СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРОМЫВА РУСЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF WATERBED HYDRAULIC BLOW AND DEVICE TO THIS END

Изобретения относится к области гидротехники, в частности к русловой, и направлено на промыв русел малых рек и мелиоративных каналов, а также на улучшение качества воды и общего санитарно-гигиенического состояния водотоков, повышения продуктивности рек и их пойм.
Известен способ промыва русел естественных водотоков (Лапшенков B.C. Без малых рек нет рек больших. - Ростов: Кн.Изд-во, 1983. - С.83-84), включающий создание стационарных рекультивационных водохранилищ, в которых с целью увеличения дренирующей способности, снижения уровней грунтовых вод на пойме и улучшения санитарного состояния водотоков, попусками руслоформирующих расходов воды осуществляют промыв русел от наносных отложений.
К недостаткам описанного способа промыва русел водотоков относятся техническая и организационная сложность создания и пропуска руслоформирующих расходов, заключающаяся в необходимости возведения водохранилищ с большими объемами воды и со всем комплексом гидротехнических сооружений (плотина, водопропускные и водоспускные сооружения, ледозащита и др.).
Наиболее близким к заявленному способу является способ очистки открытого русла от донных отложений (SU А.с №1046397, Е02В 3/02, БИ №37 от 07.10.1983), включающий размыв донных отложений струями воды, подаваемой под давлением с последующим уносом их потоком воды русла, в котором с целью повышения эффективности промыва за счет удаления илистых фракций и экранирования поверхности дна русла песчаными фракциями, в придонном слое потока поддерживают расчетную плотность водогрунтовой смеси, при этом предусмотрены взмучивающие устройства, содержащие энергоемкое оборудование (насосные установки), осуществляющее формирование высоконапорных струй воды для размыва донных отложений.
К недостаткам способа относится сложность поддержания в придонном слое потока расчетной плотности водогрунтовой смеси по ширине русла. Взмучивающее устройство для реализации описанного способа обладает высокой энергоемкостью и сложной схемой технологического процесса, низкой эксплуатационной надежностью.
Также известно плавучее струенаправляющее устройство А.И.Простова для углубления дна (SU А.с №553325, Е02В 3/02, БИ №13 от 05.04.74), выполненное в виде соединенных друг с другом гибких герметичных емкостей, заполненных воздухом. Транспортирование устройства к местам промыва речных перекатов осуществляют применением плавсредств.
К недостаткам данного устройства относятся невозможность промыва русла по всему сечению и придание ему естественных параметров, а также необходимость использования для перемещения устройства энергоемких средств.
Наиболее близким, в части заявленного устройства, является способ углубления и выправления речного переката передвижным водостеснительным устройством (SU А.с №256646, Е03В 3/02, БИ №34 от 04.11.1969), где водостеснительное устройство для углубления и выправления речного переката, не доходящее до дна реки, выполненное из пленочно-тканевых материалов и состоящее из напорного полотнища с поплавком, тросовых соединений и балласта, перемещают посредством судна по руслу водотока к местам размыва донных отложений.
Недостатками данного устройства являются ограниченность его применения только для выправления перекатов и невозможность очистки русла по всему сечению, а также сложность процесса эксплуатации в виду использования судна для перемещения устройства к месту промыва.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение - упрощение промыва русел естественных и искусственных водотоков путем использования энергии водного потока.
Технический результат - углубление русла, формирование отмостки расчетных фракций, очистка русла по всему сечению и придание ему естественных параметров, улучшение санитарно-гигиенических условий водотока, повышение продуктивности рек и их пойм.
Технический результат в части способа достигается тем, что в русле водотока устанавливают устройство с функцией водоподпорного сооружения из тканевых материалов, позволяющее создать напор и возможность регулирования скоростным режимом, размывающим наносные отложения с диаметром частиц, меньшим диаметра частиц запроектированной отмостки с последующим уносом их потоком воды, причем процесс промыва происходит непрерывно за счет маневрирования конструктивными элементами устройства, обеспечивающими ему перемещение по ходу промыва вместе с образованным им русловым водохранилищем.
