Патент на изобретение №2272863

(54) РЫБОХОДНЫЙ КАНАЛ

(57) Реферат:

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к рыбопропускным сооружениям, предназначенным для пропуска производителей рыбы через подпорные сооружения к местам нереста и нагула. Рыбоходный канал включает водопроводящий тракт, выполненный в виде лотка, головная часть которого соединена с верхним бьефом гидроузла, а устьевая часть – с нижним бьефом, вертикально установленные элементы усиленной шероховатости, примыкающие к боковым стенкам водопроводящего тракта и выступающие в направлении его продольной оси. Вертикально установленные элементы усиленной шероховатости левого и правого борта тракта смещены друг относительно друга по длине водопроводящего тракта, формируя зигзагообразный водопропускной канал, образуемый их боковыми поверхностями. Вертикально установленные элементы усиленной шероховатости выполнены в виде многогранных пирамид, боковые поверхности которых взаимодействуют с водным потоком, при этом они обращены к потоку боковой поверхностью, имеющей ребро основания с минимальным размером. Изобретение обеспечивает в рыбоходном канале гашение избыточной кинетической энергии потока и создание эффективных гидравлических условий, при которых рыба имеет возможность отдыха и восстановления своих энергетических возможностей. 7 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к рыбопропускным сооружениям, предназначенным для пропуска производителей рыбы через подпорные сооружения к местам нереста и нагула.

Известен рыбоходный канал [1], включающий водопроводящий тракт, выполненный в виде канала, и элементы усиленной шероховатости, расположенные на дне канала и выполненные в виде равнобедренных треугольных пирамид, примыкающих малым основанием к боковым стенкам тракта, при этом вершины пирамид левого ряда и правого ряда смещены друг относительно друга и образуют зигзагообразный канал для прохода рыбы как в направлении верхнего бьефа, так и ската ее в нижний бьеф.

Недостатком данного сооружения является низкая эффективность гашения избыточной кинетической энергии потока.

Известен канал [2], включающий водопроводящий тракт, выполненный в виде канала с прямолинейным руслом и элементами усиленной шероховатости, выполненными в виде полуконусов, расположенных основаниями на дне канала поочередно у каждого его борта.

Недостатком данного сооружения является низкая эффективность гашения избыточной кинетической энергии потока.

Известен канал [3], включающий водопроводящий тракт, выполненный в виде канала с элементами усиленной шероховатости, выполненными в виде плит, расположенных на откосах канала и смещенных друг относительно друга.

Недостатком данного сооружения является низкая эффективность гашения избыточной кинетической энергии потока.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является рыбоходный канал [4], включающий водопроводящий тракт, выполненный в виде лотка, головная часть которого соединена с верхним бьефом гидроузла, а устьевая часть – с нижним бьефом, вертикально установленные элементы усиленной шероховатости, примыкающие к боковым стенкам водопроводящего тракта и выступающие в направлении его продольной оси, при этом вертикально установленные элементы усиленной шероховатости левого и правого борта тракта смещены друг относительно друга по длине водопроводящего тракта, формируя зигзагообразный водопропускной канал, образуемый их боковыми поверхностями.

Недостатком данного сооружения является низкая эффективность гашения избыточной кинетической энергии потока.

Целью изобретения является создание эффективных гидравлических условий в рыбоходном канале для гашения избыточной кинетической энергии потока.

Сущность изобретения заключается в следующем.

По п.1 формулы изобретения. Выполнение элементов усиленной шероховатости в виде многогранных пирамид, боковые поверхности которых взаимодействуют с водным потоком, позволяет боковой напорной поверхностью, имеющей ребро основания с минимальным размером, изменять вектор направления течения потока. При этом вся плоскость напорной боковой поверхности работает как струеформирующее устройство. Одновременно за безнапорной боковой поверхностью многогранной пирамиды формируется водоворотная область с вертикальной осью вращения, в которой рыба имеет возможность отдыха и восстановления своих энергетических возможностей.

Рабочая грань пирамиды, соединяющая напорную и безнапорную боковые поверхности, расположена таким образом, чтобы она не пересекала продольную ось водопроводящего тракта, то есть не вносила значительного гидравлического сопротивления в поток.

Взаимодействие потока с многогранными пирамидами позволяет заставить водный поток изменять свою динамическую ось, то есть раскачивать его по отношению к продольной оси рыбоходного тракта. Данная компоновка позволяет, используя принцип меандрирования русла реки, заставить работать водный поток на гашение избыточной кинетической энергии, заставляя его при неизменных геометрических параметрах лотка рыбоходного канала затрачивать часть своей энергии на преодоление местного сопротивления при изменении траектории своего движения.

