Способ защиты молоди рыб от попадания в водозабор
METHOD FOR PROTECTION OF JUVENILE FISH FROM ENTERING WATER INTAKE

Изобретение относится к области мелиорации и может быть использовано для защиты молоди рыб на мелиоративных водозаборных сооружениях и каналах.
Известен способ защиты водозаборного сооружения от попадания в него рыбы и мусора (патент РФ №2404324, кл. Е02В 8/08, 2010 г.) заключающийся в формировании управляемого суммарного потока воды со стороны основного водотока за водонепроницаемой стенкой, ограждающей водоприемное окно от основного водотока, и его направляют также в сторону основного водотока, создаваемого в результате подачи расхода воды в струеобразующие насадки, расположенные по периметру пропускного отверстия, выполненного в водонепроницаемой стенке, который вовлекает в движение плавучие тела по направлению к пропускному отверстию и обеспечивает их дальнейшее продвижение от пропускного отверстия.
Также известен способ образования гидравлической завесы (варианты), и защиты рыб от попадания в водозабор (патент РФ №2697091, кл. Е02В 8/08, 2018 г. - прототип), включающий образование гидравлического экрана перед водоприемным окном с помощью струйного потока, истекающего из водоструйных насадок коллектора, и создание противотока, направленного навстречу водозаборному потоку со скоростями, превышающими скорость подходного потока и критические скорости защищаемых рыб, обеспечивая отвод рыб из зоны действия основного оборудования водозабора в безопасную зону водоисточника.
Недостатками известных способов являются недостаточно эффективность защиты молоди рыбы и мальков из-за контакта с элементами водозаборного и рыбозащитного устройство, использование для подачи воды основного оборудования водозабора, отсутствие возможности очистки и промывки решеток водозаборного окна в процессе эксплуатации рыбозащитного устройства и нерациональное использование водных ресурсов.
Техническим результатом является повышение эффективности защиты от гибели молоди и личинок рыбы, очистка и промывка водозаборного окна в процессе эксплуатации рыбозащитного устройства.
Технический результат достигается тем, что в способе защиты молоди рыб от попадания в водозабор, включающем образование гидравлического экрана перед водоприемным окном с помощью струйного потока, истекающего из водоструйных насадок коллектора, и создание противотока направленного навстречу водозаборному потоку со скоростями, превышающими скорость подходного потока и критические скорости молоди рыб, обеспечивая отвод рыб из зоны действия основного оборудования водозабора в безопасную зону водоисточника, отличающийся тем, что независимо от основного оборудования водозабора и для создания критических скоростей струй при истечении их из водоструйных насадок в диапазоне 17-20 м/с в коллектор подают под давлением 3-4 МПа воду, очищенную от механических примесей, и перед водоструйными насадками соосно на расстоянии 3-10 см устанавливают потокообразующие элементы, которые имеют форму конусов с углом раствора 60-130° с вершинами, обращенными в сторону водоструйных насадок, а на основании конусов для очистки и промывки водоприемного окна устанавливают решетку, узлы которой соосны их центрам и водоструйным насадкам, при этом для обеспечения скорости в водоприемном окне в диапазоне 0,1-0,2 м/с и создания гидравлического экрана с равномерной плотностью энергии противотока по живому сечению водоприемного окна на расстоянии от водоприемного окна, соответствующем 0,5-0,7 м, коллектор устанавливают с возможностью регулирования угла наклона от 70 до 90° относительно оси набегающего потока водозабора.
Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что за счет режима подачи воды, создания в определенном диапазоне скоростей струй, истекающих из водоструйных насадок, а также обеспечения скорости в водоприемном окне в диапазоне 0,1-0,2 м/с и создания гидравлического экрана с равномерной плотностью энергии противотока по живому сечению водоприемного окна на расстоянии от водоприемного окна, соответствующем 0,5-0,7 м, достигается повышение эффективности защиты от гибели молоди и личинок рыбы, очистка и промывка решеток водозаборного окна в процессе эксплуатации рыбозащитного устройства и рациональное использование водных ресурсов.
Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, направлены на достижение технического результата и не выявлены при изучении данной и смежной областей науки и техники и, следовательно, соответствуют критерию «изобретательский уровень».