Технический результат в части устройства для гидравлического промыва русла достигается тем, что для создания в русле скоростей, размывающих наносные отложения с последующим уносом их потоком воды, устройство выполнено из горизонтального полотнища, с установленным на нем балластом, соединенного с напорным полотнищем тросовыми связями с образованием между ними водопропускной щели, вдоль которой на полотнищах закреплены баллоны, регулируемые с помощью заполнителя, при этом величина открытия щели регулируется перекрывающим ее подвижным полотнищем, которое прикреплено с помощью стабилизирующих колец к тросовым связям, по продольным образующим подвижное полотнище крепится к напорному полотнищу и баллону непосредственно, а к горизонтальному полотнищу посредством тросовых связей через закрепленные на нем направляющие кольца, причем перемещение устройства по ходу промыва осуществляется за счет маневрирования объемом заполнителя баллона, выполненного с внутренней тросовой диафрагмой, стягивающей его выше средней части и установленного на горизонтальном полотнище в месте соединения его с оттяжками несущего троса управления, определяющего положение устройства в русле водотока. При этом баллон, установленный на напорном полотнище, может быть выполнен в виде одного или секций баллонов, выполненных и размещенных в различных геометрических конфигурациях, а балласт может быть выполнен сплошным, секционным, жестким или гибким с возможностью копирования дна русла водотока.
Предложенное устройство может быть выполнено в соответствии с заказом по известной и отработанной технологии изготовления тканевых конструкций на заводах резинотехнических изделий (например: ОАО "УЗЭМИК" (г.Уфа), ОАО «Барнаульский завод резинотехнических изделий»).
Промыв русел водотоков производят в период летней межени.
Перед установкой устройства русло водотока очищают от древесно-кустарниковой растительности и металлических предметов.
Непосредственно на место установки устройство доставляют автомобильным транспортом и выгружают автокраном. После чего раскладывают на берегу водотока и собирают в соответствии с прилагаемой заводской инструкцией сборки устройства, монтируют и крепят силовой пояс. После сборки устройства производят пуско-наладочные работы.
Одновременно с монтажом устройства на участке промыва русла водотока на обоих берегах выполняются две пары неподвижных (например, винтовых) анкеров для крепления подвижных анкеров (например, лебедок).
После выполнения подготовительных работ производят перемещение собранного устройства непосредственно в водоток бригадой рабочих в составе 6-8 человек (при необходимости возможно применение технических средств и плавсредств). После размещения собранного устройства в русле производят закрепление несущего троса управления со свободными концами тросов подвижных анкеров. Маневрируя баллонами, являющимися элементами управления устройства, создают режим наполнения емкости перемещающегося по ходу промыва водохранилища. После достижения в верхнем бьефе необходимого напора для создания размывающих наносные отложения скоростей начинают процесс промыва русла и очистки его от фракций наносов с диаметром частиц, меньшим диаметра частиц запроектированной отмостки. С этой целью подвижное полотнище устанавливают посредством баллонов управления в запроектированное положение, при котором водопропускная щель формирует требуемую скорость истечения потока в нижний бьеф. На этих работах заняты два человека, которые осуществляют, кроме того, и управление перемещением самого устройства, в том числе, в условиях извилистого русла.
После промыва отдельного участка русла, или его всего, устройство демонтируют. С этой целью баллоны освобождают от заполнителя путем соединения секций баллонов с внешней средой, балласт отсоединяют от горизонтального полотнища и перемещают на берег, а полотнища устройства выстилают потоком в русле и перемещают на берег, где после просушки укладывают в контейнер и транспортируют к месту хранения.
Изобретение поясняется чертежами: фиг.1-8.
На фиг.1 - общий вид устройства для осуществления способа гидравлического промыва русла (фрагмент устройства при промыве).
На фиг.2 - схема размещения устройства в русле водотока в плане.
На фиг.3 - схема устройства в момент установки в русле (разрез).
На фиг.4 - схема устройства при промыве русла (разрез).
На фиг.5 - схема устройства при перемещении в русле (разрез).
На фиг.6, 7, 8 - варианты выполнения и установки эластичных баллонов напорного полотнища в различных геометрических конфигурациях.
В основе способа лежит принцип создания промывного режима перемещающимся по ходу промыва водохранилищем, образованным устройством с функцией водоподпорного сооружения с геометрически изменяемыми плановыми и высотными характеристиками.
Устройство (фиг.1-5) состоит из горизонтального полотнища 1, напорного полотнища 2 и подвижного полотнища 3. По продольным кромкам полотнищ 1, 2, 3 выполнены соединительные петли 4, 5, 6, 7, 8. Вдоль соединительных петель 4 к горизонтальному полотнищу 1 прикреплен баллон 9, стянутый выше средней части внутренней тросовой диафрагмой 10, а вдоль соединительных петель 5 прикреплен баллон 11 и направляющие кольца 12. В средней части горизонтального полотнища 1 установлен стабилизирующий балласт 13, который может быть выполнен сплошным или секционным (например, в виде подвижно сочлененных между собой металлических болванок), жестким или гибким (например, пакетированный грунт), что позволит при движении устройства копировать дно русла промываемого водотока.
