УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПАВОДКА

Полезная модель относится к области гидротехнического строительства, а именно к устройствам защиты населенных территорий от паводковых наводнений. Устройство предназначено для принятия аварийных мер при кратковременных ливневых потоках или при стихийных паводковых наводнениях перед проведением масштабных мероприятий по спасению населения.
Известна система защиты от паводковых наводнений по пат.RU №2389845, МПК Е02В 3/02, опубл. 20.05.2010, состоящая из противопаводковых плотин, расположенных на каждом притоке главной реки одна за другой, что позволяет создать каскад малых водохранилищ, улавливающих основной объем стока. Ступенчатое расположение водохранилищ позволяет сооружать плотины любой высоты с любым объемом водохранилища и после «срезки» пика паводка в короткие сроки опорожнить их, используя в последующем временно подтопленные земли для хозяйственного использования.
Известны устройства защиты от паводковых наводнений в виде бетонных дамб - запруд, выполненных из бетона с отверстиями, которые предназначены для сброса воды (патент RU №2116401, МПК Е02В 3/02, опубл. 27.07.1998).
Перечисленные устройства обеспечивают эффективную защиту населенных территорий от паводковых наводнений. Однако в тех случаях, когда требуется остановить первую волну паводка, чтобы обеспечить своевременную эвакуацию населения из района бедствия, или принять экстренные кратковременные меры в случае непродолжительных ливней, возведение таких сооружений бывает нецелесообразным из-за достаточно высокой стоимости и сложности строительства.
Наиболее близким аналогом заявляемого решения является устройство по патенту РФ на полезную модель №41739, МПК Е02В 3/00, опубл. 10.11.2004.
Устройство-прототип включает комплекс временных водохранилищ с плотинами, установленными на притоках главной реки водосбора. В каждой плотине имеется сквозное отверстие в виде полуцилиндрических труб для пропуска максимального объема воды, не вызывающего наводнения.
Недостатком прототипа является недостаточная оперативность защиты от паводковых наводнений.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является повышение оперативности защиты от паводковых наводнений.
Для решения поставленной задачи используется следующая совокупность существенных признаков: устройство для защиты от паводка, включающее плотину, выполненную в виде поворотного клапанного затвора, шарнирно установленного в береговых устоях и опирающегося на баллон из эластичного водонепроницаемого материала, соединенного трубопроводом с устройством водозабора и через управляемый вентиль - с устройством водосброса, соединенного с водостоком и размещенного в одном из береговых устоев, при этом устройство водозабора установлено на водостоке перед временным водоемом на высоте, превышающей максимально допустимый уровень воды во временном водоеме. В свою очередь длина трубопровода определена из неравенства:  где Н - высота плотины гидроузла; i - угол наклона трубопровода.
Из неравенства следует, что длина трубопровода зависит как от максимально допустимого уровня воды во временном водоеме, обеспечиваемого высотой плотины, так и от уклона местности и находящегося в прямой зависимости от него угла наклона трубопровода. В свою очередь высота плотины гидроузла выбирается исходя из размеров требуемого объема временного водохранилища и особенностей местных природных условий.
Сущность полезной модели заключается в разделении паводкового потока при поднятии его уровня на две части. Одна часть перехватывается временной запрудой (водоемом), образуемой за счет перекрытия потока временной плотиной. За счет забора второй части паводкового потока происходит заполнение баллона, который по мере наполнения поворачивает стенку упомянутой плотины до положения, обеспечивающего перекрытие воды в водоеме. При этом для создания необходимого для поднятия плотины уровня напора воды, водозабор производится на высоте, превышающей максимально допустимый уровень воды в запруде (водоеме). Это обстоятельство учитывается при выборе длины трубопровода, размер которого должен превышать высоту плотины гидроузла (максимально допустимый уровень воды во временном водоеме) с учетом угла наклона трубопровода.
Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что повышение оперативности защиты от паводковых наводнений решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где
на фиг. 1 - изображен план расположения устройства;
на фиг. 2 - продольный разрез;
на фиг. 3 - разрез 1-1 по руслу реки в зоне расположения водозабора;
на фиг. 4 - план расположения водозабора в русле реки;
на фиг. 5 - продольный разрез по плотине, на рис. 6 - поперечный разрез по плотине.
Заявляемое устройство включает плотину 1, образующую временный водоем 2 в русле реки 3. Слева и справа от реки находится населенный пункт 4. В русле реки перед водоемом 2 расположено устройство водозабора 5, соединенное с плотиной 1 трубопроводом 6. Плотина включает береговые устои 7 (фиг. 5, 6), в одном из которых выполнено устройство водосброса 8. Между береговыми устоями 7 установлен поворотный клапанный затвор 9 и баллон 10 из эластичного водонепроницаемого материала (фиг. 6). Трубопровод 6 через патрубок 11 соединяет полость баллона 10 плотины с устройством водозабора 5. Для выпуска воды из баллона 10 предусмотрен патрубок 12, соединенный через вентиль с устройством водосброса 8. Клапанный затвор 9 плотины соединен с бетонным флютбетом 13 посредством шарнира 14 (фиг. 6). Длина трубопровода определяется из неравенства:  где: Н - высота плотины гидроузла i - уклон трубопровода. Для Н=3 м и i=0,035 длина трубопровода будет составлять L≈90 м.
Устройство предназначено для принятия экстренных мер по спасению населения от паводковых наводнений, и работает следующим образом. В отсутствии паводка в реку 3 поступает естественный (ограниченный) расход воды через устройство водосброса 8, расположенное в устое 7. При превышении бытового (естественного) уровня воды (фиг. 2) паводковый поток, следуя по руслу реки 3, подтопит устройство водозабора 5. Далее вода по трубопроводу 6 поступит в баллон 10, (вентиль 12 закрыт), который поднимет клапанный затвор 9, создавая подпор воды в водоеме 2 (фиг. 2, 6). В случае длительного дождевого паводка вода переполнит водоем 2 и перельется через плотину, но до этого момента в распоряжении спасателей есть время на организацию оповещения населения об угрозе наводнения и вывозе его из опасной зоны. После окончания паводка вода в водоеме отступит, баллон 10 через открытый вентиль, установленный в патрубке 12, опорожнится, и плотина ляжет на флютбет 13.
Устройство позволяет принять аварийные меры по защите населения от паводковых наводнений при кратковременных ливневых потоках или при продолжительных паводках перед проведением масштабных мероприятий по спасению населения. Вместо целого ряда стационарных плотин со сквозными отверстиями в виде полуцилиндрических труб, устанавливаемыми на каждом притоке главной реки и такого же количества создаваемых временных водоемов, указанную задачу решает всего одна временная плотина, устанавливаемая на стоке главной реки и один временный водоем, образуемый этой плотиной. Достоинством сооружения является то, что оно работает автоматически: подъем плотины и заполнение временного водоема осуществляется «по команде» паводка при повышении уровня воды в реке. При этом через устройство водосброса (при закрытом вентиле в патрубке баллона) проходит безопасный (бытовой) расход воды паводкового потока. После окончания паводка водоем опорожнится также через устройство водосброса. То же произойдет с баллоном, из которого вода в устройство водосброса выйдет через открытый вентиль, после чего плотина займет горизонтальное положение, не препятствуя течению безопасного потока.
Описанное устройство разработано специалистами кафедры Гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» в составе научно-исследовательской работы. Были произведены расчеты, показавшие возможность использования устройства в составе схемы защиты г. Сочи и других населенных пунктов Кавказа, Приморского края и др. от паводковых затоплений.
Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «промышленная применимость».