RU2225915C2

RU2225915C2 - Technique for control over flood

Info

Publication number: RU2225915C2
Application number: RU2002114376/03A
Authority: RU
Inventors: В.П. Богаенко
Original assignee: Богаенко Владимир Прокофьевич
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-03-20

Abstract

FIELD: hydraulic engineering, measure preventing flood. SUBSTANCE: technique includes erection of water guarding barrier and measures to break ice cover on river. Water guarding barrier is constructed in the form ice embankment frozen right on ice cover of river near bank subjected to flooding with the height exceeding level of anticipated water rise and going to banks with its ends. Cutting of deep notch along line of maximum bending moment with the use of sharp ice cutter at period of its maximum stress breaks ice cover on river. EFFECT: diminished economic damage from flood, improved protection of territory. 3 dwg

Description

Изобретение относится к различным технологическим процессам и, в частности, к мероприятиям, обеспечивающим предотвращение наводнений от весенних разливов рек.The invention relates to various processes and, in particular, to measures to prevent floods from spring floods.

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.Every year, arrays of urban buildings built on the lower banks of large rivers, such as the Ob, Yenisei, Lena, and others, which in winter have large ice cover, are subjected to spring flooding. Especially in places where small rivulets feeding them are flowing into these rivers. The lagging of the melting of the ice cover of rivers in comparison with the melting of snow on the coastal territories leads to the fact that the main rivers bound by ice are not able to receive water from the melting of snow on the coastal areas due to an increase in the rate of their outflow under the pressure of melt water. In addition, as a result of the thermal effect of meltwater, the ice cover is thinning, breaking through in a weak place and flooding of lowered areas of coastal areas. Measures taken in advance to prevent floods, such as clearing the channels of flowing rivers into mains, clearing holes of culverts on roads, splintering ice at the sites of alleged congestion, splintering and mechanical sawing of ice at the bridge supports, taking other special measures aimed at accelerating the melting of ice, as a rule, turn out to be ineffective. Other flood control methods are known. These include: a) measures to regulate the flow of river water masses through the construction of reservoirs with waste dams. An example of this is hydroelectric power plants.

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.However, the zone of the regulated water level below such structures is limited, for example, on the Ob it extends about 40-50 km below the hydroelectric power station. On the rest of the river in its upper part above the dam and reservoir, the regulatory influence is practically not felt; b) measures to accelerate the melting of the ice cover [1], for example, by spreading a mixture of coal and salt on the surface of the ice cover or crushing the cover in an explosive way.

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.However, due to the large thickness of the ice of the Siberian rivers and the low ice temperature, the first method is ineffective. The method of destruction of the ice massif through the use of blasting is also ineffective, especially widely practiced recently with the creation of units of the Ministry of Emergencies in the country, which, for the most part, inflicts large, disregarded damage, comparable to damage from direct floods, and possibly exceeding it . A river chained by ice is a pipe bounded by the bottom of the river, its banks and ice cover, filled with a practically incompressible medium. Therefore, the hydraulic shock from the explosion, transmitted over a long distance along this pipe, by tens, and possibly hundreds of kilometers, destroys all the living fauna of the river.

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.Closest to the described invention in terms of technical nature and the achieved result is a method of flood prevention, providing for the early construction on the floodplain of the river near the flooded territories of closed and open earth enclosing ramparts [2]. This method has a positive effect on the rivers of the southern region of Strada, where floods are caused by abundant influx of water as a result of heavy rains and waters from melting snow.

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.In northern conditions, when earthen ramparts are in the thickness of the ice cover, their presence may not help to prevent flooding, since their presence may not lead to an increase in the rate of outflow of water, but rather to its inhibition.

