СЕЛЕГАСИТЕЛЬ
MUD FLOW SUPPRESSOR

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано как для защиты от грязевых и грязекаменных селевых потоков отдельных объектов, так и для предупреждения образования селевых волн на отдельных участках селевых русел или на всем их протяжении.
Отдаленным аналогом изобретения являются отдельно стоящие препятствия обычно в виде конических земляных насыпей, расположенных в два ряда в шахматном порядке на пути движения снежных лавин на участке их выхода на пологий склон, предназначенные для остановки движения снежной массы перед защищаемым объектом (В. Фляйг. Внимание, лавины. М.: изд-во иностранной литературы, 1960. С.170-172).
Из уровня техники известны также противоселевые устройства в виде сквозных свайных сооружений самых разнообразных типов (SU 1193209 А, SU 1650852 A1, SU 1331942 A1, SU 1511323 A1), предназначенных для разрушения селевой волны с частичным или полным задержанием крупнообломочного материала.
Наиболее близким аналогом является противоселевое устройство (авторское свидетельство SU 1724789 A1), состоящее из 4-х рядов наклоненных навстречу селевому потоку свай с насаженными на них упругими кольцевыми элементами, предназначенными для амортизации ударов от крупных обломков породы. Вершина каждой сваи нижнего ряда соединена тросами с основаниями двух ближайших свай верхнего ряда, образуя единую механически связанную конструкцию, предназначенную для поглощения энергии селевых волн и их задержания на незначительном по длине отрезке селевого русла.
Основным конструктивным элементом во всех перечисленных выше противоселевых сооружениях и наиболее близкого аналога являются компактно расположенные на ограниченном отрезке русла сваи, воспринимающие в конечном итоге динамическую нагрузку селевых волн и задерживающие крупнообломочный материал потока. Общим недостатком таких сооружений является то, что их селезащитная эффективность сохраняется лишь до заполнения наносами расчетного объема верхнего бьефа сквозной плотины (С.М. Флейшман. Сели. Л.: «Гидрометеоиздат», 1978. С.264). Для восстановления работоспособности необходимо удалять наносы. Кроме того, такие сооружения часто не выдерживают динамических нагрузок и разрушаются. Например, сборная сквозная плотина конструкции Херхерулидзе, построенная в селеопасном селевом русле р.Дуруджи была сработана (заполнена наносами) и частично разрушена селевым потоком в 1975 году (С.М. Флейшман. Сели. Л. «Гидрометеоиздат», 1978. С.259-262). Селезадерживающая плотина сквозного типа на реке Герхожан-Су (Кабардино-Балкария) была полностью разрушена селевым потоком 20 августа 1999 года (Э.В. Запорожченко. Сели бассейна р.Герхожан-Су: история проявления, условия формирования, энергетические характеристики. (Сб. научн. Тр. Севкавгипроводхоза. Вып.15. Пятигорск, 2002. С.80-148).
Технический результат изобретения заключается в увеличении относительной эквивалентной шероховатости селевого русла до 0,1 и более во всем диапазоне расходов, в котором возможен нестационарный (волновой) режим движения потока.
Технический результат достигается за счет размещения свай рядами поперек русла в шахматном порядке на всем отрезке селевого русла, подлежащего защите, с густотой, достаточной для обеспечения относительной эквивалентной шероховатости не менее 0,1, при этом отметки вершин свай в верхней части защищаемого отрезка русла соответствуют высоте селевых волн, а средней и нижней частей русла - отметкам максимальных павадочных расходов.
