КОМПЛЕКСНОЕ РЫБОЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО

Заявленное техническое решение относится к охране биоресурсов внутренних водоемов, а именно к предотвращению гибели рыб на водозаборах, преимущественно русловых.
Существует множество типов рыбозащитных устройств (РЗУ), отличающихся по принципу действия и конструктивному исполнению: экологические, механические, гидравлические, физиологические (Малеванчик Б.С., Никоноров И.В., Рыбопропускные и рыбозащитные сооружения, М, 1984).
Из физиологических (поведенческих) РЗУ наиболее известны электрические рыбозаградители (ЭРЗ), в которых используется отпугивающее действие переменного, постоянного или импульсного тока (Техника промышленного электролова 1980. «М. Пищевая промышленность». 216 с).
В этих устройствах отпугивающее рыб электрическое поле создается посредством горизонтальных или вертикальных электродов. Для успешной работы этих ЭРЗ необходимо, чтобы скорость течения воды, поступающей в водозабор в створе установки электродов, была ниже крейсерных скоростей плавания для минимального размера защищаемых рыб.
Это условие не всегда может быть выполнено на подводящих каналах водозаборов, поэтому систему электродов приходится устанавливать на расширенном створе, где скорости течения не велики. При этом увеличивается протяженность системы электродов, что приводит к росту потребляемой мощности, удорожанию строительства и усложнению несущей конструкции.
Простейшим из механических РЗУ является плоская перфорированная поверхность (сетка), установленная поперек водотока и перекрывающая все ее сечение (от дна до поверхности воды) (П.А. Михеев. Рыбозащитные сооружения и устройства, М., 2000, стр. 88 рис. 3.1.). Недостатками этого РЗУ является значительное засорение сеток плавающим мусором, что приводит к стеснению потока, увеличению его скорости через перфорацию, и, как следствие, к прижатию молоди рыб к сетке и ее гибели, а также сложность очистки сетного полотна от мусора и необходимость постоянного обслуживания.
Лучшими характеристиками обладают РЗУ в виде плоской сетки с рыбоотводом, в которых сетчатое полотно устанавливается под углом к потоку, а в месте примыкания сетчатого полотна к берегу организуется рыбоотвод, куда попадает плывущая вдоль полотна молодь рыб.
Длина полотна, вдоль которого может двигаться молодь рыб, ограничена, т.к. при большой длине молодь устает и ее прижимает к сетке. Для уменьшения пути движения молоди применяют V-образное или W-образное расположение сеток (Малеванчик, Никоноров, 1984 рис 71, стр. 186, авт. св. СССР №1606597, 1981). В нижнем по течению месте стыковки сеток организуется рыбоотвод. При W-образной конструкции РЗУ молодь рыб из каждого рыбоотвода попадает в общий рыбоотводной тракт.
Прототипом настоящей полезной модели является конусный сетчатый рыбозаградитель с рыбоотводом (Малеванчик, Никоноров, Рыбопропускные и рыбозащитные сооружения 1984 рис. 72 стр. 187). Он включает в себя рыбонаправляющий элемент, представляющий собой вращающийся сетчатый усеченный конус, устанавливаемый горизонтально большим основанием навстречу потоку. Отфильтрованная через перфорированную (сетчатую) поверхность конуса вода подается в водозабор, а плывущие вдоль его внутренней поверхности рыбы сносятся потоком в рыбоотвод, организованный в малом основании конуса. Для смыва прилипшего к поверхности конуса мусора с наружной стороны вдоль конуса устанавливается промывное устройство (флейта).
Недостатками прототипа являются:
- снижение рыбозащитной эффективности за счет засорения сетных направляющих элементов в процессе эксплуатации;
- необходимость применения устройств для очистки сетного полотна от мусора и прижатой молоди;
- требуются механизмы для приведения во вращение конусной сетки;
- вероятность травмирвоания или гибели рыб при их прижатии к сетному полотну;
- большая металлоемкость и сложность эксплуатации конусной конструкции.