По п.2 формулы изобретения. Выполнение водопроводящего тракта снабженным дополнительными элементами усиленной шероховатости, установленными на его дне и выполненных в виде параллелепипедов, позволяет повысить эффективность гашения избыточной кинетической энергии водного потока в придонной области.

По п.3 формулы изобретения. Выполнение пирамид усеченными, при этом верхние плоскости пирамид размещены под уровнем воды, позволяет расширить функциональные возможности усеченных пирамид.

По п.4 формулы изобретения. Размещение на верхних плоскостях усеченных пирамид дополнительной усиленной шероховатости и естественной водной растительности, позволяет увеличить общую нерестовую площадь и повысить гидравлическое сопротивление водному потоку.

По п.5 формулы изобретения. Выполнение усеченных пирамид, установленных ярусами, позволяет расширить диапазон их влияния как на водный поток, так и использование их как основы для дополнительных нерестилищ.

По п.6 формулы изобретения. Выполнение на верхних плоскостях усеченных пирамид нерестового субстрата, в виде гравийно-галечниковой отсыпки, позволяет увеличить площадь нереста для рыб, обитающих в придонном горизонте потока.

По п.7 формулы изобретения. Выполнение рыбоходного канала снабженного усеченными пирамидами, примыкающими к левой и правой боковым стенкам и установленными с противоположными в одном поперечном створе водопроводящего тракта, позволяет формировать поперечное сечение канала типа – “пойма-русло-пойма”, которое как известно способствует увеличению общего гидравлического сопротивления в канале, за счет совместного влияния безнапорного руслового и пойменного потоков (кинематический эффект Г.В.Железнякова).

По п.8 формулы изобретения. Выполнение части усеченных пирамид, установленных соосно продольной оси водопроводящего тракта, позволяет формировать поперечное сечение канала типа – “русло-пойма-русло”, которое как известно также способствует увеличению общего гидравлического сопротивления в канале, за счет совместного влияния безнапорного руслового и пойменного потоков (кинематический эффект Г.В.Железнякова).

Решение поставленной задачи достигается путем создания новой конструкции рыбоходного канала. Графический материал, поясняющий сущность предлагаемого изобретения, представлен на следующих фигурах:

фиг.1 – рыбоходный канал, план;

фиг.2 – то же, изометрия;

фиг.3 – разрез А-А на фиг.1;

фиг.4 – плановая структура течений, образуемых в рыбоходном канале;

фиг.5 – рыбоходный канал, план, вариант с усеченными пирамидами;

фиг.6 – разрез Б-Б на фиг.5;

фиг.7 – разрез В-В на фиг.5;

фиг.8 – то же, вариант с размещением дополнительной усиленной шероховатости и естественной водной растительности на верхней плоскости усеченных пирамид;

фиг.9 – вариант поперечного сечения канала, с размещением нерестового субстрата на верхней плоскости усеченных пирамид;

фиг.10 – то же, вариант выполнения усеченных пирамид ярусами;

фиг.11 – рыбоходный канал, план, вариант размещения усеченных пирамид друг напротив друга, с формированием поперечного сечения канала типа “пойма-русло-пойма”;

фиг.12 – разрез Г-Г на фиг.11;

фиг.13 – то же, вариант выполнения усеченных пирамид ярусами;

фиг.14 – рыбоходный канал, план, вариант размещения части усеченных пирамид соосно продольной оси рыбоходного канала с формированием поперечного сечения канала типа “русло-пойма-русло”;

фиг.15 – разрез Д-Д на фиг.14;

фиг.16- то же, выполнение усеченных пирамид ярусами;

фиг.17 – рыбоходный канал, план, вариант размещения части усеченных пирамид друг напротив друга, с формированием поперечного сечения канала типа “пойма-русло-пойма”;

фиг.18 – рыбоходный канал, план, вариант размещения части усеченных пирамид соосно продольной оси рыбоходного канала с формированием поперечного сечения канала типа “русло-пойма-русло”.

Рыбоходный канал включает водопроводящий тракт 1, выполненный в виде лотка, головная часть которого соединена с верхним бьефом гидроузла, а устьевая часть – с нижним бьефом, вертикально установленные элементы усиленной шероховатости 2, примыкающие к боковым стенкам водопроводящего тракта 1 и выступающие в направлении его продольной оси, при этом вертикально установленные элементы усиленной шероховатости 2 левого и правого борта тракта 1 смещены друг относительно друга по длине водопроводящего тракта 1, формируя зигзагообразный водопропускной канал, образуемый их боковыми поверхностями.

