Способ борьбы с наводнением

 

Изобретение относится гидротехнике, а именно к мероприятиям, обеспечивающим предотвращение наводнений. Способ включает возведение водоограждающего устройства и мероприятия по разрушению ледяного покрова реки. Водоограждающее устройство сооружают в виде ледяной дамбы, намораживаемой непосредственно на ледяном покрове реки вблизи берега, подвергающегося затоплению, на высоту, превышающую уровень предполагаемого подъема воды, и своими концами выходящей на берег. Разрушение ледяного покрова реки осуществляют путем нанесения на его поверхности в период его максимально напряженного состояния глубокого надреза острым ледорезом по линии максимального изгибающего момента. Способ позволяет снизить экономический ущерб от затопления и увеличить надежность защиты территорий. 3 ил.

Изобретение относится к различным технологическим процессам и, в частности, к мероприятиям, обеспечивающим предотвращение наводнений от весенних разливов рек.

Ежегодно массивы городских застроек, сооруженных на пониженных берегах больших рек, таких как Обь, Енисей, Лена и др., в зимний период имеющих ледяной покров большой толщины, подвергаются весеннему затоплению. Особенно в местах впадения в эти реки малых речушек, их питающих. Отставание таяния ледяного покрова рек по сравнению с таянием снега на береговых территориях приводит к тому, что скованные льдом магистральные реки оказываются не в состоянии принять воды от таяния снега на береговых территориях за счет увеличения скорости их истечения под давлением талых вод. К тому же в результате теплового воздействия талых вод происходит утоньшение ледяного покрова, его прорыв в слабом месте и затопление пониженных участков береговых территорий. Принимаемые заблаговременно меры по предотвращению наводнений, такие как расчистка русел впадающих рек в магистральные, расчистка отверстий водопропускных труб на дорогах, околка льда в местах предполагаемых заторов, околка и механическая распиловка льда у опор мостов, принятие других специальных мер, направленных на ускорение таяния льда, как правило, оказываются малоэффективными. Известны и другие способы борьбы с наводнением. К ним относятся : а) мероприятия по регулированию потоков водных масс рек путем устройства водохранилищ со сбросными плотинами. Примером тому могут служить гидроэлектростанции.

Однако зона регулируемого уровня вод ниже таких сооружений ограничена, к примеру, на Оби она распространяется примерно на 40-50 км ниже ГЭС. На всем же остальном протяжении реки в ее верховой части выше плотины и водохранилища регулирующее воздействие практически не ощущается; б) мероприятия, обеспечивающие ускорение таяния ледяного покрова [1], например, путем разбрасывания на поверхность ледяного покрова смеси каменного угля и соли или дробления покрова взрывным способом.

Однако ввиду большой толщины льда Сибирских рек и низкой температуры льда первый способ оказывается малоэффективным. Малоэффективным оказывается и способ разрушения ледяного массива путем использования взрывных работ, особенно широко практикуемый в последнее время с созданием в стране подразделений МЧС, к тому же в большинстве своем наносящий большой, не учитываемый ущерб, сопоставимый с ущербом от непосредственно наводнений, а возможно и превышающий его. Скованная льдом река представляет собой трубу, ограниченную дном реки, ее берегами и ледяным покровом, заполненную практически несжимаемой средой. Поэтому гидравлический удар от взрыва, передающийся на большое расстояние по этой трубе, на десятки, а возможно и на сотни километров, уничтожает всю живую фауну реки.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ предотвращения наводнений, предусматривающий заблаговременное сооружение на пойме реки вблизи затопляемых территорий замкнутых и незамкнутых земляных ограждающих валов-дамб [2]. Такой способ дает положительный эффект на реках южного региона страды, где паводок вызывается обильным притоком вод в результате ливневых дождей и водами от таяния снега.

В северных же условиях, когда земляные валы-дамбы оказываются в толще ледяного покрова, их наличие может не способствовать предотвращению наводнения, поскольку их наличие может вести не к увеличению скорости оттока воды, а наоборот, его торможению.

Целью изобретения является предотвращение наводнений на реках, скованных в зимний период сплошным ледяным покровом. Указанная цель достигается сооружением водоограждающих устройств и мероприятий по разрушению ледяного покрова реки, отличающихся тем, что водоограждающее устройство сооружают в виде ледяной дамбы, намораживаемой непосредственно на ледяном покрове реки вблизи берега, подвергающегося затоплению, на высоту, превышающую уровень предполагаемого подъема воды, и своими концами выходящий на берег, а разрушение ледяного покрова реки осуществляют путем нанесения на его поверхности в период его максимально напряженного состояния глубокого надреза острым ледорезом по линии максимального изгибающего момента. В решении этой задачи создание ледяной дамбы не представляет больших трудностей [3].

