БЛОК-ЗАТВОР ДЛЯ ЗАЩИТНОЙ ДАМБЫ ОТ НАГОННЫХ НАВОДНЕНИЙ ИЛИ ДРУГИХ ПОДОБНЫХ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ
BLOCK-GATE FOR PROTECTIVE DAM AGAINST PILEUP FLOODS OR OTHER SIMILAR NATURAL DISASTERS

Изобретение относится к средствам защиты приморских городов и территорий от наводнений, вызываемых нагонными волнами или цунами, с помощью дамб и других инженерных сооружений.
Так, в Венеции наконец начались работы по возведению системы мобильных дамб, защищающих самый затопляемый город Европы от наводнений. Грандиозный проект называется "Моисей". Притом что строительство начнется только сейчас, проект нельзя назвать новым - его начали разрабатывать еще 30 лет назад. Строительство всей конструкции обойдется примерно в 7 миллиардов долларов.
Известно, что за последние 100 лет Венеция погрузилась в воду на 23 сантиметра. В 1973 г. уникальный город был объявлен зоной национальных интересов Италии. Проект "Моисей" разрабатывается с 1966 года. Окончательный план строительства был согласован лишь в новейшее время.
При нормальных погодных условиях, когда отсутствует нагонная волна с моря, происходит нормальный сток вод по каналам Венеции в лагуну. При появлении нагонной волны водные потоки меняют направление и поступающая в каналы вода поднимает уровень воды в городе до 2-х метров. Для создания препятствия для вод обратного направления город на берегу Адриатики будет защищен системой из 79 надувных блоков, которые задержат поднимающееся море и сохранят приемлемый уровень воды в венецианской лагуне. Каждый блок имеет 20 метров в ширину, от 20 до 30 в высоту и от 4 до 5 в толщину. Эти "подушки", пока уровень моря не превысит определенной границы, будут лежать на две, заполненные водой. В случае подъема моря на метр или больше в блоки закачают воздух и тем самым поднимут один из их краев. Надувать эту временную плотину, по всей вероятности, придется раз 50 в год - примерно с такой периодичностью в последние два десятка лет в Венеции случаются наводнения. По всем расчетам она сможет защитить город от двухметрового подъема уровня воды.
Сейчас Венеция страдает от затоплений около 200 дней в году, а в начале XX в. эта цифра равнялась 7 дням.
Точно так же как и Венеция, от нагонных наводнений страдает один из красивейших городов Европы - Санкт-Петербург.
В настоящий момент заканчивается сооружение защитного комплекса Санкт-Петербурга от наводнений (КЗС). Дамба - комплекс дамб и сложных гидротехнических сооружений (водопропускных и судопропускных) будет состоять из двух судопропускных сооружений, шести водопропускных сооружений, 11 защитных дамб, протянувшихся поперек вершины Финского залива от Ижоры до Сестрорецка (поселок Горская), через остров Котлин, на котором находится город Кронштадт. Полная протяженность защитных сооружений Санкт-Петербурга 25,4 км. Во время самого крупного наводнения, которое когда-либо переживал Санкт-Петербург, уровень воды составил 4,2 метра выше ординара. Максимальная высота подъема воды, которую может выдержать комплекс защитных сооружений - 4,5 метра. В течение трех часов после срабатывания системы предупреждения о наводнении эти затворы будут полностью закрываться, поэтому возможность подтапливания прибрежных территорий будет исключена на 100%.
Проблема защиты приморских территорий существует у всех европейских государств, границы которых проходят по берегам Балтийского моря.
См. статьи по ссылкам: http://www.ebrd.com/new/stories/2007/070118.htm - Дамба в Санкт-Петербурге, http://www.bn.ru/news/1473.htm - Дамба в Венеции, и http://www. semiotic.ru/d/an/ven.htm - Венеция.
Литература
Смирнов Г.Н. и др. Порты и портовые сооружения. Москва, Стройиздат, 1979, с.303-310, рис.ХIV. 7а.
SU 746025 A, 17.07.1980.
RU 2228994 C2, 20.05.2004.
SU 470566 A, 20.08.1975.
DE 2341845 A1, 20.03.1975.
GB 2283265 A, 03.05.1995.
В качестве прототипа блок-затвора для защитной дамбы от нагонных наводнений или других подобных стихийных бедствий можно рассмотреть систему из бетонных блоков с воздушными полостями. В исходном состоянии воздушные полости блоков заполнены водой и лежат на дне залива. По сигналам с диспетчерского пункта при возникновении опасности наводнения включаются воздушные насосы, вытесняют воду из камер. Свободные концы блоков всплывают, поворачиваясь в опорах.
