СПОСОБ БОРЬБЫ С НАНОСАМИ ПРИ ВОДОЗАБОРЕ ИЗ ГОРНЫХ РЕК
METHOD OF SILT CONTROL IN WATER OFFTAKE FROM MOUNTAIN RIVERS

Изобретение относится к способам борьбы с наносами на водозаборных узлах, расположенных на реках горно-предгорной зоны.
Известен способ очистки вод (Абрамов Н.Н. Водоснабжение. - М., 1958, рис.285) путем осаждения примесей в нижней части вертикального отстойника в виде круглого в плане бассейна с коническим или почти плоским днищем и периодическим удалением осадка. Недостаток известного способа заключается в нерешенности задачи удаления наносов с места их складирования при решенности вопроса отвода наносов за пределы вертикального отстойника к месту складирования, то есть они складируются в пойме реки (с искажениями природного ландшафта и необходимостью последующей многократной разработки конусов выноса отложений наносов дорогостоящими механизмами) или выносятся на поля (с захламлением их и снижением плодородия почв).
Известен способ отвода наносов из полочного отстойника (авт.св. №1465072, МКИ B01D 21/02, 1987 г.), содержащего корпус с коническим днищем и устройством подачи исходной жидкости, пакеты наклонных осадительных пластин, установленных вдоль продольной оси с зазором между собой, камеру вывода осветленной жидкости, узел выгрузки осадка, снабженный экраном, имеющим в верхней части пластины, наклоненные к центру, а в нижнем решетку из Л-образных профилей, зазоры между которыми увеличиваются по мере удаления от пластин, и виброустройством, при этом пакеты, установленные на выходе исходного потока, жестко связаны между собой и соединены с виброустройством. Недостатки этого способа заключаются в следующем: 1) применение стационарно установленного вращающегося шнека 18 для перемещения осадка из корпуса 1 за его пределы в камеру 19 решает частный вопрос локального местоположения осадка в пределах полочного отстойника (авт. св. №1465072, фиг.1, поз.19, 20) и снижает надежность способа, так как вращающиеся в контакте с большой массой наносов детали зачастую заклиниваются и истираются в результате больших динамических нагрузок; 2) применение шнекового насоса 20 для выгрузки осадка из камеры 19 приводит или к захламлению территории расположения полочного отстойника (с затруднением доступа к нему для проведения профилактических и эксплуатационных работ), или к большим материальным и энергетическим затратам для транспортирования наносов с помощью системы шнековых насосов (или шнеков) на расстояния, удаленные от полочного отстойника (там же, фиг.1, поз.19, 20); 3) нерешенность в рамках известного способа задачи удаления наносов с места их складирования и нерешенность проблемы сохранения природного ландшафта поймы реки.
Близким по техническому решению к заявляемому является способ борьбы с наносами при водозаборе из горных рек (авт. св. СССР №622924, МКИ Е02В 8/02,09.03. 1977 г.), заключающийся в том, что наносы в нижнем бьефе водозаборного узла аккумулируют поэтапно путем направления насыщенного наносами промывного потока в наносотранспортирующее русло с последующим складированием наносов в виде конусов отложений в пойме реки, причем наносотранспортирующее русло выполняют в виде лотка с выпусками и размещают на повышенных отметках вдоль поймы реки, при этом складирование производят сбросом потока с наносами через выпуски. Недостатки способа заключаются: в искажениях природного ландшафта поймы реки (за счет загромождения поймы реки на больших площадях конусами выносов), в высокой затратности работ по удалению складированных наносов (за счет дорогостоящих работ, связанных с разработкой наносов специальными механизмами, транспортировки наносов в горных условиях с использованием специальной техники), а также за счет сооружения для транспортирования дорог в условиях горной местности. Кроме того, ограничены условия эксплуатации и показатели надежности системы транспортирования наносов или его работы, например в морозные периоды в условиях резко континентального климата, когда возможные перемерзания потоков с наносами могут привести к проблемам надежной ее (системы) работы.
Однако признаки известного способа, направленные на достижение задачи заявляемого изобретения, могут быть использованы в нем и войти в доотличительную часть заявляемого изобретения, то есть являться частью сборного прототипа: Способ борьбы с наносами при водозаборе из горных рек, предусматривающий пропуск насыщенного наносами промывного потока от нижнего бьефа водозаборного узла по наносотранспртирующему руслу с одним или разнесенными и ответвленными от него выпусками, а аккумулирование наносов производят сбросом насыщенного наносами промывного потока через выпуски с использованием установленных в них клапанов.