Технология способа предусматривает выполнение двух видов работ: сооружение дамбы, защищающей пониженную береговую территорию от поступления талых вод, и вскрытие покрова реки на удалении от защитной дамбы, обеспечивающее свободное истечение вод, прибывающих от таяния снега, за пределы защищаемых территорий. Для сооружения водоограждающей дамбы (фиг.1) еще в летнее время производится расчистка и дноуглубление устья 1 впадающей речки вблизи массива городской застройки, подвергающегося затоплению, с одновременным устройством струенаправляющего мола 3. Работу эту проще всего выполнить при помощи землесосного снаряда. В конце зимнего периода, когда река еще имеет сплошной ледяной покров, на его поверхности, примыкающей к пониженной, подверженной затоплению городской территории 2, сооружается ледяная дамба 4 на высоту, превышающую уровень ожидаемого подъема воды при наводнении, с заведением концевых участков дамбы на берег, в верховой части через намытый мол.

Строительство дамбы осуществляется следующим образом. При помощи автогрейдеров или бульдозеров производится обваловка площадки основания дамбы с высотой гребня обваловки порядка 10-15 см. Материалом обваловки служит снег, сгребаемый и уплотняемый механизированным способом с поверхности ледяного покрова реки, а также снег, убираемый с покрытий городских дорог и проездов. На фиг.2 показана конструкция ледяной дамбы 4, где 3 - тело струенаправляющего мола, 5 - водное сечение реки, 6 - ледяной покров, 7 - гребни обваловки, 8 - намораживаемые слои тела дамбы 4. Вода для намораживания тела дамбы забирается из реки и подается насосами. Каждый очередной слой 7 тела дамбы сооружается после полного затвердевания нижнего. И так на полную высоту дамбы. Известно, что ледяной покров реки в поперечном сечении представляет собой тонкую по сопоставлению с размерами поперечного сечения реки плиту, защемленную у берегов смерзанием льда покрова с берегом. Как показано на фиг. 3, по расчетной схеме плита ледяного покрова представляет собой балку прямоугольного сечения, нескончаемой ширины, опертую на две опоры. Поскольку соотношение объемного веса льда по отношению к объемному весу воды <1, такая балка под воздействием гидравлического давления воды, увеличивающегося под воздействием напора вод, поступающих от таяния снега, испытывает напряженное состояние поперечного изгиба, при котором в верхнем слое ледяной плиты возникают растягивающие напряжения [4]. Вскрытия ледяного покрова проще всего можно достичь нанесением глубокого надреза остро заточенным инструментом на поверхности ледяного покрова в месте, соответствующему максимальному значению изгибающего момента в период максимально напряженного состояния ледяного покрова. В общем случае - по середине реки 8 (фиг.3). В этом случае плита ледяного покрова под воздействием давления и тепла талых вод снизу сломается по месту надреза, как ломается лист силикатного стекла при его резке алмазом или стеклорезом, поскольку кристаллическая решетка льда и кристаллическая решетка силикатного стекла имеют сходное строение, обуславливающее подобие их физических свойств [5]. Нанесение глубокого надреза на поверхности льда может быть осуществлено специальным механизмом с дисковым льдорезом наподобие стеклореза и имеющим обустройство, обеспечивающее безопасность производства работ на льду реки, учитывая возможность его внезапного излома. Льдорезное устройство, к примеру, может быть смонтировано на армейском судне на воздушной подушке [6].

Из условий обеспечения свободного, без заторов сплава льда целесообразно, по-видимому, нанесение на поверхности ледяного покрова дополнительных как продольных, так и поперечным надрезов, Полезным, по-видимому, будет и принятие мер по поддержанию в этот период в незамерзающем состоянии ( майны ) в месте впадения реки 1 (фиг.1), несущей талые воды, в основную речную магистраль. Этого можно достичь, используя “потокообразователи” - плавучие насосные установки, поднимающие теплую, талую воду со дна реки на ее поверхность. Предотвращение наводнения с помощью использования предложенного способа осуществляется без применения взрывных работ.

Возможность фотографирования земной поверхности со спутников и современное состояние вычислительной техники позволяют осуществлять разработку рекомендаций по предотвращению наводнений для каждого конкретного случая как по выбору места сооружения водозащитной дамбы, так и по времени осуществления всех этапов работ, предусмотренных предлагаемым способом.

Источники информации

1. Алтунин С.Т. Регулирование русел. М.: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1956.

2. Натальчук М.Ф. и др. Эксплуатация гидромелиоративных систем. М.: Колос, 1983.

3. Авторское свидетельство СССР № 924237, кл. Е 02 В 17/00 , 1932 г.

4. Беляев Н.М. Сопротивление материалов.

5. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики.

6. Новые виды транспорта и движения. М.: Транспорт, 1975.

Формула изобретения

Способ борьбы с наводнением, включающий сооружение водоограждающего устройства и мероприятия по разрушению ледяного покрова реки, отличающийся тем, что водоограждающее устройство сооружают в виде ледяной дамбы, намораживаемой непосредственно на ледяном покрове реки вблизи берега, подвергающегося затоплению, на высоту, превышающую уровень предполагаемого подъема воды, и своими концами выходящий на берег, а разрушение ледяного покрова реки осуществляют путем нанесения на его поверхности в период его максимального напряженного состояния глубокого надреза острым ледорезом по линии максимального изгибающего момента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3