Спосіб управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розривів депресійної зони водосховища

Реферат: UA 83039 U UA 83039 U 55 Корисна модель належить до галузі гідротехнічного будівництва, а саме до способів управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розривів природно-антропогенної системи "депресійна зона водосховища", яка є зоною підвищеної небезпеки землетрусів [1], що спрямовані на зниження надлишкового рівня накопиченої тектонічної енергії надр. Відомий спосіб управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розривів депресійної зони водосховища, при якому здійснюють розрядку тектонічних напружень шляхом нагнітання рідини, вибухом, вібрацією, потужним електричним Імпульсом, внаслідок чого забезпечується пом'якшення/ліквідація наслідків можливого землетрусу [2]. Недоліком відомого способу управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розривів депресійної зони водосховища є те, що він носить характер лише теоретично обґрунтованих рекомендацій, не доведених до практичного використання. Найбільш близьким технічним рішенням, вибраним за прототип, є спосіб управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розривів депресійної зони водосховища, при якому здійснюють розрядку тектонічних напружень шляхом нагнітання рідини, вибухом, вібрацією (зі збудженням мікросейсмічних хвиль частотою f~0,25 Гц), внаслідок чого забезпечується пом'якшення/ліквідація наслідків можливого землетрусу [3]. Недоліком відомого способу управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розривів депресійної зони водосховища, вибраного за прототип, є використання для здійснення розрядки напружень зовнішніх відносно до природно-антропогенної системи "депресійна зона водосховища" об'єктів (вибухова речовина, копер, вібраційне обладнання тощо), що потребує додаткових матеріальних та фінансових витрат. В основу корисної моделі поставлено задачу шляхом використання внутрішнього по відношенню до природно-антропогенної системи "депресійна зона водосховища" об'єкту забезпечити здійснення розрядки тектонічних напружень. Суть способу управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розривів депресійної зони водосховища, при якому здійснюють розрядку тектонічних напружень, внаслідок чого забезпечується пом'якшення/ліквідація наслідків можливого землетрусу, полягає в тому, що для здійснення розрядки використовується внутрішній відносно до природноантропогенної системи "депресійна зона водосховища" об'єкт -водосховище. Порівняльний аналіз технічного рішення, яке заявляється, із прототипом, дозволяє зробити висновок, що спосіб управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розривів депресійної зони водосховища, який заявляється, відрізняється тим, що для здійснення розрядки тектонічних напружень використовується внутрішній відносно до природноантропогенної системи "депресійна зона водосховища" об'єкт - водосховище. Спосіб управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розривів депресійної зони водосховища пояснюється за допомогою ілюстрацій, де на фіг. 1 подана блок-схема виконання технологічних операцій, що становлять суть способу управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розривів депресійної зони водосховища, який заявляється; на фіг. 2 показано схему генерування мікросейсмічних хвиль при дії сейшiв [4]; на фіг.3 показано спектр коливань рівня води на морський гідрометеорологічній станції "Севастополь" (берег Севастопольської бухти), розрахований по 90-добовій реалізації за період з 02 травня по 30 червня 2001 року [5]; на фіг. 4 показано зміни рівня води Н і викликані ними зміни частоти сейшів озера Севан (Вірменія), які відбулися після започаткування в 1933 році процесу використання водних запасів озера в зрошувальних і енергетичних цілях. Спосіб управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розривів депресійної зони водосховища, який заявляється, реалізується наступним чином. На інтенсивність землетрусів, ініціюючи сейсмічний ефект, впливає постійно діюче поле довгоперіодних припливних (7) напружень і деформацій [2]. Дослідження розподілу землетрусів по фазам припливу для 130 000 подій за 1970-2003 роки в 9 найбільш сейсмоактивних регіонах Землі показало наявність ефекту землетрусів від дії припливної хвилі [6]. Приплив являє собою суперпозицію гармонічних складових, що визначаються особливостями орбітального руху Місяця та Сонця, І спостерігаються в спектрі сейсмічного потоку з періодами коливань від 8 годин до декількох місяцІв-років [2]. Тому починають технологічний процес, який покладений в основу способу протидії руйнівним геодинамічним процесам у депресійній зоні водосховища з того, що визначають 60 частоти fTi i  1; i місячно-сонячних припливних коливань (див. фіг. 1). Для всіх водосховищ, незалежно від їх розміру, характерна дія стоячих водяних хвиль (сейшів S) [7]. Сейші, так само як і припливи, обумовлюють коливання всього об'єму водної маси, внаслідок чого в земній корі виникають штормові мікросейсмічні хвилі (див. фіг. 2). 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50   1 UA 83039 U 5 10 15 В Курило-Камчатському сейсмічному регіоні (Росія) виявлені факти часткової розрядки тектонічних напружень від дії тривалих штормових мікросейсмічних хвиль [8]. Під дією вібрацій від штормових мікросейсмічних хвиль зменшується кількість землетрусів малих енергій, що підтверджено при дослідженнях в регіоні озера Байкал (Росія) і північнозахідної області Тихого океану [4, 9].   Тому продовжують технологічний процес тим, що визначають частоти fSj j  1 j сейшевих ; коливань (див. фіг. 1). Амплітуди і частоти коливань припливів і сейшів сумірні. На фіг. 3 для прикладу показано спектр коливань рівня води на берегу Севастопольської бухти. На фіг. 3 позначено: 1 - припливоутворюючий період обертання Сонця навколо Землі (період ТTi=const  24 год.  fTi  0,042 циклів/год.); 2 - припливоутворюючий період обертання Місяця навколо Землі (період ТT2=const  12 год. 25,2 хв.  fT2  0,081 циклів/год.); 3 - одновузлові сейшеві коливання частотою fS1 0,400 циклів/год.; 4 - двовузлові сейшеві коливання частотою fS2  0,800 циклів/год.; 5 - тривузлові сейшеві коливання частотою fS3  1,111 циклів/год. Коли частоти коливань зовнішнього місячно-сонячного припливу fTj наближаються до частот fSj вимушених сейшевих коливань, спостерігається припливно-сейшеве резонансне збудження водної маси водосховища, при якому різко зростає амплітуда сейшів ASj [10]: 20  Sj  25 35 40 45 50  2 Ti , (1) де АTi - амплітуда коливань місячно-сонячного припливу; ω=2πf - кругова частота коливань. Потужність W відповідних мікросейсмічних коливань можна оцінити по формулі ХіблоРокара [9]: W 30  i 2 Sj 4 4  2 Sj  Sj w   V  g Vg  1  w w   g Vg  2  2  R   , (2) де  w Vw - акустичний опір води; ρw - густина сейсмічних хвиль у воді (густина води); Vw - швидкість сейсмічних хвиль у воді, в залежності від її температури, солоності, гідростатичного тиску; g Vg - акустичний опір ґрунту; ρg - густина сейсмічних хвиль у ґрунті; Vg - швидкість сейсмічних хвиль у ґрунті; R - коефіцієнт, що характеризує резонансний ефект середовища під дією стискання. Зростання потужності мікросейсмічних коливань призводить до підсилення поля напружень у фрагментах сейсмоактивних розривів, і обумовлює розрядку напружень. Тому продовжують технологічний процес тим, що здійснюють аналіз резонансних явищ в системі "депресійна зона водосховища" (див. фіг. 1). Теоретичні дослідження виявили закономірність варіацій частоти сейшів fSj у вузькому прямокутному басейні від варіацій рівня води //[11]. Залежність частоти сейшів від рівня води підтверджена спостереженнями сейшів оз. Севан [7]. Вказана залежність fSj (H) представлена на фіг. 4, де послідовно показано: - графік змін рівня оз. Севан Η над рівнем моря за період t=1926-1971 pp- [12]; - частоти спостережених одновузлових поздовжніх сейшів оз. Севан fSj, cph (циклів за годину) [7]. Рівень води водосховища Η визначають акумульований об'єм V (V~const), витрати у вхідному створі Qin, витрати акумуляції у створі водоскидних/водопідйомних споруд Qout. Приріст рівня води H(V, Qin, Q0ut) за час t можна описати рівнянням водного балансу [11]: 2 UA 83039 U t H(V, Qin, Qout) = S (Qin-Qout) (3) за умов {Qin > Qout}  {Qin=Qout}  {Qin Qout}  {Qin=Qout}  {Qin < Qout} = 100 % (4) (5) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 де S - площа дзеркала водосховища; ν - символ диз'юнкції (логічна операція "АБО"); л - символ кон'юнкції (логічна операція "І"). Умови (4) вказують напрям зміни рівня води водосховища H(V, Qin, Qout). Отже, закінчують