Способ очистки от наносов и углубления русел рек и устройство для его осуществления

(51) 02 3/02 (2006.01) 02 15/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано для очистки русел рек, каналов от наносов. Задачей изобретения является расширение арсенала используемых средств для очистки от наносов и углубления русел рек, разработка способа и создание устройства, использующего скорость течения реки наиболее оптимальным образом. Техническим результатом предлагаемого способа является упрощение и оптимизация одного из существующих способов очистки русел рек и каналов, повышение его функциональности.(72) Сальников Виталий Григорьевич Халидуллин Олег Ханышевич Дускаев Касым Коянбаевич(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный университет им. аль-Фараби Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Инновационный патент РК 22367, 15.03.2010(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТ НАНОСОВ И УГЛУБЛЕНИЯ РУСЕЛ РЕК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано для очистки русел рек, каналов от наносов. Известен способ очистки каналов устройством для очистки (Ламердонов З.Г., Хужоков К.С.,Степанов П.М., Докучаев В.В. Устройство для очистки каналов с бетонной облицовкой от наносов, Авт. свидетельство 1781383, МПК Е 02 В 15/00, опубл. 15.12.1992 г., бюлл. 46). Устройство для очистки каналов от наносов включает раму с ходовым механизмом и подпорным щитом в форме поперечного сечения канала,снабженного винтолопастными турбинами с щеточным опереньем, которые на продольных осях установлены под щитом и прикреплены к низовой его части. Недостатками данного технического решения являются техническое решение неприменимо для очистки русел рек от наносов достаточно сложное техническое решение и поэтому может оказаться ненадежным в процессе производства работ нет возможности одновременно собирать камень для последующего его использования при содержании в канале крупных включений эффективность использования снижается и может равняться нулю. Известен способ очистки каналов экскаваторами ЭМ-152, ЭМ-202 с погрузкой на автотранспорт(Натальчук М.Ф., Ахметов Х.А., Ольгаренко В.И. Эксплуатация гидромелиоративных систем. - М. Колос, 1983. - с.165). Недостатками данного технического решения являются достаточно дорогостоящее техническое решение не используется энергия потока воды, что позволило бы экономить значительные средства в процессе производства работ нет возможности одновременно собирать камень для последующего его использования. Известны способы и установки для очистки рек,озер и каналов с помощью земснарядов,землечерпалок в комплексе с баржами, которые вывозят пульпу к местам сброса или захоронения(Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М. и др. Водоотведение и очистка сточных вод. - М. Стройиздат, 1996). Обычно чистку рек начинают с устья и поднимаются вверх по течению. Недостатками таких способов является то, что устройства очищают реку от донных отложений, но вода в реке остается загрязненной. Известен способ очистки русел рек, каналов и подобных сооружений от наносов (Хаширова Т.Ю. Способ очистки русел рек и каналов от наносов,Патент РФ 2318951, МПК 6 Е 02 В 3/02, опубл. 10.03.2008 г., бюл. 7). Согласно предлагаемому способу,расчистку осуществляют многочисленными перемещениями по руслу реки или канала вдоль и против направления течения транспортных механизмов с вращающимися винтолопастными устройствами, взмучивающими наносы, осевшие на дне и транспортируемые потоком воды на расстояние (/), гдескорость потока воды- гидравлическая крупность частиц расчетной фракции надлежащей очистки- высота взмучивания частиц расчетной 2 фракции надлежащей очистки, зависящая от диаметра частиц для частиц крупностью 0,005 мм(0,70,8), для 2 мм(0,30,5), для 10 мм - (0,0,3) где Н - глубина потока воды. Количество перемещений транспортных механизмов с вращающимися винтолопастными устройствами определяют в зависимости от полной длины очищаемого участка и крупности фракций осевших на дне наносов по формуле//, где- полная длина очищаемого участка русла реки или канала. Изобретение позволяет в максимальной степени использовать энергию потока воды для очистки русел рек и каналов от наносов, снизить затраты на ее проведение, а также повысить эффективность и надежность очистки русел рек и каналов от наносов. Недостатком данного способа является необходимость неоднократного использования перемещений транспортных механизмов. Известен способ очистки от наносов русел рек и каналов (Ногай С.