ИСКУССТВЕННЫЙ СУБСТРАТ ДЛЯ ГАШЕНИЯ ВОЛН
ARTIFICIAL SUBSTRATE FOR CANCELLATION OF WAVES

Предлагаемое изобретение относится к области аквакультуры и может быть использовано для поглощения энергии волн.
Известно сооружение (1) с использованием водорослей, прикрепленных к соединительной сетке, вертикально натянутой при помощи балластных грузов. Такое сооружение дрейфует в океанских течениях и используется в подверженных волнению морских водах.
Из-за отсутствия крепления таких сооружений с помощью якорей они могут быть выброшены во время шторма на берег или унесены в открытое море. Кроме того, во время шторма под напором волн они могут ориентироваться по ходу движения волн, теряя свою функцию гашения энергии волн.
Наиболее близким к предложенному является выбранный в качестве прототипа искусственный субстрат для увеличения биомассы морских организмов и поглощения энергии волн (2), состоящий из закрепляемых с помощью якоря вертикальных трубчатых элементов. Используется в аквакультуре в условиях частых штормов.
Известная конструкция недолговечна, имеет малый КПД и мало пригодна для защиты берегов от волновой эрозии. В случае сильных штормов возможен отрыв трубок, что приведет к загрязнению акватории и берега. Наличие специального якоря делает монтаж конструкции дорогостоящим и трудоемким.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение волногасящего эффекта и снижение волновой нагрузки на береговую зону, а также удешевление конструкции и экологическая безопасность ее элементов для окружающей среды при повышении устойчивости и надежности.
Технический результат - защита берега при волновом воздействии, предохранение его от размыва и использование для этого конструкций из недорогого и экологически безвредного материала высокой прочности, создание очагов зарастания в местах моря, не имеющих растительности, простота установки субстратов в нужном месте моря с созданием там зоны волновой тени, повышенной биологической продуктивности, которую можно регулировать по площади и в случае необходимости переносить субстраты на нужный участок моря, а также возможность полного обеззараживания субстрата путем высокотемпературной обработки. Поставленная задача достигается тем, что в искусственном субстрате для гашения волн, включающем волногасящие элементы, закрепленные на дне, согласно изобретению субстрат выполнен в виде сетчатого мешка, у которого 1/3-1/4 часть заполнена камнями, а оставшаяся часть на 1/3-1/4 часть загружена волногасящими элементами, имеющими отрицательную плавучесть, при этом мешок перехвачен на границе между частями хомутом. Кроме того, для дополнительного гашения волн на боковой поверхности мешка закреплены ленты, имеющие мелкосетчатую поверхность.
При этом в качестве волногасящих элементов используются пористые керамические гранулы.
В качестве волногасящих элементов можно использовать керамзитовые гранулы.
При этом сетчатый мешок для прочности выполнен двойным.
Использование в субстрате в качестве якоря камней разных размеров и веса, заполняющих нижнюю часть мешка, удешевляет и упрощает сборку конструкции при ее высокой устойчивости, а также приводит к рассеиванию волн, ударяющих о якорное сооружение.
3
Заполнение верхней части мешка волногасящими элементами, имеющими небольшую отрицательную плавучесть (плотность - 1,1-1,5 г/см), которые во время шторма поднимаются в толщу воды и тем самым повышают плотность придонного слоя, позволяет значительно погасить силу волн и защитить берег от размывания.
Ленты, закрепленные на поверхности мешка и обрастающие водорослями, дополнительно усиливают волногасящий эффект.
Выполнение волногасящих элементов субстрата в виде керамических гранул высокотемпературного обжига (1050°C) позволяет периодически полностью обеззараживать субстрат, подвергая гранулы после использования температурной обработке 400-600°C.
Пористая поверхность керамических гранул усиливает диссипацию волновой энергии и создает хорошую основу для развития бентосной микрофлоры и фауны. Все это увеличивает КПД конструкции, а также способствует очищению воды и повышению биологической продуктивности в районе размещения субстратов.
При этом керамические гранулы недорогие, имеют высокую прочность, являются экологически безвредным материалом, т.к. не выделяют вредных веществ в воду.
Простота конструкции субстратов и легкость их установки позволяет быстро и просто собирать субстраты и размещать их в нужном месте и площади, формировать большую площадь гашения волн.