Заявляемое техническое решение рекомендовано использовать в гидротехническом строительстве, для защиты молоди рыб от попадания в водозаборное сооружение, что соответствует критерию «промышленная применимость».
Для реализации способа защиты молоди рыб от попадания в водозабор используют мобильное рыбозащитное устройство, сущность которого поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображено мобильное рыбозащитное устройство в сечении, вид сбоку; на фиг. 2 изображено расположение потокоформирующих элементов (водоструйная насадка и конус); на фиг. 3 зображена схема образования защитного объемного гидравлического экрана; на фиг. 4 изображен вид А мобильного рыбозащитного устройства на фиг. 1, при круглой форме водозаборного окна; на фиг. 5 изображен вид А мобильного рыбозащитного устройства на фиг. 1, при квадратной форме водозаборного окна; на фиг. 6 - мобильное рыбозащитное устройство в сечении I-I.
Перед осуществлением способа мобильное рыбозащитное устройство устанавливают перед водозаборным окном 1. Это устройство состоит из коллектора 2 с водоструйными насадками 3 для создания защитного объемного гидравлического экрана 4 и имеет автономную систему очистки и подачи воды, содержащую последовательно сообщенные между собой аванкамеру 5 для воды, фильтр 6 для ее механической очистки и насос 7 с приводом, сообщенный с коллектором 2 с установленными на нем в зависимости от размеров и формы водозаборного окна в шахматном или в линейном или в комбинированном порядке водоструйными насадками 3, соосно которым на расстоянии 3-10 см расположены потокоформирующие элементы, выполненные в виде конусов 8 с углом раствора 60-130° с вершинами направленные в их сторону, создающие противоток направленный навстречу водозаборному потоку со скоростями, превышающими скорость подходного потока и критические скорости между водоструйными насадками и конусами защищаемых рыб, обеспечивая отвод рыб из зоны действия водозабора в безопасную зону 9 водоисточника 10. На основаниях конусов 8 установлена решетка 11 с узлами 12, которые расположены соосно центров конусов 8 и соответственно водоструйным насадкам 3. Нижняя часть коллектора 2 с помощью шарнира 13 в виде паза соединена с нижней частью водозаборного окна 1 для обеспечения установки коллектора 2 под углом от 70 до 90°.
Гидравлические и геометрические параметры гидравлического экрана 4 для защиты гидробионтов водотока определяются размерами и формой водоприемных окон 1 водозабора, которые могут быть прямоугольными или квадратными, или круглыми (фиг. 4 и фиг. 5), местом расположения водозабора в водотоке (боковой, тупиковый), формой коллектора 2 и расстановкой потокоформирующих элементов нем. Расстановка потокоформирующих элементов (водоструйные насадки 3 и конусы 8) принимается любой: линейной, шахматной или комбинированной, при этом водоструйные насадки 3 совместно с конусами 8 создают защитный объемный гидравлический экран 4 с равномерной плотностью энергии противотока по живому сечению водоприемного окна 1 на расстоянии от него Δ+L=0,5-0,7 м, где Δ - расстояние от выходного отверстия водоструйного насадка 3 до вершины угла конуса 8; L -расстояние от вершины угла конуса 8 до гидравлического экрана 4.
Размеры коллектора 2 меньше водозаборного окна 1 на 5-10 см. Коллектор 2 соединен с помощью шарнира 11 с нижней части водоприемного окна 1 водозабора, такое крепление позволяет во время защиты личинок и молоди рыб управлять наклоном коллектора 2 от 70 до 90° относительно оси набегающего потока водозабора, при этом скорости в водоприемном окне водозабора находятся в диапазон 0,1-0,2 м/с.
Способ защиты молоди рыб от попадания в водозабор осуществляется следующим образом.