Указанный прототип описан автором Рыбкиным А.П. в заявке на изобретение №2008101400/03 (001537) от 10.012008, МПК E02B 3/00 (2006.01), «Устройство для защиты приморских территорий от наводнений», которая получила положительное решение на выдачу патента.
Самой дорогой составной частью этого изобретения в случае его осуществления являются инженерные сооружения: компрессорные станции, коммуникации и оборудование управления и контроля, а также последующие постоянные расходы по электроэнергии, техническому обслуживанию и модернизации.
Мною предлагается конструкция нового блок-затвора для защитной дамбы от нагонных наводнений или других подобных стихийных бедствий.
Блок-затвор для защитной дамбы от нагонных наводнений или других подобных стихийных бедствий представляет собой конструкцию, выполненную из металла, состоящую из панелей с диафрагмами, закрепленными под углом друг к другу. Нижние углы затворного блока фиксируются в донных опорах тем или иным способом. В исходном состоянии блок-затвор лежит на дне, опираясь на длинную плоскость. Короткая плоскость при этом направлена вверх и подвергается давлению движущегося потока. При этом если идет нормальный сток воды из русел рек, то воздействующая на короткую плоскость давящая сила прижимает длинную ко дну с дополнительной силой. При изменении направления потока, при нагонной волне, давящая сила прикладывается с другой стороны короткой плоскости и вызывает разворот всего блока. При этом длинная плоскость отрывается от дна и тоже подвергается воздействию потока, приводящего к ее ускоренному подъему. Набегающий поток поднимает затворный блок, при этом короткая сторона блока опускается и садится на дно, препятствуя дальнейшему развороту блока. Блок, встав в рабочее положение, остается в таком положении, препятствуя обратному движению водного потока нагонной волны до ее ослабления. Когда давление со стороны лагуны на затворный блок ослабнет, он под действием сил сменившего направления потока и сил гравитации снова ляжет на дно залива, не создавая препятствия естественному стоку воды из рек и каналов.
Целью изобретения является значительное удешевление работ по строительству необходимых звеньев дамбы или других защитных сооружений от водной стихии.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что блок-затвор для защитной дамбы от нагонных наводнений или других подобных стихийных бедствий выполнен из разновеликих панелей, соединенных между собой под углом, в нижних углах которых установлены оси, входящие в донные опоры и обеспечивающие поворот блок-затвора вокруг осей при воздействии водных потоков переменного направления, а на рамах панелей укреплены эластичные мембраны, выполненные из водонепроницаемых капролоновых рукавов, переплетенных между собой по принципу «корзины», при этом блок-затвор выполнен из сборных панелей, допускающих изменение их длины за счет взаимного смещения и/или разворота частей с фиксацией в заданном положении, взаимный угол между которыми задается косыми стяжками. При доставке водным путем рукава мембраны заполняются воздухом для придания положительной плавучести, а панели раскладываются на водной поверхности. Верхняя часть длинной панели имеет изгиб или козырек, расположенный под углом к плоскости панели, а изгиб направлен вверх против набегающего потока. На верхних кромках блоков-затворов установлены ударопоглощающие кромки, верхние кромки блоков-затворов покрыты светоотражающим материалом, а место положения блоков-затворов в исходном состоянии на дне лагуны обозначается сигнальными буями со световыми приборами с автономным энергонезависимым питанием.
Положительный эффект от применения блок-затвора для защитной дамбы от нагонных наводнений или других подобных стихийных бедствий предлагаемой конструкции состоит в том, что они более технологичные, отпадает необходимость в сооружении компрессорных станций, коммуникаций и оборудовании для управления и контроля запорных блоков, а также снижаются последующие постоянные расходы на электроэнергию и техническое обслуживание всего защитного сооружения от наводнения.
На прилагаемых к описанию чертежах 1, 2, 3, 4, 5 и 6 приняты следующие обозначения:
2 - длинная панель
3 - короткая панель
4 - рама
5 - донная опора
6 - ось
7 - мембрана
8 - рукав
9 - воздушный канал
10 - сигнальный буй
11 - светоотражающее покрытие
12 - ударопоглощающая кромка
13 - стяжка
14 - вентиль
15 - клапан
16 - штуцер
17 - набегающий поток
18 - козырек
19 - сдвижная часть панели
20 - фиксатор.
На фиг.1 показан блок-затвор (1) защитного сооружения от наводнения, где видны длинная панель (2), короткая панель (3), донная опора (5), ось (6), упругая мембрана (7), стяжка (13).
На фиг.2 показан фрагмент конструкции блок-затвора (1), где видны опорная рама (4), рукав (8).
