Тенденции развития инженерно-технических решений очистки от наносов естественных и искусственных водотоков

Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(02), 2011 г. УДК 627.8.034.73

Д. А. Чернова

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИХ

РЕШЕНИЙ ОЧИСТКИ ОТ НАНОСОВ ЕСТЕСТВЕННЫХ И ИСКУССТВЕННЫХ ВОДОТОКОВ

В статье рассмотрены способы и устройства, применяемые для промыва естественных и искусственных водотоков, и тенденции их развития за период более 50-ти лет.

Ключевые слова: наносы, водоток, промыв, струенаправляющий, синтетические материалы, волна попуска.

D. A. Chernova DEVELOPMENT TRENDS FOR ENGINEERING AND TECHNICAL SOLUTIONS CLEAN SEDIMENT FROM NATURAL AND ARTIFICIAL WATER FLOWS

Methods and devices used for flushing of natural and artificial waterways as well as its development trends in period of more than 50 years are considered in the article.

Key words: sediment, water flow, washing, turning vane, synthetic materials, the wave of releases.

Инженерно-техническое выполнение устройств для промыва русел водотоков на протяжении значительного промежутка времени истории регулирования наносных отложений ограничивалось использованием традиционных материалов: камень, грунт, дерево. Такие устройства выполнялись стационарными, по типу водостеснительных сооружений, и размещались вдоль оси потока или поперек нее. Своим присутствием в русле они обеспечивали уменьшение живого сечения потока до размеров, когда скорость течения становилась достаточной для размыва донных отложений. Их направленность действия обеспечивала углубление русла при одновременном переносе продуктов размыва ниже по течению. Возведение таких конструкций своими целями в основном имеет улучшение судоходных путей и увеличение пропускной способности русла, а также защиту берегов от их переформирования [1].

Развитие техники привело к созданию устройств, использующих для размыва донных отложений движущую силу двигателей внутреннего сгорания. Примером таких устройств является дноуглубительное устройство [2], представляющее собой судно, в задней части которого прикреплено направляющее приспособление, у которого боковые поверхности образуют угол, обращенный вершиной к судну, а гребные винты расположены в корме судна веерообразно. Такое конструктивное выполнение позволяет направлять размывающие струи воды в стороны и при проходе судна через перекат образовывать прорезь значительной ширины.

Появление центробежных насосов с прочной крыльчаткой и специальной облицовкой поверхностей позволило промышленности освоить выпуск землесосов с размещением их для работы как на суше, так и на плаву. Эти устройства получили широкое распространение при проведении очистных работ в руслах рек, каналов, морских портов, водохранилищ. Однако большим недостатком таких устройств является их высокая энергоемкость и, как следствие, низкая экономическая привлекательность. Все это подвигло конструкторскую мысль к поиску новых инженерно-технических подходов к решению задачи промыва русел рек.

М. В. Потаповым 31 мая 1935 г. за № 43350 было получено авторское свидетельство на устройство направляющих систем, состоящих из ряда плавучих направляющих плоскостей, позволяющее создавать винтообразное движение в водном потоке. Такие направляющие системы нашли широкое применение для:

- защиты прорезей на перекатах от занесения донными наносами;

- производства активного размыва прорезей благодаря перераспределению скоростей течения воды в потоке;

- направления донных наносов в один из протоков реки или к вогнутому берегу реки.

Идея М. В. Потапова привлекла внимание многих специалистов гид-

ротехников, которые предложили многочисленные усовершенствования изобретения М. В. Потапова и насыщения его энергоемким механическим оборудованием. Так, И. И. Заикиным было предложено техническое решение [3], имеющее своей целью более точную установку каждого плавучего струенаправляющего шита (или группы их), путем установки дополнительной регулирующей плоскости, соединенной с направляющей плоскостью жесткими связями и насаженная на одну ось с деревянным шкивом, предназначенным для поворота всей системы.

Также на основе идеи М. В. Потапова, А. И. Простовым предложено устройство, состоящее из самоходного судна с насосными установками, комбинированной системы размывных труб и направляющих щитов, смонтированных на понтонных крыльях за кормою судна [4].

А. Н. Стрельниковым предложено устройство регулирования во времени увеличения скорости воды в русле путем установки насосов на понтоне, устанавливаемом в русле перпендикулярно течению и служащим в качестве плотины [5].

Наряду с разработками конструкций устройств исследователями предлагаются и способы углубления рек путем размыва грунта струями воды, подаваемой под давлением, при одновременной подаче воздуха к месту размыва для аэрации пульпы, с целью улучшения условий ее транспортировки течением воды [6].

Появились технические решения проблем промыва русел и с использованием низких зимних температур [7], применительно к многорукавным руслам. Для этого на участках с несколькими руслами побочные протоки закрывают в зимнее время путем промораживания воды в створе протоков, и в предвесенний период по трассе фарватера прорывают траншею во льду до дна русла, удаляя из нее наносный торосистый лед для того, чтобы в весенний период поверхностные воды стекали в эту траншею, усиливая начало размыва наносного грунта по фарватеру.

Аналогичное мероприятие предложено и для малых рек средней полосы России [8], включающее периодические понижения и подъемы уровней воды в реке путем пропуска ее через водорегулирующие сооружения в период стабильных заморозков на 20-50 см в зависимости от средней глубины реки, а после замораживания объема воды толщиной, обеспечивающей захват растущей на дне растительности, осуществляют подъем уровня с растительными включениями до средней заданной отметки, при этом процессы снижения и подъема уровней в зимний период осуществляют неоднократно.

