Устройство для защиты приморских территорий от наводнений

Устройство для защиты приморских территорий от наводнений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к средствам защиты приморских городов от наводнений, вызываемых нагонными волнами или цунами с помощью дамб и других инженерных сооружений.

От нагонных наводнений страдает город Санкт-Петербург. В настоящий момент заканчивается сооружение защитного комплекса Санкт-Петербурга от наводнений (КЗС).

Комплекс 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%.

Точно также страдает от разрушительных наводнений другой город Европы - Венеция.

Наконец начались работы по возведению системы мобильных дамб для защиты самого мокрого города Европы от затоплений. 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 году уникальный город был объявлен зоной национальных интересов. Проект «Моисей» разрабатывается с 1966 года. Окончательный план строительства был согласован лишь сейчас.

При нормальных погодных условиях, когда отсутствует нагонная волна с моря, происходит нормальный сток вод по каналам Венеции в лагуну. При появлении нагонной волны потоки меняют направление, и поступающая в каналы вода поднимает уровень воды в городе до 2-х метров. Для создания препятствия для вод обратного направления в городе на берегу Адриатики будет сооружена система из 79 блоков, которые сдержат 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 метров в толщину. Эти «подушки», пока уровень моря не превысит определенной границы, будут лежать на дне, заполненные водой. В случае подъема на метр или более в блоки закачают воздух и тем самым поднимут один из краев. Надувать эту временную плотину, по всей вероятности, придется раз 50 в году - 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 подвергается малым и большим затоплениям около 200 дней в году, а в начале XX века эта цифра равнялась 7 дням.

Человечество в своем арсенале в борьбе с наводнениями и затоплениями накопило конструктивный опыт. В борьбе с этим стихийным явлением используются земляные дамбы и оградительные сооружения. Но эти сооружения препятствуют нормальной экологии и часто не выдерживают напора стихии, что приводит к многочисленным невосполнимым человеческим и материальным потерям.

Известно устройство для защиты от наводнений, состоящее из блоков-затворов, лежащих на дне в исходном состоянии, нижние углы которых зафиксированы в донных опорах с возможностью разворота, снабженных воздушными полостями, смещенными к верхнему, всплывающему краю блока и обеспечивающими положительную плавучесть (см. Смирнов Г.Н. и др. Порты и портовые сооружения. Москва, Стройиздат, 1979, с.303-310, рис.XIV.7a). Данное известное техническое средство является наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого изобретения, т.к. имеет наибольшее число совпадающих с ним признаков.

Целью заявленного изобретения является максимальное удешевление защитного сооружения с сохранением высокой эффективности защиты от затоплений и наводнений прибрежных территорий приморских городов.

Сущность изобретения состоит в том, что блоки-затворы снабжены замкнутыми воздушными полостями в верхней подъемной части по отношению к дну моря, причем верхняя часть блока выполнена в виде наклонного гидродинамического козырька, направленного против потока воды, верхняя часть которого выполнена с ударопоглащающими кромками, со светоотражающим покрытием, а также снабжена аэродинамическими щелями для смягчения удара волны, причем основание блока имеет ограничительные подводные упоры, удерживающие блоки-затворы в заданном положении страховочными цепями и при необходимости оснащены страховочными защелками, препятствующими произвольным колебаниям блоков-затворов, а сами блоки-затворы в исходном, затопленном положении обозначаются сигнальными буями с автономными световыми приборами.

Предлагается блок-затвор для защитной дамбы от нагонных наводнений. Устройство представляет собой литую бетонную конструкцию прямоугольной конфигурации, с замкнутыми воздушными полостями для компенсации гравитационной составляющей блока, при сохранении небольшой отрицательной плавучести. Воздушные полости смещены к верхнему, всплывающему краю блока, который выполнен в виде козырька, направленного под углом вверх. Нижние углы затворного блока фиксируются в донных опорах тем или иным способом. В исходном состоянии блоки лежат на дне, не создавая препятствий естественному стоку воды из каналов или рек и не препятствуя судоходству. При начале наводнения нагонная волна, движущаяся со стороны лагуны или залива, вызывает попятное движение водяного потока, который начинает давить на наклонный козырек затвора, создавая подъемную силу, что и приводит блок в движение, вызывая его разворот и всплытие. Набегающий поток, по мере увеличения угла наклона блока-затвора, окончательно поднимает затворный блок, который садится на упоры и остается в вертикальном положении, препятствуя движению водного потока нагонной волны до ее ослабления. Когда давление со стороны лагуны на затворные блоки ослабнет, они под действием сил гравитации снова лягут на дно залива, не создавая препятствия естественному стоку воды из рек и каналов и не мешая свободному судоходству.

