Система захисту греблі

1. Система захисту греблі, що включає тіло греблі з основою, водоскид і водовипуск, водоприймальні споруди, яка відрізняється тим, що в тілі греблі створена порожнина по всій її довжині, з'єднана з водоскидним колекторомрозподільником, розміщеним в основі греблі, який відділений засувками від водовідвідних каналів, розташованих в торцевих частинах тіла греблі і з'єднаних з водоприймальними спорудами, при цьому в тілі греблі додатково утворені регульовані засувками верхні водоскидні і нижні водовипускні отвори, розташовані, відповідно, у верхній частині порожнини з боку рівня води верхнього б'єфа ріки і у нижній частині порожнини з боку рівня води нижнього б'єфа, а загальний розмір регульованих перерізів верхніх і нижніх отворів підібраний у відповідності до співвідношення: S1 / S2 (Pat gh) / m v2 , де: S1 , S2 - площини перерізу верхніх та нижніх отворів відповідно; нижнього б'єфів; m - змінний параметр, який визначає зміну швидкості через отвір; v - швидкість потоку води через верхній отвір. 2. Система захисту греблі за п.1, яка відрізняється тим, що верхні отвори виконані так, що в звичайних умовах їх верхня крайка розташована на рівні або нижче рівня верхнього б'єфа ріки. 3. Система захисту греблі за п.1, яка відрізняється тим, що нижні отвори розташовані в придонній частині греблі з боку нижнього б'єфа ріки. 4. Система захисту греблі за п.1, яка відрізняється тим, що водоприймальні споруди створені штучно і розташовані нижче рівня водосховища в оптимальному місці рельєфу з точки зору економічної доцільності. 5. Система захисту греблі за п.1, яка відрізняється тим, що як водоприймальні споруди використані наявні водойми в місцях їх природного розташування, незалежно від їх відстані від греблі. 6. Система захисту греблі за п.1, яка відрізняється тим, що укоси та дно водовідвідних каналів укріплені твердим покриттям, при цьому покриття дна виконане у відповідності до вимог покриття автошляхів. Корисна модель відноситься до області гідротехнічного будівництва і експлуатації гребель і може бути використана для їх захисту від руйнування неконтрольованим потоком води при прориві греблі внаслідок аварійних ситуацій та запобігання катастрофічного затоплення територій і розташованих на них населених пунктів та об'єктів господарювання, що знаходяться нижче водосховища, а також забезпечення вільного проходу риби скрізь греблю. Загально відомим напрямком у вирішенні цих проблем є акумуляція річкового стоку і його регулювання за допомогою водосховищ-регуляторів або протипаводкових ємностей. Проте, такі рішення мають спільний недолік, який полягає в тому, що для акумуляції річкового стоку, в будь-якому вигляді, потрібне затоплення значних територій, як правило, найбільш родючих земель сільськогосподарського призначення, що призводить до значних збитків природноекономічної системи землекористування. На вирішення цього недоліку направлений спосіб регулювання річкового стоку сутність якого полягає у тому, що частину стоку при паводку подають у старе зневоднене русло, а із настанням межені, воду скидають у головне русло через до - густина води; (19) UA (11) 14878 (13) U h - різниця висот між рівнями води верхнього і 3 14878 4 даткову греблю, яку одночасно використовують тілі греблі також створені регульовані засувками для зневоднення старого русла в період найбільверхні водоскидні і нижні водовипускні отвори, шого падіння води [див. деклараційний патент розташовані, відповідно, у верхній частині порожУкраїни №46419, МПК6 Е02В3/32, Бюл. №5, нини з боку рівня води верхнього б'єфа ріки і у 2002р.]. нижній частині порожнини з боку рівня води нижСуттєвим недоліком цього винаходу є обов'язнього б'єфа. А в торцевих частинах тіла греблі кова умова наявності поблизу головного русла та розташовані водовідвідні канали, відділені засувгреблі старого і достатньо глибокого рукава, що не ками від колектора-розподілювача і з'єднані з водає змогу повноцінно використовувати цей винахід доприймальними спорудами. у конкретно підібраних для греблі місцях і, особлиЗагальний розмір регульованих перерізів верво, для використання при модернізації вже існуюхніх і нижніх отворів підібраний у відповідності зі чих гребель і може використовуватися тільки на співвідношенням: невеликих водоймах та річках. Крім того, цей виS1/S2=(Pat+ gh)/m v2, нахід неможливо використовувати