Вертикально установленные элементы усиленной шероховатости 2 выполнены в виде многогранных пирамид, две боковые поверхности которых взаимодействуют с водным потоком, при этом они обращены к потоку боковой поверхностью 3, имеющей ребро основания с минимальным размером, а рабочая грань пирамиды 2, соединяющая напорную 3 и безнапорную 4 поверхности, не пересекает продольную ось водопроводящего тракта 1.

Помимо того, рыбоходный канал может быть снабжен дополнительными элементами 5 усиленной шероховатости, установленными на дне водопроводящего тракта 1 и выполненными в виде параллелепипедов.

Кроме того, пирамиды 2 могут быть выполнены усеченными, при этом верхняя плоскость пирамид 2 размещена под уровнем воды.

Помимо того, на верхней плоскости пирамид 2 может быть размещена дополнительная усиленная шероховатость 6 и естественная водная растительность 7.

Кроме того, усеченные пирамиды 2 могут быть установлены ярусами.

Помимо того, на верхней плоскости пирамид 2 может быть размещен нерестовый субстрат 8 в виде гравийно-галечниковой отсыпки.

Кроме того, канал может быть снабжен усеченными пирамидами 2, примыкающими к левой и правой боковым стенкам и установленными с противоположными в одном поперечном створе водопроводящего тракта 1.

Помимо того, канал может быть снабжен усеченными пирамидами 2, установленными соосно продольной оси водопроводящего тракта 1.

На дне водопроводящего тракта 1 может быть уложен нерестовый субстрат 8 в виде гравийно-галечниковой отсыпки, толщиной 0,3 м.

В нескольких вариантах рыбоходного канала возможно наличие поперечного сечения, в котором присутствуют русловые 9 и пойменные 10 участки.

Рыбоходный канал работает следующим образом.

Рыба, привлеченная из нижнего бьефа в устьевую часть водопроводящего тракта 1, попадает в рыбоходный канал, где постепенно перемещается в сторону верхнего бьефа гидроузла. Благодаря установке вдоль берегов тракта 1 пирамид 2, выполняющих функцию элементов усиленной шероховатости, значительная часть избыточной кинетической энергии водного потока гасится при прохождении рыбоходного канала (фиг.1). Донные виды рыб (например, осетровые) перемещаются в основном у дна водотока, где созданы оптимальные условия для их продвижения, при этом дополнительные элементы усиленной шероховатости 5, выполненные в виде параллелепипедов, эффективно гасят кинетическую энергию в придонных горизонтах.

Водный поток, набегая на напорные боковые поверхности 3 пирамид 2, изменяет свою траекторию движения и, отклоняясь в направлении продольной оси водопроводящего тракта 1, приобретает зигзагообразную, в плане, траекторию, подобную синусоиде. Это позволяет не только вызывать поперечную циркуляцию потока, но и за счет плановой раскачки водного потока использовать его энергию для гашения избыточной кинетической энергии потока. Одновременно за безнапорными боковыми поверхностями 4 пирамид 2 формируются вторичные водоворотные течения, позволяющие мигрантам отдыхать и восстанавливать свою энергетику (фиг.4).

Выполнение пирамид 2 усеченными, при этом верхние плоскости пирамид 2 размещены под уровнем воды, позволяет расширить функциональные возможности усеченных пирамид 2 (фиг.5), а именно, на их верхней плоскости разместить дополнительные элементы усиленной шероховатости 6 и нерестовый субстрат в виде естественной водной растительности 7 (фиг.8). Кроме того, возможен вариант размещения на верхней плоскости усеченных пирамид 2 нерестового субстрата 8 в виде гравийно-галечниковой отсыпки (фиг.9).

Возможен вариант выполнения усеченных пирамид 2 ярусами (фиг.10), что позволяет расширить диапазон их влияния как на водный поток, так и в плане использования их как основы для дополнительных нерестилищ.

Вариант размещения части усеченных пирамид 2, примыкающих к левому и правому берегам канала и установленных с противоположными в одном поперечном створе водопроводящего тракта 1 (фиг.11), позволяет сформировать поперечное сечение канала типа – “пойма-русло-пойма”, которое, как известно, также способствует увеличению общего гидравлического сопротивления в канале, за счет совместного влияния безнапорного руслового 9 и пойменного 10 потоков (кинематический эффект Г.В.Железнякова). Как известно [Свидетельство на полезную модель №13806, МКИ Е 02 В 8/08. Рыбоходно-нерестовый канал/Скоробогатов М.А., Лупандин А.И., Павлов Д.С., Барекян А.Ш., Горбашева Е.С., Решетов А.П. и Скоробогатов А.М. Опубл. БИ №15, 2000], существует гидравлическое явление, названное Г.В.Железняковым кинематическим эффектом взаимодействия безнапорного руслового и пойменного потоков. Как отмечают авторы, при взаимодействии руслового 9 и пойменного 10 потоков наблюдается существенное уменьшение средних и поверхностных скоростей руслового 9 потока под влиянием пойменного 10.

