ПОДВИЖНАЯ БЕРЕГОЗАЩИТНАЯ ШПОРА
MOVABLE BANK PROTECTION GROIN

Изобретение относится к гидротехническому и природоохранному строительству и может быть использовано для защиты речных прибрежных зон от процессов по их естественному переформированию и для выпрямления трассы реки. Одним из гидротехнических сооружений возводимых для этой цели являются защитные шпоры [1], выстраиваемые с берега под определенным углом наклона по отношению к защищаемому берегу и включающие следующие участки:
- примыкающий к берегу корень;
- располагающуюся на глубине и испытывающую наибольшее разрушительной воздействие водного потока голову;
- соединяющего их тела.
Такая конструкция имеет следующие недостатки:
- во время ледохода и вскрытия реки шпоры играют роль перемычек сужающих русло реки и ухудшающими параметры ледопропускного фронта [2];
- при переменном уровне течения реки шпоры должны строиться с расчетом на самый высокий уровень (избыточная высота);
- при переменной скорости течения реки шпоры должны строиться с расчетом на самую высокую скорость водного потока (избыточная прочность).
Третий недостаток частично компенсируется строительством водопроницаемых шпор [3]. Второй недостаток частично компенсируется использованием шпор затопляемых только при высоком уровне речных вод. Первый недостаток, частично компенсируется использованием постоянно заливаемых шпор [4].
Во всех трех случаях частичность решения, обусловлена тем, что оно достигнуто за счет ухудшения целевой характеристики шпоры - снижения скорости прибрежного речного потока. То есть, не решено основное противоречие:
- для выполнения защитной и выпрямительных функции шпоры, как конструкции несущие силовую нагрузку, должны быть неизменными по прочности, высоте и проницаемости;
- для приспособления к переменному гидрологическому состоянию реки шпоры должны быть переменными по тем же параметрам.
Преодолеть такое противоречие можно с помощью приема «динамизации», когда шпора делится на части, способные перемещаться относительно друг друга и при этом характеристики шпоры должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы.
Например, голова шпоры может быть выполнена в виде сваи переменной высоты. Это дает возможность во время ледохода спрятать сваю в толще вод подо льдом. Тело шпоры может быть выполнено в виде гибкой гирлянды переменного сечения с возможностью перемещения ее по горизонтали. Это дает возможность перекрывать прибрежный поток при любом уровне воды. Если гирлянду сделать плавучей, возможна утилизация разрушительной энергии набегающего речного потока [5].
Корень шпоры может быть выполнен в виде перемещаемого по берегу блока. При понижении уровня воды и осушения дна этот блок может перемещаться вниз. Кроме того, при перемещении блока вдоль берега, при неизменном положении головы шпоры меняется угол наклона шпоры по отношению к защищаемому берегу, что дает возможность в случае необходимости менять условия взаимодействия шпоры и набегающего потока.
Оси шпор располагают в плане не перпендикулярно потоку воды, а с некоторым поворотом вниз по течению. Обычно угол между контуром защищаемого берега и осью шпоры составляет 60-70° [1]. С увеличением скорости потока (половодье) подвижная берегозащитная шпора может увеличить этот угол, с уменьшением (ледостав) - уменьшить.
Цель изобретения: сохранение эксплуатационных характеристик берегозащитной шпоры при изменении гидрологического режима реки.
Поставленная цель достигается тем, что шпора выполняется ограниченно подвижной по горизонтали и вертикали и включает:
- голову шпоры в виде сваи переменной высоты;
- тело шпоры в виде гирлянды переменного сечения с возможностью перемещения по горизонтали и вертикали;
- корень шпоры в виде подвижного блока с возможностью перемещения по горизонтали вдоль берега реки и по вертикали при обнажении дна реки с понижением ее уровня.