Впервые техническое решение проблемы промыва русел с использованием полотнищ из синтетических материалов предложено

А. И. Простовым [9]. Устройство для промыва представляет собой водостеснительное устройство в виде полотнища, не доходящего до дна реки, и выполнено передвижным, с возможностью его буксировки, судном для установки во внефарватерной зоне под углом равным или меньше 90°, лучами которого являются ось устройства и направление течения реки.

Дальнейшее совершенствование этой конструкции выразилось в создании плавучего струенаправляющего устройства [10], представляющего собой ряд соединенных друг с другом гибких герметичных емкостей, заполненных сжатым воздухом, якорное устройство которых выполнено также из герметичной гибкой емкости, заполненной сжатым воздухом и снабженной пригрузом. Устанавливаются подобные конструкции так же, как и предыдущие, посредством буксирующего судна на перекатах.

С целью стабилизации положения русла, защиты берегов от размыва и борьбы со струйностью потока было создано устройство для регулирования русла [11] с закрепленным тросами и размещенным в русле на поверхности потока элементом сопротивления в виде гибкого полотнища из материала с удельным весом, меньшим удельного веса воды, и имеющего длину, превышающую 40 глубин потока под полотнищем.

С целью повышения эффективности очистки водотоков в местах, где донные отложения в виде различных категорий накапливаются на участках большой протяженности, был предложен способ очистки водотоков от наносов [12], заключающийся в использовании каскада мембранных плотин, имеющих высоту, уменьшающуюся по течению, с последующим их мгновенным опусканием, начиная с первой по течению плотины, что создает волну попуска. Возникновение волны попуска обеспечивает резкое увеличение скорости потока, которая уменьшается по мере продвижения волны к соседней плотине и вновь периодически резко увеличивается в моменты последовательного мгновенного опускания плотин. Плотины устанавливаются друг от друга на расстоянии, обеспечивающем при продвижении волны попуска на участке между опущенной плотиной и последующей скорость в водотоке не меньше скорости, транспортирующей донные отложения. В случае недостаточной очистки цикл создания волны попуска повторяется.

Однако для эффективного использования данного инженернотехнического решения в настоящее время нет достаточно надежных и малоэнергоемких устройств мгновенного опускания плотин.

Таким образом, из общего числа инженерно-технических направлений конструирования устройств для промыва, анализ патентных исследований выявил развивающуюся тенденцию широкого использования в качестве основных их элементов полотнищ из гибких и пленочных материалов.

Список использованных источников

1 Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования: СНиП 2.06.01-86. - Взамен СНиП 11-50-74, СНиП 11-51-74; введ. 1987-07-01. - М.: Госстрой, 1987. - 45 с.

2 Дноуглубительное устройство: а.с. 42468 СССР: МПК(6) Е 02 В 3/02 / П. С. Тюкавин (СССР). - № 142695; заявл. 22.02.34; опубл. 31.03.35.

3 Устройство для закрепления направляющих плоскостей в потоке: а.с. 50084 СССР: МПК(6) Е 02 В 3/02 / И. И. Заикин (СССР). - № 154677; заявл. 29.09.34; опубл. 31.08.36.

4 Устройство для производства дноуглубительных работ: а.с. 75007 СССР: МПК(6) Е 02 В 3/02 / А. И. Простов (СССР). - № 359411; заявл. 31.03.47; опубл. 1964, Бюл. № 21.

5 Устройство для промывки каналов: а.с. 50817 СССР: МПК(6) Е 02 В 3/02, Е 02 В 15/00 / А. Н. Стрельников (СССР). - № 183419; заявл. 30.12.35; опубл. 30.04.37.

6 Способ углубления рек: а.с. 70158 СССР: МПК(6) Е 02 В 3/02 /

В. Я. Пацуло (СССР). - № 3302 (342078); заявл. 07.01.46; опубл. 30.09.49.

7 Способ углубления и выправления рек: а.с. 83167 СССР: МПК(6) Е

02 В 3/02 / В. К. Жуков (СССР). - № 378871; заявл. 15.05.48; опубл. 30.09.49.

8 Способ очистки русел малых рек: пат. 2075571 Рос. Федерация: МПК(6) Е 02 В 15/00 / Галушкин В. Е.; заявитель и патентообладатель Галушкин В. Е. - № 93032515/15; заявл. 22.06.93; опубл. 20.03.97.

9 Способ углубления и выправления речного переката: а.с. 256646 СССР: МПК(6) Е 02 В 3/02 / А. И. Простов (СССР). - № 1070405/29-14; заявл. 14.04.66; опубл. 04.11.69, Бюл. № 34.

10 Плавучее струенаправляющее устройство А. И. Простова для углубления дна: а.с. 553325 СССР: МПК(6) Е 02 В 3/02 / А. И. Простов (СССР). - № 2056515/16; заявл. 29.08.74; опубл. 05.04.77, Бюл. № 13.

11 Устройство для регулирования русла: а.с. 1013550 СССР: МПК(6) Е 02 В 3/02 / Э. П. Коваленко, С. А. Коваленко (СССР). - № 2970338/29-15; заявл. 04.07.80; опубл. 23.04.83, Бюл. № 15.

12 Способ очистки водотоков от наносов: а.с. 675124 СССР: МПК(6) Е 02 В 15/00 / В. П. Белогуров, А. В. Ильевский, Н. Г. Прима, Г. Г. Чернявский (СССР). - № 2565687/30-15; заявл. 06.01.78; опубл. 25.07.79, Бюл. № 27.