В то же время в прирусловом отсеке пойменного 10 потока, как правило, наблюдается некоторое увеличение скоростей. Зоны влияния пойменного 10 потока на русловой 9, а также руслового 9 потока на пойменный 10, зависят от геометрических размеров русла 9 и поймы 10, уклонов дна, коэффициентов шероховатости и т.д.

Тем не менее, налицо компоновка усеченных пирамид 2, которая позволяет гасить избыточную кинетическую энергию потока не только в придонной части водотока, но и по глубине и ширине рыбоходного канала.

Размещение усеченных пирамид 2 примыкающими к левой и правой боковым стенкам канала и установленными с противоположными в одном поперечном створе водопроводящего тракта 1 позволяет сформировать “поперечное сечение” типа “пойма-русло-пойма (фиг.12 и 13).

Размещение дополнительных усеченных пирамид 2 соосно продольной оси водопроводящего тракта 1 (фиг.14) позволяет сформировать “поперечное сечение” типа “русло-пойма-русло” (фиг.15 и 16).

Предлагаемая конструкция рыбоходного канала имеет широкий спектр средств для гашения избыточной кинетической энергии потока, а также для эффективного продвижения рыбы в направлении верхнего бьефа или ее нереста в пределах водопроводящего тракта.

Источники информации

1. Патент США №126257, “Improvement in chute and fishway”, James D. Brewer. МПК E 02 В 8/08. Опубл.30.04.1872.

2. А.С. СССР №1331945, “Магистральный канал”, МПК Е 02 В 5/00. Авторы: Алтунин B.C., Селяметов М.М., Новикова Н.М., Ларионова Л.В., Трунина Е.В., Данелия З.Н. Опубл. БИ №31, 1985.

3. Патент РФ №2022091, “Канал”, МПК Е 02 В 5/02. Авторы: Мусин Ж.А., Айгаскаев К.С., Асанова Д.А., Тлеукулов А.Т. Опубл.1994.10.30.

4. Патент США №206715, “Fishway”, D. Fisher. МПК Е 02 В 8/08. Опубл.06.08.1878.

Формула изобретения

1. Рыбоходный канал, включающий водопроводящий тракт, выполненный в виде лотка, головная часть которого соединена с верхним бьефом гидроузла, а устьевая часть – с нижним бьефом, вертикально установленные элементы усиленной шероховатости, примыкающие к боковым стенкам водопроводящего тракта и выступающие в направлении его продольной оси, при этом вертикально установленные элементы усиленной шероховатости левого и правого бортов тракта смещены друг относительно друга по длине водопроводящего тракта, формируя зигзагообразный водопропускной канал, образуемый их боковыми поверхностями, отличающийся тем, что вертикально установленные элементы усиленной шероховатости выполнены в виде многогранных пирамид, боковые поверхности которых взаимодействуют с водным потоком, при этом они обращены к потоку боковой поверхностью, имеющей ребро основания с минимальным размером.

2. Канал по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными элементами усиленной шероховатости, установленными на дне водопроводящего тракта и выполненными в виде параллелепипедов.

3. Канал по п. 1, отличающийся тем, что пирамиды выполнены усеченными, при этом верхние плоскости усеченных пирамид размещены под уровнем воды.

4. Канал по п. 3, отличающийся тем, что на верхних плоскостях усеченных пирамид размещены дополнительная усиленная шероховатость и естественная водная растительность.

5. Канал по п. 3, отличающийся тем, что усеченные пирамиды установлены ярусами.

6. Канал по п. 3 или 5, отличающийся тем, что на верхних плоскостях усеченных пирамид размещен нерестовый субстрат в виде гравийно-галечниковой отсыпки.

7. Канал по любому из пп. 3-5, отличающийся тем, что он снабжен усеченными пирамидами, примыкающими к левой и правой боковым стенкам и установленными с противоположными в одном поперечном створе водопроводящего тракта.

8. Канал по любому из пп. 1, 2 и 3, отличающийся тем, что он снабжен усеченными пирамидами, установленными соосно с продольной осью водопроводящего тракта.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 21.07.2006

Извещение опубликовано: 20.05.2008 БИ: 14/2008