Предлагаемая конструкция позволяет:
- во время ледохода и ледостава спрятать голову и тело шпоры в толще вод подо льдом;
- перекрывать телом шпоры прибрежный поток при любом уровне воды;
- изменять угол наклона шпоры по отношению к защищаемому берегу.
Заявляемая конструкция с присущими ей существенными признаками может быть неоднократно и в различных вариантах, с использованием различных устройств и материалов, успешно реализована на практике с получением указанного выше результата.
Пример. Конструкция подвижной берегозащитной шпоры поясняется чертежом на Фиг. 1. В половодье верхушка винтовой сваи (1) с фиксирующим блоком (2) и вертлюгом (3) находится над поверхностью воды. На отходящем от вертлюга тросе (4) крепятся поплавки (5) с винтовыми лопастями (6). Подъемная сила поплавков необходима и достаточна для того, чтобы лопасти в верхнем положении всегда находились над поверхностью воды (7). Длина лопастей поплавков необходима и достаточна, чтобы в крайнем нижнем положении они максимально перекрывали водный поток, не задевая дна (8). В этом случае набегающая вода бьет в нижние лопасти и вращает поплавки. Они скручивают трос и передают вращательное движение на генератор (9) находящийся на перемещаемой платформе (10). Энергия движения воды вместо разрушения берегов направляется на выработку электрического тока, который передается в сеть или используется на месте, например: на работу земснаряда, углубляющего основное русло реки.
В летнее маловодье при более низком уровне воды (7) (Фиг. 2) вертлюг (3) закрепляется фиксирующим устройством (2) на новом более низком уровне сваи (1). Поплавки (5) с лопастями (6) с помощью троса (4) подтягиваются ближе к свае (1). Перемещаемая платформа (9) с генератором (10) переезжает на высохшее речное дно (8).
Зимой, в период ледостава (Фиг. 3) вертлюг (3) закрепляется фиксирующим устройством (2) на новом самом низком уровне сваи, верхушка сваи (1) отсоединяется (вариант: свая более глубоко ввинчивается в дно), так чтобы от уровня льда (11) верх сваи отстоял более чем на 0,5 метра. Лопасти (6) и поплавки (5) закрепляются тросом (4) в наклонном положении и продолжают выработку электроэнергии в генераторе (10) используя только свою винтовую поверхность.
Поскольку в период ледостава скорости течения самые низкие угол шпоры по отношению к защищаемому берегу может быть более 120°. Для этого перемещаемая платформа продвигается по берегу против направления течения за точку береговой поверхности ближайшую к свае шпоры на строго определенное расстояние. То есть, у нас реализуется вариант шпоры с осью против течения, который наиболее ослабляет размывающее воздействие [4].
В период половодья с наиболее быстрым течением угол шпоры по отношению к защищаемому можно сделать меньше 30°. Для этого перемещаемая платформа продвигается по берегу по направлению течения за точку береговой поверхности ближайшую к свае шпоры на строго определенное расстояние.
В остальные периоды угол шпоры по отношению к защищаемому берегу устанавливается на уровне 70° аналогичным перемещением, но на меньшее расстояние.
Источники информации
[1] Электронный ресурс: https://www.gidroburo.ru/index.php/a-proektifovanie/a-7-beregoukrepleniya/72-a-7-05-zashchitnye-shpory.
[2] Электронный ресурс: https://ohranatruda.ru/ot_biblio/norma/249408/.
[3] А.С. СССР N 1483001 МПК Е02В 3/04; Е02В 3/06. Берегозащитная шпора. В.Ф. Дмитриев, Е.И. Масс, Л.Р. Мороз, В.И. Руденко, Д.П. Надирадзе, З.А. Титова Опубл. 30.05.89. Бюл. N 20.
[4] Электронный ресурс: http://alobuild.ru/gidrotehnicheskiye-sooruzheniya-1985/shpori.php.
[5] Патент РФ N57839. МПК F03B 13/00. Гирляндная ГЭС. А.И. Попов Опубл. 27.10.2006. Бюл. N 30.