Известен также способ борьбы с наносами на водозаборном узле (авт. св. РФ №2076169, МКИ Е02В 8/02, заявка №92005220/15 от 11.11.1992 г., опубл. 27.03.1997 г.), включающий пропуск насыщенного наносами промывного потока по транспортирующему руслу, размещенному на повышенных отметках поймы реки, и последующее аккумулирование наносов, пропуск наносов и последующее их аккумулирование в емкости. Емкости циклично опорожняют от наносов и удаляют их за пределы водозаборного узла и поймы реки. Изобретение позволяет в меньшей степени (в сравнении с предыдущим способом по авт. св. СССР №622924) искажать природный ландшафт (отсутствуют конусы выносов в пойме реки), однако искажение ландшафта имеет место быть, так как имеется транспортирующее наносы русло, имеются емкости для аккумулирования наносов. Причем располагают эти сооружения у реки, так как с использованием их транспртирование наносов на далекие расстояния экономически и эксплуатационно нецелесообразно. Такие индустриализованные изменения все-таки отрицательно отражаются на природных ландшафтах пойм рек. То есть известный способ искажает природный ландшафт поймы реки. Другим его недостатком является ограниченные условия эксплуатации и показатели надежности системы транспортирования наносов или его работы, например в морозные периоды в условиях резко континентального климата, когда возможные перемерзания потоков с наносами могут привести к проблемам надежной ее (системы) работы.
Однако признаки известного способа, направленные на достижение задачи заявляемого изобретения, могут быть использованы в нем и войти в доотличительную часть заявляемого изобретения, то есть являться другой частью сборного прототипа: Способ борьбы с наносами при водозаборе из горных рек, в котором аккумулирование наносов осуществляют в установленные за пределами водозаборного узла емкости, при этом емкости циклично опорожняют от наносов и регулярно удаляют. Эти признаки позволяют снизить трудоемкость и затратность, в том числе энергетическую, аккумулирования и удаления наносов.
Признаки сборного прототипа заявляемого изобретения «Способ борьбы с наносами при водозаборе из горных рек» можно записать в следующем виде: предусматривающий пропуск насыщенного наносами промывного потока от нижнего бьефа водозаборного узла по наносотранспртирующему руслу с одним или разнесенными и ответвленными от него выпусками, а аккумулирование наносов производят сбросом насыщенного наносами промывного потока через выпуски с использованием установленных в них клапанов, а осуществляют его в установленные за пределами водозаборного узла емкости, при этом емкости циклично опорожняют от наносов и регулярно удаляют.
Однако способ борьбы с наносами при водозаборе из горных рек, принятый в качестве прототипа заявляемого изобретения, имеет следующие недостатки:
- условия эксплуатации и показатели надежности системы транспортирования наносов ограничены, в частности, в морозные периоды в условиях резко континентального климата, когда могут возникнуть проблемы эксплуатации, связанные с перемерзанием водных потоков, содержащих наносы;
- изменения природного ландшафта, как правило поймы реки, ввиду того, что имеется транспортирующее наносы русло, имеются емкости для аккумулирования наносов, что создает «индустриализацию» видов природного ландшафта, то есть серьезные отрицательные их искажения;
- высокие трудоемкости и затратности удаления и транспортирования наносов от водозаборного сооружения на горной реке, которая связана с необходимостью создания сети горных дорог для транспортирования наносов при их аккумулировании - по прототипу.
Технический результат, на достижение которого направлен заявляемый способ борьбы с наносами при водозаборе из горных рек, заключается в сохранении природного ландшафта поймы реки, расширении условий его эксплуатации и снижении трудоемкости.
Достигается технический результат тем, что в способе борьбы с наносами при водозаборе из горных рек, предусматривающем пропуск насыщенного наносами промывного потока от нижнего бьефа водозаборного узла по наносотранспртирующему руслу с одним или разнесенными и ответвленными от него выпусками, а аккумулирование наносов производят сбросом насыщенного наносами промывного потока через выпуски с использованием установленных в них клапанов, причем осуществляют его в установленные за пределами водозаборного узла емкости, сбросные водоводы от которых сообщены с природным источником воды, при этом емкости циклично опорожняют от наносов и регулярно удаляют, в нем наносотранспортирующее русло с одним или разнесенными и ответвленными от него выпусками выполнено в виде наклонно направленно пробуренных скважин или их куста - дополнительных скважин, пробуренных от основной, а установленные в выпусках клапаны являются дистанционно управляемыми.