А. Способ и устройство очистки от наносов русел рек и каналов, Патент РФ 2415993, МПК 6 Е 02 В 3/02, опубл. 10.04.2011 г.,бюл. 10), включающий срез и размол донных наносов режущим инструментом с воздействием на наносы водой, с последующей их эвакуацией. Водяное колесо под воздействием водного потока вращает режущий инструмент, благодаря чему происходит срез, размол и круговое перемещение донных наносов, вызывающее возникновение центробежных сил, выносящих наносы и воду из зоны размола, и разрежение, всасывающее воду через водовпускные отверстия в зону активного размола срезанных наносов, и их взмучивание. Сбрасываемая пульпа смывается водным потоком вниз по течению. Привод вращения режущего инструмента выполнен в виде водяного колеса,связанного с режущим инструментом, выполненным в виде диска. Водовпускные отверстия выполнены в центральной части диска. Режущие элементы установлены на диске по конфигурации рабочих лопастей центробежного колеса. Технический результат заключается в снижении энергозатрат на очистку от наносов русел рек и каналов. Недостатками данного технического решения являются в процессе производства работ нет возможности одновременно собирать камень для последующего его использования наличие в составе донного наноса крупных включений (камней) может привести к затуплению и порче режущих элементов и тем самым к снижению эффективности режущего механизма донные наносы не удаляются из реки, а взмучивают воду, переносятся течением и оседают на дно реки ниже по течению. Известен способ углубления и выправления речного переката (А.с. СССР 256646, МПК 6 Е 02 В 3/02, опубл. 04.11.1969 г., бюл. 34), в котором используется водостеснительное передвижное устройство, не доходящее до дна реки. Устройство состоит из поплавка, полотнища, тросов и якореймешков, наполненных грунтом, и выполнено из эластичных пленочно-тканевых материалов. Судно снабжено якорями. Для подъема и опускания якорей служит лебедка. При передвижении судна от берега к стержню с него опускают якоря и прикрепленное к ним полотнище. Затем закачивают компрессором сжатый воздух во внутреннюю полость поплавка,поднимают запруду и устанавливают ее в рабочее положение так, чтобы между нижней кромкой полотнища и поверхностью дна реки оставалась щель, проходя через которую, речной поток вымывал под сооружением глубокую траншею, тем самым углубляя русло реки. Недостатками данного технического решения является донные наносы не удаляются из реки, а переносятся течением и оседают на дно реки ниже по течению. Известен способ гидравлического промыва русла реки (Чернова Д.А. Способ гидравлического промыва русла и устройство для его осуществления, Патент РФ 2474642, МПК 6 Е 02 В 3/02, Е 02 В 8/02, опубл. 10.02.2013 г., бюл. 4),включающий размыв отложений струями воды с последующим уносом потоком мелких фракций и закреплением поверхности дна водотока более крупными фракциями, формирующими отмостку. Создание в русле скоростей, размывающих и уносящих наносные отложения, при непрерывном процессе промыва по течению, осуществляется из перемещающегося по ходу промыва руслового водохранилища. Русловое водохранилище образовано устройством с функцией водоподпорного сооружения с геометрически изменяемыми плановыми и высотными характеристиками. Устройство для осуществления способа состоит 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. Величина открытия щели регулируется перекрывающим ее подвижным полотнищем. Подвижное полотнище прикреплено с помощью стабилизирующих колец к тросовым связям, а по продольным образующим крепится к напорному полотнищу и баллону непосредственно и горизонтальному полотнищу посредством тросовых соединений через закрепленные на нем направляющие кольца. 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. Обеспечивается высокая эффективность очистки русел от донных отложений и улучшаются санитарно-гигиенические условия водотока. Недостатками данного способа являются при снижении эффективности промывного режима из-за накопления перед устройством наносных масс возникает необходимость приостанавливания работы устройства и удаления намытых донных отложений. Известен способ очистки русла реки (Русских Н.