На фиг.3 показан рукав (8), воздушный канал (9), вентиль (14), клапан (15), штуцер (16).
На фиг.4 показан блок-затвор (1) лежащий на дне залива. Поток (17) протекает над верхним краем короткой панели (3). Сигнальный буй (10) прикреплен к верхней кромке короткой панели (3) и выступает из воды.
На фиг.5 показан момент разворота блок-затвора (1) под действием водяного потока (17), изменившего направления и давящего на короткую панель (3) и длинную панель (2) блок-затвора.
На фиг.6 показан блок-затвор (1), вставший поперек потока (17), короткая панель (3) уперлась в дно залива. На верхней кромке длинной панели (2) установлена ударопоглощающая кромка (12) со светоотражающим слоем (11).
Предлагаемый блок-затвор для защитной дамбы от нагонных наводнений или других подобных стихийных бедствий работает следующим образом.
В исходном состоянии длинные панели (2) блок-затвора лежат на дне, не создавая препятствий естественному стоку воды из канала или реки и движению судов. При наводнении нагонная волна, движущаяся со стороны лагуны, вызывает попятное движение водяного потока (17), который начинает давить вначале на короткую панель (3), а затем по мере разворота и на длинную панель (2), приводя затворный блок (1) в движение до полного разворота. Опустившаяся на дно короткая панель (3) останавливает дальнейший разворот блок-затвора (1). В таком положении блок-затвор (1) остается до ослабления давления со стороны нагонной волны. Когда давление со стороны нагонной волны ослабнет и водяной поток приобретет первоначальное движение, длинная панель снова ляжет на дно залива, не создавая препятствия естественному стоку воды из рек и каналов и движению судов.
Конструкция блок-затвора для защитной дамбы от нагонных наводнений или других подобных стихийных бедствий может быть выполнена сборной из двух панелей, соединяемых на месте затопления и доставляемых до места погружения в состоянии положительной плавучести, достигаемой закачкой воздуха в замкнутые рукава мембраны.
На длинной панели может устанавливаться наклонный козырек (18), облегчающий начальный отрыв длинной панели (2) от дна.
Блок-затвор может быть выполнен из сборных панелей, допускающих изменение их длины и конфигурации за счет их взаимного смещения и фиксации на заданном уровне, а взаимный угол между панелями может быть задан косыми стяжками.
Размеры и форма короткой плоскости и наклонного козырька затворного блока определяются расчетом или опытным путем.
Положение и место блок-затвора для защитной дамбы от нагонных наводнений или других подобных стихийных бедствий на дне залива обозначается сигнальными буями (10), например, зеленого цвета, прикрепленных к кромке панелей, а при выходе из воды длинной панели в защитное положение также и визуально за счет светоотражающего покрытия (10), нанесенного на ударопоглощающую кромку (12).
Конструкция мембраны (7) панелей (2 и 3) выполнена в виде переплетения рукавов (8) по принципу «корзины» и выполняет двоякую роль, с одной стороны, облегчает вес затворного блока, а с другой, снимает излишнее давление водяного потока на затворный блок при большой скорости набегающего потока. Мембраны панелей под действием водяного потока прогибаются, происходит образование щелей в местах переплетения рукавов (8).
Снятие пиковой нагрузки на длинную панель при избыточном давлении позволяет снизить требования к прочности блок-затвора, а значит, и сэкономить расходные материалы при сохранении общей прочности конструкции.
В качестве материалов для выполнения рукавов наиболее приемлемо использование высокополимерных материалов на основе натуральных или синтетических каучуков или водонепроницаемых резин на их основе, обладающих высокой прочностью, упругостью и стойкостью к воздействию морской воды. Выполнение блок-затворов из сборных панелей облегчает их транспортировку до места погружения, а также монтаж и установку на дне водоема, поскольку доставка производится в плавучем состоянии и в развернутом положении. В месте погружения блок-затвора, манипулируя плавучестью его частей, придав панелям необходимое взаимное положение, производится окончательная сборка перед установкой на донные опоры.
Предлагаемая конструкция блок-затвора для защитной дамбы от нагонных наводнений или других подобных стихийных бедствий не требует изменения уже существующей технологии производства заторных блоков, что не вызывает дополнительных затрат при сооружении защитных дамб от наводнения. Использование предлагаемой конструкции наиболее приемлемо при строительстве защитных сооружений в заливах с малыми глубинами ввиду низкой стоимости всего сооружения.
В конструкцию блок-затвора для защитной дамбы от нагонных наводнений или других подобных стихийных бедствий могут быть введены различные гидродинамические элементы, увеличивающие подъемную силу всплывающих сторон затворных блоков.