Способ регулирования температурного режима воды в нижнем бьефе гидротехнического сооружения Советский патент 1993 года по МПК E02B9/04 

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано, например, для уменьшения длины пОЛыньи; возникающей в зимнее время в нижнем бъефе гидроузлов.

Целью изобретения является снижение вредных экологических воздействий на окружающую среду в нижнем бъефе гидротехнического сооружения.

На чертеже изображен разрез по нижнему бьефу гидротехнического сооружения и представлена схема реализации предложенного способа.

В пределах ширины активной зоны потока на глубине стратифицируемого слоя, параметры которых определяют с помощью математического или физического моделирования (для построенных сооружений-по результатам натурных исследований), на некотором расстоянии от плотины 1 гидротехнического сооружения в потоке воды нижнего бъефа размещают распылители воздуха 2, связанные с источником сжатого воздуха.

С помощью распылителей воздуха 2 распыляют воздух в верхней части потока йоды на глубине, соответствующей нижней границе стратифицируемого слоя потока.

Благодаря распылению воздуха в верхней части потока образуется смесь воды и воздуха.

Это обеспечивает разделение (стратификацию) потока по вертикали на два отличающихся друг от друга своей плотностью; слоя -относительнотонкий верхний слой, облегченный за счет распыленного в нем воздуха, и более тяжелый нижний слой, составляющий основную часть потока.

VJ

чэ

00 4 ND Ч|

Разная плотность указанных слоев потока препятствует их смешиванию, поэтому воздействие атмосферного воздуха подвергается одна и та же, причем существенно меньшая часть воды в потоке.

Кроме того, за время пребывания распыленного воздуха в воде происходит обмен тепловой энергии между водой и пузырьками воздуха, что в зимних условиях, т.е. при распылении в воде холодного воздуха, забираемого из атмосферы, приводит к дополнительному охлаждению воды этим воздухом. - Тепловое взаимодействие поверхности стратифицированного потока воды с атмосферным воздухом и верхнего слоя потока с распыленными пузырьками того же воздуха приводит к снижению плотности воды в верхнем слое (как известно, максимальную плотность вода имеет при 4°С) и, тем самым, обеспечивается поддержание несмешиваемости верхнего слоя с остальной, частые потока после выхода из него распыленного воздуха в атмосферу и продлевается время воздействия на него атмосферного воздуха.

Возникновение же в приповерхностной зоне потока несмешиваемого с его остальной частью более легкого слоя в определенной степени способствует стабилизации (выглаживанию) течения основной массы воды, что в свою очередь также повышает устойчивость верхнего слоя.

Легко видеть, что обусловленная пред- латаемым способом совокупность отмеченных выше физических воздействий на поток воды в нижнем бъефе гидротехнического сооружения существенно интенсифицирует влияние температуры атмосферного воздуха на поверхность потока, что в зимних условиях ускоряет образование ледяного покрова, т.е. существенно уменьшит размеры полыньи, .

Следует отметить, что регулирование температурного режима воды в нижнем бьефе гидротехнического сооружения предлагаемым способом может, быть полезно ив летний период.

Действительно, температура воды, поступающей по напорным водоводам лётом в.нижний бьеф из водохранилища, оказывается ниже температуры, требуемой для нормального развития растительных и животных микроорганизмов, обитающих в верхних слоях воды,.

Нагрев же поверхностных слоев воды атмосферным воздухом в летнее время (так. же, как и их охлаждение зимой) затруднен вследствие отмеченного выше интенсивного перемешивания воды в нижнем бъефе по всему живому сечению потока.

В силу этого летом в нижнем бьефе возникает зона, существенно.отличающаяся от естественных природных условий, где нормальное развитие простейших, а стало

быть, и более сложных водных организмов (например, рыб) затруднено или даже невозможно,..-. ,

Применение предлагаемого способа и в этом случае упрощает решение проблемы,

поскольку обеспечивает и в летний период стратифицирование потока в нижнем бъефе и интенсивный нагрев верхнего слоя по схеме, аналогичной охлаждению его в з.имний период .. ., ..; . ;.:. . .- . :

6 самом деле, распыление воздуха в верхней части потока приводит к разделению его на две несмешиваемые из-за разницы плотностей части и созданию условий для более интенсивного нагрева воды под

воздействием атмосферного воздуха.

Дополнительный нагрев верхнего слоя воды осуществляется воздухом; распылен ным в верхнем слое потока.

Поскольку, описанный выше нагрев воды происходит летом за пределами ее максимальной плотности (т.е. при температурах существенно выше 4°С), то совместное тепловое воздействие атмосферного и распыленного воздуха приводит к снижению

плотности воды и тем самым препятствует смешиванию верхних слоев с остальной частью потока..

Таким образом, применение предлагаемого способа в летнее время также способствует восстановлению в нижнем бъефе естественных температурных условий.

Кроме того, часть распыляемого воздуха неизбежно растворяется в воде, насыщая ее. воздухом, необходимым для дыхания низших и высших растительных и животных организмов.-.....

Полезность предлагаемого способа очевидна и за клю.чаетсй в существен ном уменьшении негативных воздействий этих

сооружений и, прежде всего, гидроузлов с выс.оконапорнымй плотинами на окружаю- щуюсреду.:

Формул а изо б ре те ни я Способ регулирования температурного режима воды в нижнем бъефе гидротехнического сооружения, включающий стратификацию потока воды, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью снижения вредных эколо- гических воздействий на окружающую среду, определяют в нижнем бъефе за гидротехническим сооружением глубину стратифицируемого слоя потока воды и ширину активной зоны потока, после чего осуществляют стратификацию потока воды по

его плотности путем распыления воздуха на глубине нижней границы стратифицируемого потока воды в пределах ширины активной зоны потока.

Использование: снижение вредных экологических воздействий на окружающую среду в зимнее время в нижнем бъефе гидроузлов. Сущность изобретения: в нижнем бъефе гидротехнического сооружения определяют глубину стратифицируемого слоя; потока воды и ширину активной зоны потока, после чего осуществляют стратификацию потока воды по его плотности путем распыления воздуха на глубине нижней границы стратифицируемого потока воды в пределах ширины активной зоны потока. 1 ил.