И. Способ очистки, углубления и спрямления русла реки, Патент РФ 2086729, МПК 6 Е 02 В 3/02, опубл. 10.08.1997 г.), включающий возведение в русле реки перегораживающих гидротехнических сооружений с регулируемыми водопропускными отверстиями, накопление воды в прудах или водохранилищах выше мест расположения сооружений и формирование водных волн в русле ниже мест расположения сооружений посредством открытия водопропускных отверстий в сооружениях. Открытие водопропускных отверстий при максимальных наполнениях прудов или водохранилищ осуществляют последовательно и с очередностью,начиная с сооружения,расположенного в низовье реки, и кончая сооружением, расположенным в верховье реки, а при малом наполнении прудов или водохранилищ с обратной очередностью, начиная с сооружения,расположенного в верховье реки, и кончая сооружением, расположенным в низовье реки. Очистка реки осуществляется за счет смывания ила и донных отложений. Способ имеет следующие недостатки, снижающие эффективность очистки ил не удаляется из реки, а взмучивается, переносится с места на место и уходит обратно в реку, не удаляются крупные донные отложения. Известен способ очистки малых рек (Вершинин Н.П., Вершинин И.Н. Способ очистки русел малых рек, Патент РФ 2219305, МПК 7 Е 02 В 3/02, Е 02 В 15/00, опубл. 20.12.2003 г.). Способ включает разгораживание реки на секции, выборку донных отложений и сброс избыточных вод. Очистку реки начинают с истока путем разгораживания участка русла реки на секции поперечными от берега до берега временными запрудами, число которых составляет шесть и более. Изолированную секцию,последнюю по течению реки в разгороженном участке, используют как барьер для предотвращения прорыва воды сверху и для подготовительных работ по уборке поверхности реки. Следующую, выше последней, - для разработки и удаления донных отложений. Третью - для отмывки глыб и гравия от ила и накопления пульпы. Четвертую - для выделения из пульпы песка. Пятую - для отстаивания воды от остатков ила. Шестую - для формирования нового дна из глыб, гравия и песка и заполнения ее технически чистой водой. Продукты выборки донных отложений отмывают от ила с последующим его обезвреживанием в аппаратах активации процессов и выделением смеси соединений вредных компонентов. Отмытые от ила крупные камни, гравий и песок укладывают вновь на очищенное от осадка дно реки. Все продукты обработки донных отложений, кроме металлолома и смеси соединений тяжелых металлов, используют вновь для формирования участка нового дна реки,предварительно очищенного от осадка. Для пропуска избыточных вод реки применяют разборный секционный желоб, а для компенсации залповых сбросов воды в реку используют дополнительный насос и водовод, которые располагают параллельно желобу. Изобретение 3 позволяет произвести удаление осадков из реки, а их переработка не сопровождается попаданием в реку вредных компонентов. При этом уменьшается объем перевозок продуктов от обработки донных отложений и исключается применение контейнеров. Полностью исключена также необходимость отведения земельных участков для складирования продуктов очистки реки. Недостатками данного технического решения являются техническое решение достаточно сложное и трудоемкое, привлечение дополнительных материально-технических и трудовых ресурсов для переработки донных отложений, необходимость утилизации вредных компонентов. Известен способ, который может быть использован для очистки русел рек, каналов и других сооружений от наносов (Хаширова Т.Ю. Способ и очистки русел рек от наносов, Патент РФ 2256023, МПК 7 Е 02 В 3/02, Е 02 В 15/00, опубл. 