у якості прийде: S1, S2 - площини перерізу верхніх та нижніх мальної ємності при катастрофічному прориві греотворів відповідно; блі, якщо старий рукав знаходиться нижче греблі, Pat - атмосферний тиск; оскільки основний потік води лине по найменшому - густина води; опору - по головному руслу а не у боковий водосh - різниця висот між рівнями води верхнього і кид старого русла, що унеможливлює його викоринижнього б'єфів; стання для захисту міст та об'єктів господарюванm - змінний параметр, який визначає зміну ня, що розташовані поблизу нижнього русла річки. швидкості через отвір; Найбільш близьким до запропонованого є техv - швидкість потоку води через верхній отвір. нічне рішення за [деклараційним патентом України При цьому, верхні отвори виконані так, що, в №54998, МПК7 Е02В3/02, Бюл. №3, 2003р.], у відзвичайних умовах, їх верхня крайка розташована повідності з яким надлишок води у водосховищі, на рівні, або нижче рівня верхнього б'єфа ріки. який може привести до руйнування греблі і, як наА нижні отвори розташовані в придонній часслідок, затоплення нижче розташованих територій, тині греблі з боку нижнього б'єфа ріки. затримується у спеціальному спорудженні - протиВ системі захисту греблі, що заявляється, вопаводковому заплавному регуляторі (поймері). доприймальні споруди можуть бути створені штучТака протипаводкова ємність створюється в зано в зручних місцях нижче рівня водосховища, плаві ріки поруч з водосховищем гідровузла та незалежно від їх відстані від греблі. Або, у їх якості відокремлюється від останнього розподільною можуть бути використані наявні водойми в місцях дамбою з регульованим боковим водоскидом. їх природного розташування, незалежно від їх відОкрім описаних вище загальних недоліків стані від греблі, і з'єднані з колекторомстворення протипаводкових ємностей, що призворозподілювачем через водовідвідні канали. дить до затоплення значних територій, запропоноУкоси та дно водовідвідних каналів, в свою вана споруда має суттєві недоліки - необхідність чергу, укріплені твердим покриттям, при цьому, прив'язування до профілю місцевості для ствопокриття дна виконане у відповідності до вимог рення протипаводкової ємності, невиправдане покриття автошляхів. збільшення фінансових та матеріальних витрат на Сукупність ознак у запропонованому технічнобудівництво додаткової розподільної дамби, яка за му рішенні дозволяє вирішити поставлену задачу обсягом робіт і розмірами значно перевищує безшляхом забезпечення прискореного регульованопосередньо греблю, що надто не ефективно з екого зниження рівня води верхнього б'єфу до нижномічної точки зору для таких дорогих гідротехнічньої кромки прорану через ємність (порожнину), них споруд. Крім того, протипаводкова ємність створену усередині самої греблі, через яку проховикористовується обмежений час - 2-3 місяці на рік дить вода з водосховища через систему верхніх та з великими перепадами глибин и заплавних площ, нижніх отворів з регульованою засувками (заслінщо призводить до невиправдано великих втрат ками) площиною їх перерізів. рибних запасів під час нересту. Наявність колектора-розподілювача дозволяє В основу пропонованої корисної моделі постаза допомогою його заслінок оперативно керувати влено задачу створення економічної системи завеликим надлишковим водним потоком при катасхисту греблі від руйнування неконтрольованим трофічних ситуаціях (водним валом), по-перше, не потоком води через проран внаслідок аварійної допускаючи утворення, внаслідок аварії, прорану, ситуації, шляхом забезпечення прискореного резростання якого може швидко привести до катастгульованого зниження рівня води верхнього б'єфу, рофічного руйнування греблі з тяжкими наслідката запобігання повені на нижче розташованих діми. По-друге, при аварійному скиді через колектор лянках ріки. потік води верхнього б'єфа направляється у спеціКрім того, забезпечення вільного проходу риби ально споруджені водовідвідні канали - водотоки, скрізь греблю на місця нересту. по яким надлишкова вода, не попадаючи в основПоставлена задача вирішується тим, що у віне русло нижнього б'єфа, спрямовується в одне чи домій системі захисту греблі, що включає тіло гредекілька водоприймальних споруд, що розташоваблі з основою, водоскид надлишкової води у водоні нижче рівня водосховища. Що, в свою чергу, приймальні споруди, у відповідності з корисною виключає затоплення