СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ОТ НАВОДНЕНИЙ

Предлагаемая полезная модель относится к гидротехническим средствам, предназначенным для защиты от наводнений.
3
Известна система защиты от наводнений, которая включает каскад из противопаводковых водохранилищ /Авонян А.Б., доктор геогр. наук, Полюшкин А.А., инж. "Из опыта борьбы с наводнениями в США" в журнале "Гидротехническое строительство" №1, 1989 р./. Примерно треть в суммарном объеме водохранилищ США - около 300 км - составляют резервные противопаводковые емкости.
Недостаток системы - большие затраты на строительство водохранилищ и на поддержание их в рабочем состоянии. Кроме того, такие водохранилища инициируют подъем грунтовых вод, что негативно влияет на экологическую ситуацию в регионе.
Наиболее близкой к предлагаемой является система защиты от наводнений, которая состоит из временных противопаводковых водохранилищ с плотинами, установленными на притоках главной реки водосбора, а в каждой плотине имеется сквозное отверстие для пропуска рассчетного объема воды, который не вызывает наводнения /Декларационный патент Украини на изобретение №42657 А от 15.10.2001, МПК 7 Е 02 В 3/00, Опубл. 15.10.2001, Бюл. №9, 2001/.
Недостаточная эффективность описанной системы состоит в том, что она не является саморегулируемой, а поэтому паводок может вносить свои коррективы в работу системы, например, допускать перелив воды через отдельные плотины, что может приводить к катастрофическим последствиям.
В основу предлагаемой полезной модели поставлена задача разработки такой системы для защиты от наводнений, которая была бы саморегулируемой и замкнутой, путем создания условий для пропуска рассчетных потоков и перехвата излишков вод, которые вызывают наводнение, разнесения этих излишков воды во времени и по территории в границах водосбора за счет
заполнения каждого временного водохранилища водой, которая стекает лишь с площади водосбора между смежными плотинами и вытекания через постоянные отверстия каждой плотины только предварительно рассчитанного объема воды.
Поставленная задача решается в предлагаемой системе, которая, как и известная система защиты от наводнений, состоит из временных противопаводковых водохранилищ с плотинами, установленными на притоках главной реки водосбора, а в каждой плотине имеется сквозное отверстие для пропуска рассчетного объема воды, который не вызывает наводнения, а, в соответствии с предложением, система включает временные водохранилища и плотины, установленные на притоках главной реки, сквозные отверстия в плотинах, которые установлены на одном притоке, имеют одинаковую площадь поперечного сечения, с возможностью пропуска расчетного объема воды, а емкость каждого временного водохранилища равна расчетному объему воды, накопленному в границах водосбора, расположенного между соседними плотинами.
При этом емкость каждого временного водохранилища определяется объемом воды, которая стекает в притоки реки только с площади водосбора между смежными плотинами, в период интенсивного таяния снегов и/или интенсивных осадков.
3
ДОП
Допустимый объем водотока (м/с), который не вызывает наводнения в главном русле реки Q отвечает таким условиям:
2
где ω - площадь живого сечения реки (м), определенного при наибольшем допустимом уровне подъема воды;
V - средняя скорость течения в этом сечении (м/с).
ДОП
ДОП
прi
Q является суммой допустимых объемов водотока кажого притока Q ,
то есть,
p
где S - площадь водозабора реки (км);
прi
2
S - площадь водосбора i-го притока реки, как часть водосбора реки (км);
ΔT - продолжительность паводково опасного периода;
max
3
Q - объем воды (м), который образуется во время выпадения наибольшего количества осадков и/или таяния снегов на территории водосбора реки и ее притоков.
max
ДОП
В случае, когда Q>Q возникает наводнение.
max
3
2
Q=1000·F·W (м), где F - площадь водосбора реки (км), которая равна сумме площадей водосбора притоков:
2
W - наибольший объем воды, который образуется во время выпадения наибольшего количества осадков и/или таяния снегов (мм/м).
перев.
акi
3
Q - объем воды (м), который превышает допустимый и вызывающий наводнение во время выпадения наибольшего количества осадков и/или таяния снегов на территории водосбора реки. Во время удержания этой воды (аккумулирования) во временных водохранилищах перед плотинами (Q) и при постоянном значении объема воды, вытекающей через отверстия одинакового сечения в плотинах, на каждом притоке наводнение не возникает.
Использование плотин с одинаковыми отверстиями позволяет создать условия для стока строго определенного расчетного объема воды из временного противопаводкового водохранилища - такого объема, который обеспечивает безпаводковый сток в системе.
Предлагаемая система защиты от наводнений позволяет получить замкнутую саморегулируемую систему удержания паводковых вод, благодаря пропусканию расчетного (заданного) потока и перехватывания потоков, превышающих
допустимый уровень, которые вызывают наводнение, разнесения таких потоков во времени и по территории в границах водосбора за счет заполнения каждого временного водохранилища притока водой, которая стекает только с площади водосбора между соседними плотинами и выхода из каждой плотины только предварительно заданного объема стока.