Для образования гидравлического экрана перед водоприемным окном 1 с помощью струйного потока, истекающего из водоструйных насадок 3 коллектора 2 и создание противотока направленного навстречу водозаборному потоку со скоростями, превышающими скорость подходного потока и критические скорости между водоструйными насадками и конусами защищаемых рыб, обеспечивая отвод рыб из зоны действия основного оборудования водозабора в безопасную зону водоисточника, предварительно независимо от основного оборудования водозабора в коллектор подают воду, очищенную от механических примесей и под давлением 3-4 МПа для создания критических скоростей струй при истечении их из водоструйных насадок в диапазоне 17-20 м/с, а перед водоструйными насадками соосно на расстоянии 3-10 см устанавливают потокообразующие элементы в виде конусов с углом раствора 60-130° с вершинами, обращенными в сторону водоструйных насадок, при этом для обеспечения скорости в водоприемном окне в диапазоне 0,1-0,2 м/с и создания гидравлического экрана с равномерной плотностью энергии противотока по живому сечению водоприемного окна на расстоянии от водоприемного окна, соответствующем 0,5-0,7 м, коллектор устанавливают с возможностью регулирования угла наклона от 70 до 90° относительно оси набегающего потока водозабора.
Вода из аванкамеры 5 водозабора подается насосом 7 (фиг. 1) через фильтр 6 механической очистки в коллектор 2. Насос 7 создает рабочее давление в коллекторе 2 в диапазоне 3-4 МПа, обеспечивая критические скорости струй при истечении из водоструйных насадков 3, которые при соударении о конусы 8 растекаются по их поверхности, гася энергию струй истечения, образуя отдельные пучки струек, и при сходе струек с поверхности конусов 8 создают объемный защитный гидравлический экран 4 (рыбонепроницаемый экран) со скоростями ниже критических для молоди рыб. Защитный объемный гидравлический экран 4 обладает энергией противотока, которая постоянно обеспечивается за счет подачи воды насосом 7 через коллектор 2 на потокоформирующие элементы - водоструйные насадки 3 и конусы 8, благодаря этому личинки и молодь рыб не могут преодолеть сопротивление энергии противотока, и находящиеся личинки и молодь рыб у защитного объемного гидравлического экрана 4 непрерывно сносятся транзитной скоростью потока водотока в безопасное место.
Очистка и промывка водоприемного окна 1 обеспечиваются за счет узлов 12 решетки 11, на которых задерживается мусор и водоросли, которые очищаются за счет непрерывного противотока во время работы рыбозащитного устройства при условии, что критические скорости истечения струй из водоструйных насадок 3 имеют значения в диапазоне 17-20 м/с и находятся между ними и конусами 8 на расстоянии в диапазоне Δ=3-10 см и создаются непосредственно у водоприемного окна 1.
Для доказательства эффективности приведен конкретный пример осуществления способа защиты молоди рыб от попадания в водозабор.
Производственные опыты проводились с помощью рыбозащитного сооружения, которое внедрено на Константиновском канале для водозаборного сооружения ООО «Сельхоз-Галан» Курганинского района Краснодарского края.
3
Параметры водозабора следующие: расход воды составляет 0,3 м/с, скорость в водоприемном окне не превышает 0,15 м/с. Поток воды на водозаборе безнапорный.
Эффективность рыбозащиты составила 84%.
Таким образом, в результате использования заявляемого технического решения эффективность рыбозащиты складывается из следующих факторов:
- использование автономной системы очистки и подачи воды в коллектор 2, которая не зависит от работы основного гидромеханического оборудования водозаборного сооружения, может устраиваться в любом месте и эксплуатироваться в независимости от основного оборудования водозабора, в результате снижаются затраты на эксплуатацию основного гидромеханического оборудования основных насосных агрегатов, отпадет необходимость увеличивать подачу основных насосов на рыбозащиту и промывку решеток 6 от мусора и водорослей;
- промывка и очистка решеток 11 водоприемных окон от мусора и водорослей выполняется независимо от эксплуатации водозабора, в процессе работы рыбозащитного устройства;
- обеспечивается рациональное использование водных ресурсов. Снижается дополнительное потребление воды из водных источников до 10% по сравнению с существующими рыбозащитными устройствами, которые потребляют оборотную воду основных насосов водозабора, при этом существенно снижаются затраты на энергопотребление, непрерывно обеспечивается промывка водоприемных окон водозабора, которую можно выполнять в любое время в независимости от работы водозабора.
Заявляемое техническое решение обеспечивает экологическую бесконтактную защиту личинок и молоди рыб с элементами водозабора, сохраняя популяцию гидробионтов источника водоснабжения.