міст та об'єктів господарюмоделлю, в тілі греблі створена порожнина по всій вання, що розташовані поблизу нижнього русла її довжині, а в основі греблі, розміщений водоскирічки. дний колектор-розподілювач, з'єднані між собою. В Водоприймальні споруди можуть знаходитися 5 14878 6 на значній відстані від греблі, але в оптимальному них в торцевих частинах греблі 2, водоскидними місці рельєфу з точки зору економічної доцільносзасувками (заслінками) 13. ті. Тобто, така система заслінок і водотоків виклюСистема захисту функціонує таким чином. чає необхідність будівництва дуже дорогих додатВ звичайних умовах водоскидні засувки 8 і 9 кових гідротехнічних споруд для протипаводкових відкриті, а засувки 13 - закриті. Завдяки чому, в ємностей, прив'язаних до рельєфу місцевості біля порожнині 3 підтримується рівень води верхнього водосховища. б'єфа 4. Цей рівень постійно контролюється шляУ звичайних умовах стабільного водотоку річхом регулювання пропускної спроможності отворів ки, потік основного русла річки, у відповідності з 6 і 7 за допомогою засувок 8 і 9. Таким чином засистемою захисту, що заявляється, проходить безпечується звичайний водоскид з верхнього крізь греблю через систему заслінок, що регулюб'єфу 4 до нижнього 5, додатковий до водоскиду ють і підтримують необхідний рівень води у верхчерез агрегати ГЕС. ньому б'єфі водосховища та природну швидкість Регулюванням пропускної спроможності отвопотоку води скрізь греблю. До того ж, заявлене рів 6 і 7, або, навіть, повним закриттям деякої їх співвідношення загальних перерізів верхніх отвокількості, також підтримується нормальний підпіррів S1 і загальних перерізів нижніх отворів S2, що ний рівень води у водосховищі для забезпечення розташовані, як максимум, на протилежних краях необхідних напорів на ГЕС. греблі, за розрахунками, забезпечить у порожнині Взагалі, кількість отворів 6 і 7 та їх перерізи греблі та на виході із неї рівномірність потоку води виконують, виходячи з міркувань швидкості течії з природною (чи розрахунково більшою) швидкісрічки, маси проходу води скрізь греблю в одиницю тю річки. часу, висоти греблі, тобто, різниці між рівнями воНаявність в системі верхніх та нижніх отворів, ди верхнього і нижнього б'єфів та заданої швидкоз регульованою заслінками площиною їх перерізів, сті витоку води з нижніх отворів. Співвідношення дозволяє управляти надлишковим водним потоперерізів отворів розраховується за допомогою ком, спричиненим повінню чи аварійною ситуацією вище наведеної формули. Наприклад, для підтрипри невеликих пошкодженнях поверхні греблі з мування заданого рівня води у порожнині, при різбоку водосховища чи с протилежного боку нижньониці між рівнями води верхнього і нижнього б'єфів го рівня річки, відповідно як гребня, так і придонної двадцять метрів та заданій максимальній швидкочастини греблі. сті витоку води із нижнього водотоку не більше як При цьому, верхні отвори між кромкою греблі і у два рази від швидкості втоку, переріз нижнього ємністю у порожнині греблі, розташовані зі стороводотоку повинен бути у шість разів менше верхни водосховища, в звичайному стані знаходяться нього. нижче рівня верхньої кромки води водосховища на У випадку, коли рівень води у водосховищі 1 такий глибині, що їх загальний переріз забезпечує підвищиться (наприклад, під час повені), або у природну швидкість потоку води у порожнину гревипадку аварійної ситуації, внаслідок прориву греблі, постійно підтримуючи в них однаковий рівень блі 2 (зокрема, з боку верхнього б'єфа 4 ріки ), у води, що дає змогу рибі, яка знаходиться у порожпорожнину 3 лине великий неконтрольований потік нині, без перешкод проходити через верхні отвори води. Що буде негайно зафіксовано, наприклад, у водосховище по потоку води, що лине в порожаварійною сигналізацією, або будь-яким іншим нину греблі зі швидкістю, що притаманна для даспособом. В цей момент максимально відкривають ної ділянки річки. верхні засувки 8, водоскидні засувки 13 і закриваНижні отвори, розташовані у придонній частині ють засувки 9. Таким чином, критичний водяний кромки греблі з боку нижнього б'єфу, при підібрапотік буде направлено через колектор 11 у водовіній, згідно наданої формули, площині їх загального двідні канали 12. перерізу, також забезпечують потік води із порожЦей процес буде тривати доти, поки рівень нини греблі з природною, або наперед заданою води верхнього