Положительный эффект от применения затворных блоков предлагаемой конструкции состоит в том, что полностью отпадает необходимость сооружения компрессорных станций, коммуникаций и оборудования для управления и контроля положения запорных блоков, а также существенно снижаются последующие постоянные расходы на электроэнергию и техническое обслуживание всего защитного сооружения.

На фиг.1 и 2 показана конструкция защитного сооружения, где использованы следующие обозначения:

1. Донная опора.

2. Блок-затвор.

3. Воздушная полость.

4. Наклонный гидродинамический козырек.

5. Ударопоглощающая кромка.

6. Сигнальный буй.

7. Аэродинамические щели.

8. Ограничительный упор.

9. Страховочная цепь.

10. Светоотражающее покрытие.

11. Набегающий поток.

12. Защелка.

На фиг.1 показан фрагмент защитного сооружения от наводнения, где донная опора (1), блок-затвор (2), ограничительный упор (8), страховочная цепь (9), сигнальный буй (6).

На фиг.2 показана конструкция блока-затвора (2) для защитного сооружения, где воздушная полость (3), наклонный гидродинамический козырек (4), аэродинамические щели (7), ударопоглощающая кромка (5), светоотражающее покрытие (10), защелка (12).

Предлагаемое защитное сооружение на основе блоков-затворов (2) работает следующим образом. В исходном состоянии блоки-затворы (2) лежат на дне залива, не создавая препятствий естественному стоку вод из каналов и/или рек и движению судов. При наводнении нагонная волна, движущаяся со стороны лагуны, вызывает попятное движение водного потока, который начинает давить на наклонный гидродинамический козырек (4) и приводит блок-затвор (2) в движение, вызывая его разворот в донных опорах (1) и всплытие. Набегающий поток (11) поднимает блок-затвор (2) и прижимает его к ограничительным упорам (8), удерживая его в наклонном положении до ослабления нагонной волны. Когда давление со стороны водного потока на блок-затвор ослабнет, он под действием сил гравитации снова ляжет на дно залива, не создавая препятствий естественному стоку воды.

Положение защитных блоков-затворов (2) на дне залива обозначается сигнальными буями (6), а при выходе из воды, в защитном положении, также и визуально за счет светоотражающего покрытия (10), нанесенного на ударопоглощающую кромку (5).

Аэродинамические щели (7) выполняют двоякую роль, с одной стороны, увеличивают подъемную разворачивающую силу, действующую, при слабой нагонной волне, на всплывающий край затворного блока, а с другой, снимает излишнее давление на верхний край затворного блока при большой скорости набегающего потока, что позволяет снизить требования к прочности затворных блоков, а значит и сэкономить расходные материалы.

Предлагаемое «Устройство для защиты приморских территорий города от наводнений» сокращает общие расходы при проектировании защитного сооружения, не требует изменения уже существующей технологии производства запорных блоков, а также снижает расходы при их последующей эксплуатации.

1. Устройство для защиты приморских территорий от наводнений, состоящее из блоков-затворов, лежащих на дне в исходном состоянии, нижние углы которых зафиксированы в донных опорах с возможностью разворота, снабженных воздушными полостями, смещенными к верхнему, всплывающему краю блока, отличающееся тем, что блоки-затворы выполнены в виде литых бетонных конструкций прямоугольной конфигурации с замкнутыми воздушными полостями, компенсирующими гравитационную составляющую блока при сохранении небольшой отрицательной плавучести и выполненных с возможностью подъема поперек потока, прижатия к ограничительным упорам и удерживания в наклонном положении набегающим потоком, при этом верхний всплывающий край блоков-затворов выполнен в виде гидродинамического наклонного козырька, направленного против потока, вызванного нагонной волной.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в верхних концах блоков-затворов выполнены аэродинамические щели.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхние концы блоков-затворов соединены с подводными опорами страховочными цепями, расположенными против набегающего потока.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на верхних кромках блоков-затворов установлены ударопоглощающие кромки.

5. Устройство по п.1, отличающееся, тем, что положение блоков-затворов в исходном состоянии обозначается сигнальными буями со световыми приборами с автономным энергонезависимым питанием.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхние кромки блоков-затворов покрыты светоотражающим материалом.