В заявляемом способе борьбы с наносами при водозаборе из горных рек транспортирующее русло может быть выполнено в виде трубопровода, установленного по дну реки.
Совокупность признаков заявляемого способа борьбы с наносами при водозаборе из горных рек позволяет:
а) расширить условия его эксплуатации, а также надежность работы системы транспортирования наносов, например, в морозные периоды в условиях резко континентального климата. В нем транспортирующие русла, а также сбросные водоводы - выполненные в виде скважин, расположены в земных недрах с положительной температурой и при их эксплуатации не возникают проблемы ,связанные с перемерзанием потоков наносов по ним - скважинам. Этим и объясняется расширение условий его применения;
б) сохранить природный ландшафт поймы реки при его реализации. Объясняется это тем, что в заявляемом способе транспортирующие русла и сбросные водоводы, выполненные в виде скважин, расположены в земных недрах и являются невидимыми, причем траектории трасс скважин таковы, что места складирования наносов (выхода скважин на поверхность) удалены (их положение выбирается при проектировании трассы скважины) из поля зрения возможных видимых природных ландшафтов и являются также невидимыми. Таким образом, осуществление процесса транспортирования наносов в заявляемом способе никак не отражается на изменениях природного ландшафта, в том числе поймы реки;
в) снизить его трудоемкость, а также затратность процессов удаления и транспортирования наносов от водозаборного сооружения. В заявляемом способе транспортирующие русла выполнены в виде направленно пробуренных скважин, сооружение которых возможно до пересечения с дневной поверхностью на очень большие расстояния и высотные перепады - практически до места их разбора как строительного материала. Это позволяет исключить перевалку и транспортировку наносов при их транспортировании от водозаборного устройства по прототипу. Таким образом, транспортирование наносов к месту их аккумулирования и загрузка их в транспортное средство осуществляются без затрат для этого энергии и использования каких-либо механизмов. Кроме того, затратность заявляемой схемы транспортирования наносов снижается за счет отсутствия необходимости создания сети горных дорог для транспортирования наносов при их аккумулировании по известным технологиям близ заборного устройства.
При выполнении заявляемого способа по п.2, в котором транспортирующее русло выполнено в виде трубопровода, установленного по дну реки, достигаются все приемущества, указанные для него по п.1 (объяснения и доводы приведены выше в п.п. а-в), кроме того, в определенных условиях их реализация в сравнении с его осуществлением по п.1 может оказаться менее затратной.
Таким образом, заявляемый способ борьбы с наносами при водозаборе из горных рек в сравнении с принятым за прототип позволяет достичь приемущества, заключающиеся в сохранении природного ландшафта поймы реки, расширении условий его эксплуатации и снижении трудоемкости и решает поставленный перед изобретением результат.
Ниже приведен пример осуществления способа борьбы с наносами при водозаборе из горных рек, в дальнейшем СБН.
На фиг.1 приведена схема, интерпретирующая реализацию способа с одноствольной направленно пробуренной скважиной; на фиг.2 - схема емкости; на фиг.3 - схема аккумулирования в емкости и выгрузки из нее наносов; на фиг.4 - схема аккумулирования и выгрузки наносов при многоствольном скважинном наносотранспортирующем русле.
На фиг.1-4 введены следующие обозначения: 1 - пойма реки; 2 - плотина водозаборного узла; 3 - устройство водозабора в составе водозаборного узла; 4 - наносотранспортирующее русло - основная многоствольная наклонно направленно пробуренная скважина; 5 - промывной водовод; 6; 6.1 - емкость с аккумулированными в ней наносными отложениями 7; 7 - наносные отложения в емкости 6; 8 - затвор; 9; 9.1 - сбросной водовод - трубопровод либо скважина; 10 - транспортное средство; 12; 13 - дополнительные скважины - выпуски; 14 - места установки скважинных дистанционно управляемых клапанов; 15 - дорога; 16 - река до водозабора; 17 - река после водозабора.