б'єфа 4 не досягне вихідного побільшою швидкістю річки, що дає змогу рибі, яка ложення (у випадку з настанням паводка), або знаходиться у руслі річки нижнього б'єфу, без пезменшиться до нижньої крайки прорана аварійної решкод проходити по течії у порожнину греблі чеділянки греблі. Останнє забезпечить швидке прирез них і далі, по потоку води, поступово підіймазупинення подальшого розмивання тіла греблі тись впродовж порожнини греблі у водосховище. неконтрольованим потоком води через проран. Схема системи захисту, що заявляється, У випадку ж виникнення аварійної ситуації, представлена на кресленні: внаслідок прориву греблі 2 з боку нижнього б'єфа на Фіг.1 - загальний вигляд системи захисту 5 ріки, великий неконтрольований потік води лине греблі, представлений у вигляді розрізу за В-В в нижнє русло ріки, що може спричинити повені на фігури 2. її прилеглих ділянках. У цьому разі негайно закрина Фіг.2 - розріз за А-А.. вають водоходи 7 засувками 9 і максимально відкНа фігурах зображене водосховище 1, гребля ривають водоскидні засувки 13. Таким чином, го2, усередині (в тілі) якої виконана порожнина 3, ловний водяний потік з порожнини 3 буде зв'язана з верхнім 4 і нижнім 5 б'єфами ріки відпонаправлено через колектор 11 у водовідвідні кавідно верхніми 6 і нижніми 7 отворами, регульованали 12. Це, в свою чергу, значно знизить водяний ними водоскидними засувками (заслінками), відтиск на аварійну ділянку греблі, уповільнить проповідно 8 і 9. цес розмивання її в місті прорану до початку реВ основі 10 греблі 2 розміщений колектормонтних робіт. розподілювач 11, з'єднаний з порожниною 3 і відНа особливо небезпечних греблях, прорив ділений від водовідвідних каналів 12, розташоваяких може привезти до особливо тяжких наслідків, 7 14878 8 порожнина може бути розгороджена в середині на дозволяє вирішити дуже важливу і актуальну на дві половини перегородкою 14 (Фіг.1), з відповідданий час проблему - значно підвищити надійність ним розташуванням в них систем верхніх та нижгреблі під час паводка або при її пошкодженні у ніх регульованих отворів. Це дозволяє дублювати разі аварійних ситуацій і, як наслідок, затоплення систему водотоків і, при пошкодженні на одній чародючих земель сільськогосподарського признастині греблі, потік води через неї повністю припичення. При цьому, зменшити матеріальні затрати няється за допомогою заслінок цієї частини, і на будівництво гідротехнічної споруди, так як не спрямовується через систему заслінок цілісної потребує створення додаткових протипаводкових частини греблі. ємностей. Для зменшення різниці висот між рівнями води Наявність в даній системі водовідвідних канаверхнього і нижнього б'єфів, на певній відстані від лів, спорудження яких значно дешевше, дозволяє греблі на нижче розташованій ділянці ріки, може направити критичний водяний потік у природні або бути додатково встановлена невелика гребля з штучні водоприймальні споруди, що можуть бути відповідними придонними отворами - водоходами розташовані в зручних місцях, незалежно від їх для риби, головна мета якої зменшити розрахунвідстані від греблі. Це, в свою чергу, дозволить кову швидкість витоку річки через нижні регульоефективніше використовувати наявний рельєф вані отвори греблі. місцевості, де споруджена гребля. В між паводковий період та у звичайних умоБудівництво водовідвідних каналів з можливісвах, коли водовідвідні канали спорожнені, вони тю їх використання в між паводковий період в якоможуть бути використані як частина транспортних сті транспортних магістралей, дозволить отримати магістралей, завдяки укріпленню їх укосів та дна додатковий економічний ефект від багатофункціотвердим покриттям. нального використання цих каналів і компенсації В усіх випадках, з використанням системи зазатрат на їх будівництво, а в окремих випадках, ще хисту греблі, що заявляється, буде досягнута гоприносити прибуток. ловна кінцева мета - запобігання різкого підвиЗабезпечення вільного проходу риби крізь щення рівня води в головному руслі нижнього греблю вирішує цілу низку проблем природокорисб'єфа ріки, що може привести до катастрофічних тування, зокрема, захисту рибних запасів, а також наслідків. вирішує частину екологічних і соціальних проблем Таким чином, описана система захисту греблі прилеглих територій. Комп’ютерна верстка Н. Лисенко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601