусственных айсбергов размером до 400*400*200 метров, состоящих их массы льда пресной воды, замерзающей в естественных условиях при отрицательных температурах. При заморозке искусственного айсберга применяется инновационная технология подачи ламинарных потоков воды, при которых жидкость перемещается слоями без перемешивания и пульсаций (то есть без беспорядочных быстрых изменений скорости и давления) на полимерную мембрану, состоящую из высокоплотного полиолефина и выполняющую роль армирующего эндоскелета, а также способствующую снижению скорости истаивания искусственного айсберга и препятствующую потери его объёма. Полимерная мембрана крепиться в рамках каркаса, который используется в виде армирующего эндоскелета, выполненного из твёрдой основы, состоящий из отдельных скреплённых между собою опорных элементов стержней, балок, опор, которые могут быть выполнены из различных высокопрочных материалов для создания искусственного айсберга, данный способ формирования искусственного айсберга снижает скорость истаивания льда и препятствующую потери его объёма.

Краткое описание чертежей

На фигуре представлен внешний вид искусственного айсберга [1] и вид полимерной мембраны [2] на основе которой формируется нарастание льда.

Литература

1. Андерсон П.М., Ложкин А.В. Позднечетвертичные растительность и климаты Сибири и Российского Дальнего Востока (палинологическая и радиоуглеродная база данных). - Магадан: СВНЦ ДВО РАН, 2002. - 369 с.

2. Глотов В.Е., Глотова Л.П. Особенности применения методов магазинирования пресных подземных вод в бассейне р. Колыма // Известия Самарского научного центра. - 2012. - Т. 14, № 1 (9) - С. 2316-2320.

3. Ковалев А.Д. Моря // Север Дальнего Востока. - М.: Наука, 1970. - С. 165-185.

4. Многолетние данные по режиму и ресурсам поверхностных вод: бассейн Колымы и рек Магаданской области. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - Т. 1. - 432 с.

5. Инновации в современной геологической науке и практике: материалы Всероссийской научно-практической конференции (Старый Оскол, 23-24 апреля 2014 г.), Старый Оскол, 2014. с. 28-36

Изобретение относится к области создания искусственных источников водоснабжения. Способ состоит в создании искусственного айсберга (1), на основе армирующего эндоскелета (2). Эндоскелет изготовляют из твёрдой основы, которую скрепляют из опорных элементов. В рамках эндоскелета закрепляют полимерную мембрану, изготовляемую из высокоплотного полиолефина. Размещают армирующий эндоскелет в ламинарных потоках воды, где при естественных условиях при отрицательных температурах осуществляется естественное замерзание массы льда пресной чистой воды. Обеспечивается создание искусственного источника пресной воды. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Способ создания искусственного айсберга на основе армирующего эндоскелета, который изготовляют из твёрдой основы, которую скрепляют из опорных элементов, в рамках которого закрепляют полимерную мембрану, изготовляемую из высокоплотного полиолефина, размещают армирующий эндоскелет в ламинарных потоках воды, где при естественных условиях при отрицательных температурах осуществляется естественное замерзание массы льда пресной чистой воды.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве каркаса для создания искусственного айсберга используется основа в виде армирующего эндоскелета, состоящая из твёрдой основы и полимерной мембраны, изготовленной из высокоплотного полиолефина, который снижает скорость таяния искусственного айсберга и препятствует потери его объёма.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что армирующий эндоскелет помещают в ламинарные потоки воды, при которых жидкость перемещается слоями без перемешивания и пульсаций, то есть без беспорядочных быстрых изменений скорости и давления.