Суть полезной модели поясняется графическими материалами.
На фиг.1 показана предлагаемая система защиты от наводнений, которая включает схему расположения плотин со сквозными отверстиями и работу плотин во время осадков и таяния снегов, когда через сквозные одинаковые отверстия в плотинах проходит расчетный объем стока, а излишек воды, стекающей с площади водосбора между плотинами удерживается во временных водохранилищах до полного стока и освобождения каждого временного водохранилища.
На фиг.2 показано расположение плотин со сквозными отверстиями при их работе в обычных условиях (без увеличенных осадков и повышенного таяния снегов) - при этом плотины пропускают обычный сток и временные водохранилища не заполняются.
На фиг.3 показан график стока основного русла без применения системы защиты от наводнений.
На фиг.4 показан график стока основного русла с применением предлагаемой системы защиты от наводнений.
При этом на графиках (фиг.3 и 4): цифрой 1 обозначен объем постоянного водотока реки, 2 - объем периодического водотока реки в границах допустимого паводка; 3 - объем внезапного водотока реки, вызывающий наводнение; 3-а - объем внезапного водотока реки, удержанный во временных водохранилищах, что исключило наводнение в русле главной реки.
Предлагаемая система защиты от наводнений предназначена для регулирования потоков воды, направленных к главному руслу 1 реки. Система охватывает бассейн водосбора главной реки в границах 2 и включает бассейны водосборов притоков 3 и бассейны водосборов 4 между плотинами на притоках. На схеме показаны места 5 определения допустимых расходов воды главной реки и ее притоков, а также плотины 6 со сквозными отверстиями постоянного сечения и временные водохранилища 7.
Система включает оптимальное расположение на притоках главной реки плотин 6 с отверстиями, что позволяет создать условия, при которых во время повышенных осадков и интенсивного таяния снегов, через отверстия в плотинах 6 пропускается расчетный объем стока, а излишек воды удерживается во временных водохранилищах 7 до полного стока воды и освобождения водохранилищ 7, что исключает возникновение наводнения в регионе, где работает предлагаемая система защиты от наводнений.
Пример. Предварительно исследовали ландшафт местности региона бассейна водосбора реки Серет (Восточные Карпаты, Украина). Исследование ландшафта местности, определение высших точек местности и бассейна водосбора исследуемого региона определяли путем аэрофотосъмки местности и последующего исследования (дешифрования) фотоснимков. Для выполнения этого исследования применяли методику, описанную в литературе: Касьянова Н.А., Кузьмин Ю.О. Современная аномальная геодинамика недр и ее влияние на объекты нефтегазового комплекса (научные основы, практические приложения и методы учета аномальных геодинамических проявлений). - М.: АОЗТ «Геоинформмарк. - 1996. - 54 с. Исследовали данные за 10-летний период об объемах осадков, объемах накапливаемых снегов и периодах их интенсивного таяния. На основе полученных данных определяли предельно допустимый объем воды речного стока в главном русле, который не вызывает наводнения и предельно допустимый объем воды каждого притока, пропорциональный части
3
3
площади его водосбора, который поступает в речной сток. Определяли для каждого притока количество плотин 6 с отверстиями одинакового сечения с возможностью пропуска определенного объема воды, определяли бассейн водосбора между плотинами 6, а объем каждого противопаводкового временного водохранилища 7 рассчитывали только для объема воды, который накапливался в бассейне водосбора между соседними плотинами 6 в период интенсивного таяния снегов. При этом плотины 6 с отверстиями, которые пропускали строго заданный поток воды, были построены на трех притоках реки Серет (Восточные Карпаты, Украина). Естественный среднесуточный расход воды в этой реке составляет 21 м/с, а допустимый расход, который не вызывает наводнения, установлен в объеме 100 м/с. Исходя из этого на трех притоках были построены плотины 6 с вмонтированными в них скозными полуцилиндрическими трубами, которые обеспечивали пропуск допустимого суммарного объема воды:
3
3
100 м/с=39+33+28 (м/с).
2
3
В двух плотинах 6 на первом притоке были вмонтированы полуцилиндрические трубы с радиусом 3 м, сечением 14,13 м и расчетным расходом воды 39 м/с.
2
3
В трех плотинах 6 на втором притоке были вмонтированы полуцилиндрические трубы с радиусом 2,5 м, сечением 9,81 м и расчетным расходом воды 33 м/с.
2
3
В двух плотинах 6 на третьем притоке были вмонтированы полуцилиндрические трубы с радиусом 2 м, сечением 6,25 м и расчетным расходом воды 28 м/c.
Вода, которая образовалась во время осадков и превысила расчетный расход воды в объеме 1,5 млн. м была удержана перед плотинами 6 во временных водохранилищах 7 в начале 2004 года, что позволило избежать катастрофического наводнения в русле реки Серет.