Задачей предлагаемого устройства является устранение недостатков прототипа: упрощение конструкции РЗУ и повышение эффективности рыбозащиты.
Поставленная задача решается тем, что предложено комплексное РЗУ, включающее в себя рыбонаправляющий элемент, устанавливаемый поперек водотока и снабженный рыбоотводом, соединенным с рыбоотводным трактом, при этом рыбонаправляющий элемент выполнен в виде анода или нескольких анодов, установленных соосно с всасывающими насадками насосов.
Благодаря такой конструкции РЗУ на скатывающихся по водотоку рыб одновременно воздействует привлекающее электрическое и всасывающее гидравлическое поля, что позволяет извлечь рыб из водозаборного потока и направить их в безопасную зону. При этом вследствие отсутствия фильтрующей поверхности нет и контакта молоди с ней, что уменьшает вероятность травмирования и гибели рыб.
Кроме того, отпадает необходимость в механизмах вращающих перфорированную (сетчатую) поверхность.
Техническим результатом, достигаемым при реализации предложенной конструкция комплексного РЗУ, является следующее:
- повышается рыбозащитная эффективность вследствие отсутствия засорения направляющих элементов (сеток);
- снижается вероятность травмирования молоди рыб;
- отсутствует стеснение водозаборного потока;
- повышается надежность работы из-за отсутствия вращающихся частей;
- упрощается эксплуатация и снижается металлоемкость;
Поставленная задача, заключающаяся в упрощении конструкции РЗУ и повышении эффективности рыбозащиты, решена.
В предлагаемом РЗУ возможно использование одного или нескольких анодов.
пр
Необходимое количество анодов n определяется шириной водотока D и максимальным радиусом привлекающего действия электрического поля R по формуле
пр
где n - количество анодов, D - ширина водотока, R - радиус зоны привлечения анода.
пр
В свою очередь, величина R рассчитывается по формуле для сферического анода (Техника промышленного электролова 1980. «М. Пищевая промышленность». 216 с.)
a
пр
где U - напряжение (амплитуда) импульсов, r - эквивалентный радиус анода; E - напряженность поля, для получения анодной реакции у рыб.
В предлагаемом комплексном рыбозащитном устройстве анодами могут служить металлические всасывающие насадки насосов.
В случае использования в рыбозащитном устройстве нескольких анодов они могут включаться в работу одновременно или поочередно. При одновременной работе анодов возрастает потребляемая мощность и ухудшается картина электрического поля. При поочередном включении анодов их общая импульсная потребляемая мощность равна импульсной мощности одного анода, а его картина поля перемещается вдоль заграждения с частотой F, воспринимаемой рыбами по всему створу заграждения как непрерывное воздействие.
На фиг. 1. представлена структурная схема комплексного РЗУ, установленного в водотоке (план).
На фиг. 2. дается фрагмент схемы комплексного РЗУ, установленного в водотоке (продольный разрез).
Комплексное РЗУ по предлагаемому изобретению (фиг. 1) состоит из одного или нескольких анодов 1, установленных поперек водотока 2, соосно с анодами располагаются насадки 3 всасывающего насоса (насосов) 4, выходы насадков соединены с рыбоотводом 5, который присоединен к рыбоотводному тракту 6, на аноды подаются положительные униполярные импульсы от подключенного к источнику питания 7 импульсного генератора 8 или непосредственно или через коммутатор импульсов 9, причем минусовый выход импульсного генератора подсоединен к катоду 10, установленному в водотоке ниже по течению. Комплексное РЗУ установлено в водотоке предназначенном для питания насосной станции 11.
пр
г
вс
вз
На фиг. 2. показан анод 1 установленный на половину глубины водотока (0,5 Н), соосный с насадком гидравлического насоса 2, который соединен с рыбоотводом 5. Линия E=const показывает распределение напряженностей электрического поля в воде по вертикали, которая определяет размер привлекающей зоны R. R - граничный радиус зоны всасывания, V - вектор скорости всасывания, УВ - уровень воды; Н - глубина водотока, V - скорость водозаборного течения.