Горизонтальное полотнище 1 соединено с напорным полотнищем 2 посредством соединительных петель 5, 6 и тросовых связей 14 с образованием водопропускной щели 15 (фиг.4), шириной равной длине тросовых связей 14. Вдоль верхней кромки напорного полотнища 2 закреплен поплавок 16, а вдоль нижней - баллон 17, причем баллон 17 может быть выполнен в виде одного или секций баллонов (17а, 17б, 17в, 17г) (фиг.6, 7, 8), размещенных и выполненных в различных геометрических конфигурациях (например, последовательно (фиг.6), крестообразно (фиг.7) или по типу матрешки с касанием в одной точке (фиг.8)), что позволит расширить диапазон маневрирования скоростями размыва, в зависимости от крупности размываемых донных отложений за счет изменения величины открытия водопропускной щели 15.
Водопропускную щель 15 и баллон 17 перекрывает подвижное полотнище 3, один край которого непосредственно закреплен к напорному полотнищу 2 и баллону 17, а другой посредством соединительных петель 8 и гибкой тросовой связи 18 через направляющие кольца 12 и баллон 11 к горизонтальному полотнищу 1. На подвижном полотнище 3 закреплены стабилизирующие кольца 19, соединенные с тросовыми связями 14 с возможностью скольжения по ним.
Верхняя кромка напорного полотнища 2 с помощью соединительных петель 7 и тросовых связей 20 крепится к соединительным петлям 4 горизонтального полотнища 1, а посредством соединительных петель 4, 7 и тросовых оттяжек 21 и 22 все устройство крепится к несущему тросу управления 23, концы которого закреплены к береговым анкерам 24 (фиг.2). Устройство размывает донные наносные отложения 25, до отмостки 26, образуя намывной дюнообразный грунтовый вал 27 (фиг.1).
Приведем некоторые технические данные конструктивных элементов предложенного устройства.
Для изготовления полотнищ 1, 2, 3 поплавка 16 и баллонов 9, 11, 17 устройства применяют ткань 8-413 (ТУ 38 305153-81). Склейку ткани производят клеем СВ-1-5Б или СВ-1-5К (ТУ 38 305181-82). Прошивку швов выполняют нитками 222Л (ТУ17ЛенНИИТП 41-83) или нитками ЗК (ОСТ 17-330-84) в четыре строчки. Швы заделывают герметизационной лентой Л-61 (ТУ 38-305184-79). Не заделанные лентой швы промазывают клеем-герметиком 8-031Б или 8-031К (ТУ 38 305253-83).
Тросовые связи 14, 18, 20 и тросовые оттяжки 21, 22 выполняют из канатов диаметром 5,2 мм двойной свивки типа ТК с расчетным разрывным усилием каната в целом 20900 Н (2132,6 кгс) (ГОСТ 3067-88).
Несущий трос управления 23 принимают диаметром не менее 25 мм для устройства шириной до 30 м и воспринимаемым напором до 3,5 м изготавливают как канат двойной свивки типа ТЛК-0 с расчетным разрывным усилием каната в целом - 358500 Н (36581,6 кгс) (ГОСТ 3079-80).
КОЛ
КОЛ
Направляющие и стабилизирующие кольца 12, 19 выполняют из стержня круглого сечения диметром 6 мм, изготовленного из стали углеродистой горячекатаной обыкновенной (ГОСТ 380-71) группы А марки Ст.3. Внутренний диаметр (d) направляющих и стабилизирующих колец 12, 19 равен 8 диаметрам тросовых связей 14, 18 (d=5,2·8=50 мм).
Заполнение баллонов 9, 11 осуществляют водой из промываемого водотока центробежным насосом производительностью 2-3 л/с (любой марки), а их опорожнение осуществляется самотеком путем открытия напорного трубопровода насоса для сообщения его с атмосферой.
3
Заполнение поплавка 16 и баллонов 17 (17а, 17б, 17в, 17г) осуществляют атмосферным воздухом с использованием компрессора производительностью 0,002-0,003 м/c (любой марки), опорожнение достигают путем соединения полостей поплавка и секций баллонов с внешней средой.