Дистанционно управляемым клапаном (14) в рассматриваемом примере осуществления заявляемого СБН является извлекаемый из скважины пакер (Волков А.С., Тевзадзе Р.Н. Тампонирование геолого-разведочных скважин. - М.: Недра, 1986, стр.103, рис.45).
В емкости 6 находится датчик уровня пульпы (не показан), регистрирующий минимальную, среднюю и максимальную отметки (не указаны) и связанные с диспетчерским пунктом управления, а также с системами звуковой световой или цифровой сигнализациями.
Осуществляется СБН следующим образом.
Вариант с односкважинным наносотранспортирующим руслом (фиг.1).
Ввиду отработанных технологий бурения направленных, в том числе многоствольных скважин, они могут иметь глубину два и более (до 6) км, а число дополнительных скважин в многоствольной скважине 5 и более (до десяти), в отличие от прототипа емкость 6 может находиться на большом расстоянии. Поэтому при выборе трассы будующей наклонно направленной скважины - наносотранспортирующего русла принимают во внимание условие обеспечения минимальных затрат последующего автомобильного транспортирования наносов от узла 6 (максимальное использование существующих дорог и минимум сооружения дополнительных автодорог в горных условиях). При этом оптимальным положением узла 6 может быть такое, при котором последующее сооружение от него сбросного водовода в виде наклонно направленно пробуренной скважины 9 более целесообразно выполнить до ближайшего источника воды, которым может быть, например, подземный водоносный горизонт или другая река (ручей), или озеро, или др.
В промывные периоды промывной расход воды, обильно насыщенной наносами, направляют по наклонно направленно пробуренной скважине (в случае многоствольной она является основной) 4 через промывной водовод 5 в емкость 6, в которой наносы аккумулируют в отложения 7, а избавленную от них воду сбрасывают по сбросному водоводу или скважине 9 (9.1) в русло реки (или другого природного источника воды или водоема, например, в другую реку, озеро, подземный водоносный горизонт, таким образом, что она не изымается из обращения, и при этом соблюдаются требования «Водного кодекса РФ»). При достижении наносами в емкости 6 максимальной отметки срабатывает сигнализация, передается информация на диспетчерский пункт управления и выполняется опорожнение емкости 6 от наносных отложений 7 в транспортное средство 10. При этом регулировщик включает электрофицированную систему открытия затвора 8, происходит его открытие - емкость 6 опорожняется от наносных отложений 7 в транспортное средство 10.
В межпромывные периоды могут устанавливаться минимальные расходы воды, средне- и мало насыщенными наносами.
В межпромывные периоды на водозаборном узле 3 могут не производиться сбросы промывной воды с наносами. В такие периоды производятся профилактические работы, направленные на повышение надежности емкости 6 с затвором 8, а также скважинных каналов 4, 11, 12 и 13, сбросных водоводов 9 или 9.1, а также дистанционно управляемых скважинных клапанов 14.
Вариант с многоствольным скважинным (кустовым) наносотранспортирующим руслом (фиг.4).
В ней с использованием дистанционно управляемых скважинных клапанов 14 устанавливается движение расхода воды, содержащей наносы, от водозаборного устройства 3 либо к емкости 6, либо к емкости 6.1 (к одной из емкостей с аккумулированными в нх наносами). При этом от водозаборного устройства 3 поток воды движется по основной многоствольной наклонно направленно пробуренной скважине 4, далее, по одной из примыкающих к ней дополнительных скважин 12 (или13) к емкости 6 (или 6,1), а от нее по водосбросному водоводу в виде трубопровода или скважины 9 (или 9.1) - к природному источнику воды, например, - к реке 1. Для направления водотока либо к емкости 6, либо к 6.1, соответственно, устанавливается дистанционно управляемый скважинный клапан 14 в дополнительных скважинах либо 13, либо 12.
После формирования конкретного водотока с наносами режимы их работы в различные периоды аналогичны приведенным выше в варианте с односкважинным наносотранспортирующим руслом.
Заявляемый способ борьбы с наносами при водозаборе из горных рек в сравнении с принятым за прототип позволяет достичь приемущества, заключающиеся в сохранении природного ландшафта поймы реки, расширении условий его эксплуатации, снижении трудоемкости и получить поставленный перед изобретением результат.