Способ селективного водозабора из непрерывно стратифицированного водоема
METHOD FOR SELECTIVE WATER INTAKE FROM CONTINUOUSLY STRATIFIED BODY OF WATER

Изобретение относится к гидротехнике, в частности к забору воды и может найти применение при проектировании и строительстве водозаборных устройств, обеспечивающих водоснабжение промышленных предприятий, тепловых и атомных электростанций.
Известен способ, где слой водоема, выбранный для водозабора, изолируют от выше- и нижележащих слоев поверхностью, которую формируют образующими плоское течение водовоздушными струями, направляя их под углом к горизонту на выбранную глубину (авторское свидетельство 1808904, опубликовано 15.04.1993 г., МГЖ: E02B 9/04).
Недостатком способа является то, что при его осуществлении водозабор возможен только из верхнего слоя стратифицированного водоема. Об управлении температурой забираемой воды речь не идет вообще. Кроме того, водовоздушные струи, направленные под углом к горизонту, будут не только изолировать слой водоема, выбранный для водозабора, но и приводить к перемешиванию воды и нарушению стратификации водоема, что не позволяет изобретение считать промышленно применимым, снижает его эффективность.
Наиболее близким техническим решением является способ, в котором забор воды производится из водоема с двухслойной стратификацией, синхронно из двух слоев: через водозаборное окно в одном слое - на промышленные нужды, а через водозаборное окно в другом слое вода возвращается в источник водоснабжения водоема (патент Российской Федерации №2648259 от 23.03.2018, МПК: E02B 9/04).
Недостатком способа-прототипа является то, что при его осуществлении нет возможности управлять температурой забираемой воды.
Технический результат заявленного объекта заключается в повышении эффективности способа, так как появляется возможность управления температурой забираемой воды для водоснабжения промышленных предприятий, тепловых и атомных электростанций.
Техническое решение заключается в том, что в отличие от способа-прототипа, в непрерывно стратифицированном водоеме температура потока воды в нижнем водозаборном окне управляется изменением величины скорости потока воды в верхнем водозаборном окне.
1
2
1
2
На фиг. 1 представлен схематический чертеж непрерывно стратифицированного водоема на вертикальной грани которого х=0 устроены два окна, одно над другим, где: Н - глубина водоема, Ох и Oz - горизонтальная и вертикальные оси координат, h и h - размеры по высоте нижнего и верхнего водозаборного окна соответственно,  и  - расстояние центров окон от дна водоема соответственно, V и V - скорости потоков воды через нижнее и верхнее окно соответственно.
Непрерывная стратификация водоема подразумевает равномерное изменение плотности воды по высоте водоема. По мере увеличения скорости забора воды через верхнее вспомогательное окно, толщина активного слоя воды, поступающей в проем нижнего окна, уменьшается. В результате этого средняя температура воды, забираемой через нижнего окно, уменьшается. Составленная авторами математическая модель представляет стационарную краевую задачу гидродинамики мало сжимаемой жидкости. Сжимаемость обусловлена вертикальной температурной стратификацией. В результате решения поставленной краевой задачи определены проекции вектора скорости, вычислена линия тока, приходящая к верхней кромке донного водозаборного окна. По мере увеличения скорости водозабора через вспомогательное окно, упомянутая линия тока опускается вертикально вниз и тем самым температура забираемой через нижнее окно воды уменьшается. Составляющие вектора скорости движения воды в водоеме вычислены строгими аналитическими методами математической физики. Линии тока рассчитаны методами конечных разностей Рунге-Кутта.
Способ осуществляется следующим образом.
Забор воды из непрерывно стратифицированного водоема на промышленные нужды производится через нижнее водозаборное окно. Температуру этого потока воды понижаем увеличивая поток воды через верхнее водозаборное окно, и увеличиваем - понижая поток воды через верхнее водозаборное окно.
Пример.
1
2
1
2
1
1
0
0
На основе гидродинамического метода расчета селективных водозаборных процессов в водоемах с непрерывной стратификацией была проведена оценка величины изменения температуры воды забираемой на промышленные нужды через нижнее водозаборное окно от величины изменения потока воды отбираемой через верхнее окно. На фиг. 2 представлена зависимость величины температуры потока воды отбираемого через нижнее водозаборное окно от величины потока воды через верхнее водозаборное окно. Параметрам присваивали значения: H=10 м; h=h=0,5 м; z=0,25 м; z=2,0 м. Скорости потока воды через нижнее водозаборное окно V=0,06 м/с соответствует нижняя сплошная кривая, а скорости V=0,14 м/с соответствует верхняя пунктирная кривая. Из фиг. 2 следует, что увеличение величины потока через верхнее водозаборное окно от 0 до 0,15 м/с приводит к уменьшению температуры потока воды, забираемой через нижнее водозаборное окно на 5°С.
Отсюда следует, что предлагаемый способ позволяет повысить эффективность водозаборных устройств, обеспечивающих водоснабжение промышленных предприятий, тепловых и атомных электростанций, так как его реализация позволяет обеспечить более низкую температуру охлаждающей воды.