В качестве береговых анкеров можно использовать лебедки типоразмера ЛР-10 весом 18,62 кН, с тяговым усилием 98 кН, с диаметром барабана 480 мм и с канатоемкостью 300 м. Чтобы лебедки не смещались в рабочем положении, их рамы прикрепляют канатом к якорю. Так как при работе устройства местоположение анкеров меняют, то используют винтовые якоря, применяемые на восприятие сдвигающих усилий до 98,0 кН включительно.
Включение в работу устройства для промыва осуществляют следующим образом.
Баллон 9 (фиг.3) наполняют водой на 0,5 своего объема, обеспечивая этим включение в работу тросовой диафрагмы 10, баллон 11 наполняют полностью, при этом баллон 17 свободен от заполнителя. Такое наполнение баллонов 11 и 17 вызовет смещение тросовых связей 18, а с ними и соединительных петель 8 с прикрепленным к ним подвижным полотнищем 3 в сторону верхнего бьефа, при этом его положение будет фиксировано в отношении тросовых связей 14 стабилизирующими кольцами 19. В результате этого водопропускная щель 15 перекроется подвижным полотнищем 3 и вода, накапливаясь перед сооружением, вызовет подъем поплавка 16 с верхней кромкой напорного полотнища 2, удерживаемого тросовыми связями 20 и тросовыми оттяжками 22. Сдвигающее усилие, создаваемое гидравлическими нагрузками, действующими на напорное полотнище 2, посредством тросовых связей 14 передается горизонтальному полотнищу 1, и частично компенсируется силами трения между горизонтальным полотнищем 1 и дном русла, усиливаемых стабилизирующим балластом 13, при этом часть сдвигающих усилий воспринимается тросовыми оттяжками 21 и 22 и через несущий трос управления 23 передается береговым анкерам 24 (фиг.2), положением которых определяют место установки устройства.
По достижению расчетного уровня в русле ∇ УВБ (фиг.4) баллон 11 освобождают от заполнителя, а баллон 17 наполняют заполнителем. В результате этого подвижное полотнище 3 переместится на напорное полотнище 2 и водопропускная щель 15 откроется, откуда устремится поток воды с размывающими скоростями, формируемыми напором - Н, определяемым величиной высоты подъема верхней кромки напорного полотнища 2. Поток воды, выходя через водопропускную щель 15, размывает донные наносные отложения 25 и перемещает их в нижний бьеф на расстояние, определяемое его транспортирующей способностью.
По мере выноса фракций наносных отложений 25 и формирования в русле отмостки 26 (фиг.1), устройство перемещают ниже по течению, для чего баллон 9 наполняют до своего полного объема (фиг.5), что вызывает подъем тросовых связей 20 и обеспечивает тем самым подъем верхней кромки напорного полотнища 2 с поплавком 16. В результате чего увеличивается напор перед устройством, и возрастают сдвигающие гидравлические нагрузки, воспринимаемые им.
Несущий трос управления 23, посредством береговых анкеров 24, удлиняют, и горизонтальное полотнище 1 под действием горизонтальной составляющей гидравлической нагрузки перемещается по дну русла в сторону промываемого участка русла, где имеются в наличии наносные фракции, подверженные размыву, и где еще не сформирована отмостка 26. После чего баллон 11 освобождают от заполнителя, а баллон 17 наполняют до расчетной величины, в результате чего подвижное полотнище 3 перемещается на напорное полотнище 2 и открывает водопропускную щель 15, возобновляя этим процесс промыва русла водотока.
По мере снижения эффективности промывного режима, создаваемого устройством, из-за накопления перед ним наносных масс и формирования их в виде намывного дюнообразного грунтового вала 27 (фиг.1), работу устройства приостанавливают, а намытые донные отложения в местах их локализации удаляют из русла механическим или гидромеханическим способом на прилегающие к берегам водотока пойменные неудобья (овраги, балки, отработанные карьеры и т.п.). Способ удаления из водотока наносов определяют в каждом конкретном случае индивидуально, исходя из его экономической эффективности.
Применение способа гидравлического промыва русла и устройства для его осуществления, обеспечивающего образование руслового водохранилища, формирующего скорости, размывающие наносные отложения, и перемещающегося совместно с ним в русле водотока по ходу промыва, позволяет упростить процесс очистки русел водотоков от наносных отложений, снизить финансовые и энергозатраты, повысить производительность труда, улучшить экологическую ситуацию на водотоках.