технологічний процес, який лежить в основі способу управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розривів депресійної зони водосховища, який заявляється, тим, що за рахунок маніпулювання акумульованого об'єму V, витратами у вхідному створі Qin і витратами акумуляції Qout, для досягнення припливно-сейшевого резонансного збудження водної маси басейну і здійснення розрядки тектонічних напружень, виконують зміни рівня води водосховища, при яких відбуваються зміни частоти сейшів. Підвищення ефективності застосування способу управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розривів депресійної зони водосховища, який заявляється, у порівнянні з прототипом, полягає в тому, що для здійснення розрядки тектонічних напружень використовується внутрішній відносно до природно-антропогенної системи "депресійна зона водосховища" об'єкт - водосховище. Джерела інформації: 1. Анахов П. В. Прирощення сейсмічної інтенсивності депресійної зони // Сборник научных трудов Sworld. Материалы международной научно-практической конференции "Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития '2012". Выпуск 3. Том 35. - Одесса: КУПРИЕНКО, 2012-312-459. - С. 81-85. 2. Мирзоев К.М. Наведенная сейсмичность и возможности регулируемой разрядки накопленых тектонических напряжений в земной коре / К.М.Мирзоев, А.В.Николаев, А.А.Лукк, С.Л.Юнга // Физика Земли.-2009. - №10. - с. 49-68 - аналог, 3. Пат. 2273035 Российской Федерации, МПК G 01 V 9/00. Способ управления режимом смещений во фрагментах сейсмоактивных тектонических разломов / Псахье С.Г., Попов В.Л., Шилько Е.В. И др.; заявитель и патентообладатель Ин-т физики прочности и материаловедения СО РАН, Ин-т земной коры СО РАН. - №2004108514/28; заявл. 22.03.2004.; опубл. 27.03.2006, Бюл. №9 - прототип. 4. Табулевич В.Н. Влияние штормовых вибраций на землетрясения / В. Н.Табулевич, Е. Н. Черных, В. А. Потапов, Н.Н.Дреннова // Природа, 2002, №10.-С. 12-16. 5. Горячкин Ю.Н. Сейши в севастопольской бухте / Ю.Н.Горячкин, В.А.Иванов, Л.Н.Репетин, Т.В.Хмара // Наукові праці УкрНДГМІ.-2002. -Вип. 250.-С. 342-353. 6. Моргунов В.А. Период приливной волны и сейсмичность / В.А.Моргунов, Э.А.Боярский, М.В.Степанов // Доклады РАН.-2006. - Т. 406, №3.-с. 380-383. 7. Азерникова О. А. Поверхностные и внутренние сейши озера Севан / О. А. Азерникова // Известия АН Армянской ССР. Науки о Земле.-1975. -№1.-С. 97-101. 8. Науменко Б.Η. О явлении частичной ликвидации тектонических напряжений штормовыми микросейсмами / Б. Н. Науменко // Известия АН СССР. Серия Физика Земли.-1979. - №8. - С. 72-75. 9. Потапов В. А. Влияние штормовых микросейсмических колебаний на сейсмичность в районе Курильских островов Тихого океана и на озере Байкал / В. А. Потапов, В. Н. Табулевич, Ε. Η. Черных // Геология и геофизика.-1997. - Т. 38, №8. - С. 1411-1419. 10. Defant A. Physical oceanography / A. Defant. - New York: Pergamon Press, 1961-Vol. 2.-598 p. 11. Анахов П. В. Хитання частоти сейшів // Сборник научных трудов SWorld. Материалы международной научно-практической конференции "Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте '2012". - Выпуск 2. Том 3. - Одесса: КУПРИЕНКО, 2012-212-605. - С. 68-70. 12. Babayan A. Lake Sevan: Experience and Lessons Learned Brief/ A. Babayan, S. Hakobyan, K. Jenderedjian et al. / Lake Basin Management Initiative (LBMI). ILEC foundation. - Otsu Shigyo, Japan, 2005. - Pp. 347-362. 3 UA 83039 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 1. Спосіб управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розривів депресійної зони водосховища, при якому здійснюють розрядку тектонічних напружень, внаслідок чого забезпечується пом'якшення/ліквідація наслідків можливого землетрусу, який відрізняється тим, що для здійснення розрядки використовується внутрішній відносно до природноантропогенної системи "депресійна зона водосховища" об'єкт - водосховище, рівнем води і відповідною частотою сейшів якого для досягнення припливно-сейшевого резонансного збудження маніпулюють. 2. Спосіб управління режимом зміщень у фрагментах сейсмоактивних розривів депресійної зони водосховища за п. 1, який відрізняється тим, що за рахунок зміни рівня води водосховища уникають резонансного збудження водної маси. 4 UA 83039 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5