3
Высокие значения эквивалентной шероховатости (0,1 и более) сохраняются при любых значениях уровня воды в русле благодаря тому, что с увеличением отметок уровня пропорционально увеличивается глубина затопления свай. При таких значениях относительной эквивалентной шероховатости трансформация стационарного потока в волновой (селевой) не возможна, а волны селевого потока при поступлении на участок русла с относительной шероховатостью 0,1 и более распластываются по руслу, превращаясь в стационарный поток. При этом селевые волны не образуются или гасятся в русле с относительной шероховатостью 0,1 и более и тем самым предотвращаются разрушительные последствия селевых потоков, которые при тех же расходах, что и паводки, многократно больше последних. Это связано с характерной особенностью грязевых и грязекаменных селевых потоков, заключающейся в том, в селевом потоке движение селевой массы происходит не в стационарном режиме, а в виде отдельных волн, в лобовой части которых имеется вихрь с горизонтальной осью, поэтому их часто называют катящимися. Между волнами глубина потока уменьшается вплоть до полного обсыхания русла, поэтому высота волн в лобовой части многократно превосходит глубину стационарного потока с близкими расходами и, соответственно, скорость движения селевых волн значительно больше, чем скорость стационарного потока. Вихрь с горизонтальной осью в лобовой части волны отличается высокой эродирующей способностью, что приводит к насыщению потока наносами, включая и крупные обломки породы и, соответственно, к увеличению плотности селевого потока до 1,4-1,9 т/м и более (С.М. Флейшман. Сели. Ленинград. Гидрометеоиздат, 1978. С.76). Эти особенности селевых потоков обусловливают их высокую разрушительную способность.
Для повышения относительной шероховатости русла селевого потока используются сваи расположенные в шахматном порядке на протяжении всего отрезка русла, где необходимо исключить селевые проявления, с густотой обеспечивающей относительную шероховатость не менее 0,1. Для обеспечения указанного выше значения относительной шероховатости во всем диапазоне расходов в селевом русле высота надземной части свай должна быть равна глубине воды при максимальных расходах. В верхней части отрезка русла высота свай над отметками поверхности дна увеличивается до высоты селевых волн. Относительная шероховатость русла 0,1 и более исключает возможность образования селевых волн и обеспечивает распластывание волн, сформировавшихся выше защищаемого отрезка русла.
От наиболее близкого аналога (авторское свидетельство SU 1724789 A1) изобретение отличается следующим: 1) сваи располагаются не компактно, а на протяжении всего защищаемого отрезка русла, 2) высота свай соответствует максимальным отметкам максимальных расходов, 3) в верхней части отрезка русла высота свай увеличивается до высоты селевых волн, 4) сваи не снабжены эластичными амортизирующими элементами, 5) густота и высота свай обеспечивает повышение эквивалентной относительной шероховатости до 0,1 и более во всем диапазоне уровней паводковых расходов.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено размещение свай на отрезке русла с противоселевой защитой (вид сверху), фиг.2 иллюстрирует распределение высот надземной части свай на всем протяжении отрезка русла с противоселевой защитой (вид сбоку), на фиг.3. показано положение свай (вид сбоку) с восстановленной работоспособностью селегасителя после отложения селевых наносов.
Селезащита осуществляется путем заглубления стальных свай любого сечения в дно русла на защищаемом отрезке в шахматном порядке с густотой обеспечивающей относительную эквивалентную шероховатость не менее 0,1. Заглубление свай в грунт должно быть достаточным для того, чтобы обеспечить их устойчивость в потоке. В верхней части защищаемого отрезка русла заглубление свай в грунт должно быть больше, чтобы они могли противостоять ударам крупных обломков скальной породы, транспортируемыми селевыми волнами. Отметки вершин свай в средней и нижней частях защищаемого отрезка русла должны соответствовать отметкам уровня максимальных паводочных расходов. В верхней части защищаемого отрезка русла высота надземной части свай увеличивается до высоты селевых волн. При отложении селевых наносов на защищаемом отрезке русла для восстановления работоспособности селегасителя сваи вытягиваются из грунта до уровня, обеспечивающего первоначальную высоту надземной части свай.
Возможность достижения заявленного результата подтверждается экспериментальными исследованиями, согласно которым при малых глубинах потока вязкой жидкости и, соответственно, высокой относительной шероховатости нестационарное движение с образованием волн не реализуется (Г.А. Ларионов, О.Г. Бушуева, М.В. Топунов. Результаты экспериментального исследования волнового движения вязкой жидкости в потоках // Эрозионные и русловые процессы. Вып.15. Изд-во МГУ. 2005. С.8-21). Прямыми экспериментами по исследованию влияния свай на нестационарный волновой поток было показано, что при определенной густоте свай нестационарный поток с катящимися волнами трансформируется в стационарный.