2005.07.10). Способ предусматривает расчистку русла реки от наносов, которую осуществляют последовательными поперечными перемещениями бульдозеров вначале бульдозерами с плоским отвалом производят грубую планировку русла реки,затем бульдозерами, имеющими грабельные отвалы с различной величиной прозоров между ножами,начинают очистку русла реки с образованием по ее берегам струенаправляющих дамб, причем сначала проходят бульдозеры, у которых ширина прозоров в грабельном отвале большая, а затем бульдозеры,имеющие меньшую ширину прозоров. Тела дамб в поперечном сечении отсыпают последовательными перемещениями бульдозеров с грабельными отвалами так, что в верховом откосе дамб находятся более крупные фракции, а в верху и в низовом откосе - более мелкие фракции, после чего очищенные от крупных фракций наносы бульдозерами с плоским отвалом перемещают к оси русла для последующего их смыва со дна реки потоком воды во время паводка. Изобретение повышает эффективность очистки русел рек и каналов от наносов и снижает экономические затраты на очистку. Недостатками данного изобретения являются необходимость предварительного осушения/обмеления дна реки,что, помимо всего прочего, может пагубно сложиться на ее экосистеме не используется энергия потока воды. Наиболее близким аналогом является способ очистки и углубления русел рек от донных отложений (Халидуллин О.Х. Способ очистки и углубления русел рек от донных отложений и устройство для его осуществления, Патент РК 22367, МПК 6 Е 02 В 3/02, Е 02 В 15/00, опубл. 15.03.2010 г., бюл. 3). Способ осуществляется следующим образом донные отложения размываются потоком воды,создающимся передвижным водостеснительным устройством с струенаправляющими элементами, размывающий поток воды создают путем установки водостеснительного устройства с струенаправляющими элементами на плавающем средстве, преимущественно, в его донной части. 4 При этом образуется зона размыва под днищем плавающего средства. Плавающее средство перемещают вдоль русла со скоростью,обеспечивающей размыв донных отложений. Предварительно перед очисткой и углублением русла определяют рельеф донных отложений. Неразмытую часть донных отложений разрушают механическим воздействием дополнительных устройств, размещенных на водостеснительном устройстве. Размытые и механически разрушенные донные отложения собирают в плавучие контейнеры, которые после заполнения отделяют от плавающего средства. Водостеснительное устройство со струенаправляющими элементами содержит продольные ребра,закрепленные,преимущественно, на донной части плавающего средства, струенаправляющие элементы выполнены в виде щитов, установленных на торцевых частях продольных ребер шарнирно с возможностью регулировки зазора между ними. Поверхности ребер, днище плавающего средства, поверхности струенаправляющих элементов образуют полость над поверхностью дна реки. На продольных ребрах установлены дополнительные устройства,направленные в зону размыва, для механического разрушения не размытой части донных отложений,например, режущие устройства в виде лемехов,шнеков или роторов. Режущие устройства в виде лемехов выполнены с обеспечением возможности изменения направления их кромок. Режущие устройства в виде шнеков или роторов снабжены приводами. Приводы шнеков или роторов выполнены в виде лопастей, приводимых во вращение потоком воды. Режущие устройства на продольных ребрах размещены с учетом толщины донных отложений. Недостатком данного способа является некоторая сложность исполнения, некоторые этапы можно упростить. Задачей изобретения является расширение арсенала используемых средств для очистки от наносов и углубления русел рек, разработка способа и создание устройства, использующего скорость течения реки наиболее оптимальным образом. Техническим результатом является создание устройства для очистки русел рек и каналов, более функционального,удобного и простого в эксплуатации, и оптимальнее использующего скорость течения реки, а следовательно, снижение энерго- и трудозатрат на очистку от наносов русел рек и каналов. Технический результат достигается следующим образом донные отложения размываются потоком воды, создающимся описанным ниже устройством для очистки от наносов и углубления русел рек,показанным в продольном разрезе (вид сбоку) на Фиг.1, в горизонтальном разрезе (вид сверху) на Фиг.2, также на Фиг.3 приведен вид устройства сзади. Приведенное устройство состоит из водостеснительного устройства 1, подвешенного к плавающему средству поплавку 2. Водостеснительное устройство 1 выполнено достаточно тяжелым и в тоже время находится на весу и свободно плывет по течению на заданной глубине, регулируемой подачей воздуха или воды в полость поплавка 2. Ориентация водостеснительного устройства 1 обеспечивается боковыми вертикальными стенками 3. При появлении мели 9 передняя стенка упирается в нее и