г
f
кр
Размер зоны гидравлического поля, в которой происходит всасывание привлеченной электрическим полем рыб, определяется граничным радиусом R для рыб минимальной длины тела l и рассчитывается из условия, что критическая (сносимая) скорость плавания рыб V может быть принята равной (Павлов Д.С., Пахоруков А.М. 1983 Биологические основы защиты рыб от попадания в водозаборные сооружения. М.: Лег. и пищ. пром-сть, 264 с.)
нс
Граничный радиус определяется по формуле, учитывающей расход насоса (q) и критическую скорость плавания рыб (Никоноров И.В. Непрерывные способы лова рыбы. «Пищ. пром-ть.» М. 1968, 101 с.)
кр
Из выражения (4) следует, что размер зоны всасывания не зависит от радиуса насадка, а определяется производительностью насоса и критической (сносимой) скоростью плавания V.
вс
вз
При расчете гидравлического поля насоса, перекачивающего рыбу, привлеченную с помощью электрического поля в зону всасывания следует исходить из ограниченной доли расхода водозабора, которую экономически можно использовать для функционирования рыбозащиты, то есть необходимо, чтобы расход воды для закачивания рыб и последующей их транспортировки по рыбоотводу q не превышал 5-10% от расхода водозабора q.
3
Пример применения комплексного РЗУ на водоподводящем канале насосной станции производительностью 10 м/с
Расчет параметров РЗУ
Исходные данные водозабора:
Ширина подводящего канала, D
12 м
Глубина канала, h
2 м
Скорость течения в канале V<sub>к</sub>
0,3 м/с
Мощность водозабора, q
10,0 м<sup>3</sup>/с
Минимальная длина защищаемых рыб l<sub>f</sub>
50 мм
Проводимость воды
20 мСм/м
а
н
Применим аноды с эквивалентным радиусом r=0,4 м, насадки к насосу в виде трубы диаметром 2r=0,4 м.
пр
Определим количество анодов n, применив формулу (1), и рассчитаем R по формуле (2), приняв U=500 В, E=0,18 см (см. таблицу):
пр
Таблица - Напряженность тела E для реакций рыб в поле униполярного тока при средней проводимости воды (Техника промышленного электролова 1980. «М. Пищевая промышленность». 216 с.).
Вид рыб
Уд. проводимость воды, мСм/м
Средняя длина рыб, l<sub>f</sub>, см
Анодная реакция, E, В/см
Лещ
17,5-91,5
15,4
0,29
Плотва
5,7-20,0
13,1
0,23
Судак
9,0-40,0
34,0
0,18
Налим
17,5-91,5
<sub>L</sub>  42.9
0,11
Окунь
9,0-70,0
15,2
0,26
Щука
20,0-70,0
29,1
0,14
Среднее значение
<sup>г</sup> 38
25
0,18
a
Подставив в формулу (2) значение r=0,4 м, E=18 В/м, получим
м
Тогда количество насосов (анодов) n составит
Принимаем n=3, тогда расстояние между анодами составит:
м
Рассчитаем частоту генератора униполярных импульсов f принимая E=80 имп/с, тогда:
f=3·80=240 имп/с
ген
u
Мощность генератора импульсов P составит при длительности импульсов t=0,2 мс; γ=20 мСм/м
ген
0
u
2
2
-3
-3
P=U·4π·γ·r·f·t=500·4π·20·10·0,4·240·0,2·10=1,206кВт
вс
Максимальный расход воды на закачку рыб q рассчитаем, исходя из требования (5)
вс
3
q=0,1·10,0=1,0 м/с
3
Выполненный расчет показывает реальные параметры предлагаемого устройства при его установке в подающем канале насосной станции производительностью 10 м/с.