Совокупность отличительных признаков описываемого устройства обеспечивает достижение поставленной задачи.
Сравнение прототипа с заявляемым техническим решением показало, что указанные выше признаки являются отличительными, в связи с чем заявляемое устройство соответствует критерию "новизна". При дополнительном поиске других технических решений, относящихся к конструкциям для гашения волн, указанных отличительных признаков не обнаружено, таким образом, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".
Сущность устройства поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен искусственный субстрат для гашения волн, общий вид, во время волнового воздействия на него; на фиг.2 - искусственный субстрат, общий вид.
3
Искусственный субстрат для гашения волн выполнен в виде сетчатого мешка 1, который на 1/3-1/4 часть заполнен камнями 2, выполняющими в конструкции роль якоря. Вторая часть мешка 1 загружена волногасящими элементами 3, имеющих незначительную отрицательную плавучесть (плотность - 1,1-1,5 г/см). Мешок 1 перехвачен на границе между частями хомутом 4. По всей поверхности мешка 1 закреплены отрезки каната, обтянутого сеткой, или ленты 5 из крупноволокнистого (мелкосетчатого) синтетического материала длиной от 0,5 до 2 м в зависимости от глубины установки искусственного субстрата. В качестве волногасящих элементов 3 могут использоваться пористые керамические или керамзитовые гранулы различного размера.
Для увеличения прочности сетчатый мешок может быть выполнен двойным.
Субстрат используют следующим образом.
Субстраты собирают на берегу и привозят на плавающем средстве к району чрезмерной активности придонных течений и размещают на дне с учетом направления господствующих течений. При этом субстраты располагают вплотную друг к другу так, чтобы камни 2 нижней части мешков 1 образовывали непрерывный вал, идущий параллельно берегу, играющий роль преграды как для набегающей волны, так и для придонного противотока.
При откате набегающих волн у дна создаются завихрения, поднимающие и увлекающие частицы грунта, что приводит к размыванию берега. Размещенные в мешке 1 зыбкие элементы 3 пассивно следуют силе завихрений, но закрепленные на дне камнями 2, расположенными в нижней части мешков 1, повышают плотность придонного горизонта воды, погашая энергию волновых вихрей, и являются механической преградой для потоков. Ленты 5, обрастающие водорослями-макрофитами и другими водными организмами, во время шторма поднимаются в толщу воды, колеблются вместе с водными массами, диссипируя энергию волн, и препятствуют возвратно-поступательному движению водных масс.
Серия таких искусственных субстратов берет на себя значительную часть кинетической энергии волн, направляя ее на колебательные движения элементов 3, заполняющих верхнюю часть мешка и лент 5, обросших водорослями-макрофитами. Размещение на дне предлагаемых взвешенных зыбких конструкций позволяет защитить берег от эрозионных процессов.
Искусственный субстрат дополнительно играет роль биофильтра, т.к. пористая поверхность керамических изделий благоприятствует развитию многих видов микроводорослей и простейших. В связи с этим необходим постоянный контроль над состоянием сообщества. При условии сильного антропогенного загрязнения, с которым биоценоз не справляется и детоксикации водной среды не происходит, может возникнуть необходимость очищения биотопа с определенной периодичностью, чтобы избежать вторичного загрязнения водоема. Очистка осуществляется с использованием легководолазного снаряжения путем демонтажа обрастающих элементов (извлечением из мешка камней, подъема мешка с керамическими изделиями, которые подвергают температурной обработке 400-600°C, а затем снова загружают в мешки).
Преимущества описываемого устройства заключаются в дешевизне и легкости установки и демонтажа, экологической безопасности используемых материалов.
Кроме того, пористая поверхность сформированного фитоценоза способствует повышению воспроизводства гидробионтов, а также очищению воды в водоеме.
Гибкость конструкции, устойчивость к действию волн позволяет эксплуатировать данное сооружение в условиях сложной ветровой и гидродинамической обстановки.
Высокое КПД гашения волн позволяет эксплуатировать данное сооружение в качестве берегозащитного (волногасящего) сооружения.
Использованные источники
1. Заявка Франции №2580010 МКИ А01К 61/00.
2. Патент США 4881976 МКИ С09D 5/14 (прототип).