останавливается, появляется усиленный поток воды 7 (показанный на Фиг.1-3 в виде тонких линий),направленный в переднюю стенку 4. Поток воды 7 поворачивается книзу передней стенкой 4 и врезается в зону размыва 5. Устройство оснащено режущим элементом в виде вращающегося ротора с зазубренной образующей поверхностью 6, который может включаться при необходимости, например,при появлении твердых отложений. Привод и кинематика не показаны. Смытые частицы донных отложений 8 (показанные на Фиг.1-3 в виде точек) размываются в зоне размыва дна 9 и выносятся потоком наружу в боковую сторону через выходное отверстие 10. Для увеличения активирующего воздействия внутри полости водостеснительного устройства установлена заслонка 11 на оси 12 с возможностью перекрывания потока. Привод и кинематика на чертеже не показаны. Заслонка 11 позволяет создавать поток, пульсирующий по скорости и расходу, и тем самым активизировать размыв. Пульсация производится периодическим закрыванием и открыванием заслонки 11. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ углубления дна рек, основанный на том,что передвижным водостеснительным устройством со струенаправляющими элементами создают концентрацию потока и направляют его в зону размыва, ограниченную боковыми стенками,крышей и размываемой поверхностью, а на твердую часть мели воздействуют активирующим устройством, отличающийся тем, что зону размыва максимально ограничивают от внешней среды путем прижатия устройства ко дну с возможностью копирования рельефа дна в пределах заданной глубины боковыми стенами, поток воды направляют в зону размыва, ограниченную боковыми стенами,плавно опускающейся крышей к зоне размыва и размываемой поверхностью, а фронт размыва и выпуск размытой смеси поворачивают под углом к направлению движения и в сторону, причем общее проходное сечение плавно уменьшают от входа в стеснительное устройство к выходному отверстию. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердую часть размываемой поверхности разрыхляют активирующим устройством, например,вращающимся ротором с зазубренной образующей поверхностью. 3. Способ по п.п.1-2, отличающийся тем, что размытую смесь укладывают в виде бордюра рядом с траекторией движения устройства. 4. Способ по п.п.1-3, отличающийся тем, что размытую смесь поддерживают во взвешенном состоянии до сплава в ближайший плес. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что взвешенное состояние поддерживают путем подачи сжатого воздуха в зону размыва и флотации размытой смеси. 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что взвешенное состояние поддерживают во взвешенном состоянии путем продвижения придонного колебательного устройства на пути оседания, например, сетки из гибких элементов с укрепленными на них активаторами. 7. Способ по п.п.1-6, отличающийся тем, что копирование рельефа дна производят изменением плавучести отдельных частей боковых стенок. 8. Способ по п.п.1-7, отличающийся тем, что копирование рельефа производят изменением высоты боковых стенок, например, упругостью нижней кромки боковых стенок. 9. Способ по п.п.1-8, отличающийся тем, что размывающий поток воды ограничивают снизу днищем от входа в стеснительное устройство до начала зоны размыва. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что кромкой днища срезают заданный последний слой мели. 11. Способ по п.п.1-8, отличающийся тем, что кромкой днища разрыхляют донные отложения путем вибрации кромки. 12. Способ по п.1-9, отличающийся тем, что размывающий поток меняют по расходу, путем изменения проходного сечения в диапазоне от максимума до расхода близкого к нулю с различной частотой. 13. Устройство по п.п.1-12, содержащее водостеснительное устройство, соединенное с поплавком, отличающееся тем, что зона размыва выполнена в выходной нижней части водостеснительного устройства,ограничена боковыми стенами, плавно опускающейся крышей к фронту размыва, расположенному под углом к направлению потока, а выходное отверстие расположено в остром углу фронта размыва и внутри водостеснительного устройства помещено переменное сопротивление движению воды,например, заслонка. 14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что поплавок выполнен в виде полых вертикальных стенок с возможностью регулируемого заполнения воздухом и водой.