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].The aim of the invention is to prevent flooding on the rivers, chained in the winter period by continuous ice cover. This goal is achieved by the construction of water-protecting devices and measures to destroy the ice cover of the river, characterized in that the water-protecting device is built in the form of an ice dam, frozen directly on the ice cover of the river near the shore, being flooded, to a height exceeding the level of the expected rise of water, and its ends overlooking the shore, and the destruction of the ice cover of the river is carried out by applying on its surface during its most intense state of deep sharp ice cutter along the line of maximum bending moment. In solving this problem, the creation of an ice dam does not present great difficulties [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.The technology of the method provides for the implementation of two types of work: the construction of a dam protecting the lowered coastal area from the ingress of melt water, and the opening of the river cover at a distance from the protective dam, ensuring the free flow of water arriving from melting snow outside the protected territories. For the construction of a water-dam (Fig. 1), even in the summertime, the mouth of the outlet river 1 is cleared and dredged in the vicinity of the massif of a city building undergoing flooding, with the simultaneous installation of a jetty 3. This is the easiest way to do this with a dredging projectile. At the end of the winter period, when the river still has a continuous ice cover, an ice dam 4 is built on its surface adjacent to the lowered, subject to flooding urban area 2, to a height exceeding the level of the expected rise of water during flooding, with the establishment of the end sections of the dam to the shore, in the upper part through the reclaimed pier.

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].The construction of the dam is as follows. With the help of motor graders or bulldozers, the embankment of the dam base area is embanked with an embankment crest height of about 10-15 cm.The material of the embankment is snow raked and compacted mechanically from the surface of the river’s ice cover, as well as snow removed from the surface of city roads and driveways. Figure 2 shows the design of the ice dam 4, where 3 is the body of the directing jetty, 5 is the water section of the river, 6 is the ice cover, 7 are the ridges of the embankment, 8 are the freezing layers of the body of the dam 4. Water for freezing the body of the dam is taken from the river and served by pumps. Each successive layer 7 of the dam body is constructed after the bottom has completely hardened. And so on the full height of the dam. It is known that the ice cover of the river in the cross section is a thin plate compared to the size of the cross section of the river, pinched off the coast by freezing the ice of the cover with the shore. As shown in FIG. 3, according to the design scheme, the ice sheet plate is a beam of rectangular cross section, of infinite width, supported by two supports. Since the ratio of the volumetric weight of ice with respect to the volumetric weight of water is <1, such a beam under the influence of the hydraulic pressure of water, which increases under the influence of the pressure of the water coming from melting snow, experiences a transverse bending stress state in which tensile stresses arise in the upper layer of the ice plate [ 4]. Opening the ice cover is most easily achieved by applying a deep incision with a sharpened tool on the surface of the ice cover in a place corresponding to the maximum value of the bending moment during the period of the most intense state of the ice cover. In the General case, in the middle of the river 8 (figure 3). In this case, the ice sheet plate under the influence of pressure and heat of melt water from below will break down at the place of the cut, like a sheet of silicate glass breaks when it is cut with a diamond or a glass cutter, since the ice crystal lattice and silicate crystal lattice have a similar structure, causing a similarity of their physical properties [ 5]. A deep notch can be applied to the ice surface by a special mechanism with a disk ice cutter like a glass cutter and an arrangement that ensures the safety of work on the river ice, given the possibility of a sudden break. An ice-cutting device, for example, can be mounted on an army hovercraft [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.Of the conditions for ensuring free ice-free congestion, it is apparently advisable to apply additional longitudinal and transverse cuts on the surface of the ice sheet. Apparently, it will also be useful to take measures to maintain an ice-free state during this period (lanes) at the confluence of river 1 (Fig. 1), carrying melt water, into the main river line. This can be achieved using "flow-forming" - floating pumping units that raise warm, melt water from the bottom of the river to its surface. Flood prevention using the proposed method is carried out without blasting.

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.The ability to photograph the Earth’s surface from satellites and the current state of computer technology make it possible to develop recommendations for flood prevention for each specific case, both at the choice of the place of construction of the waterproof dam and on the time for all stages of the work provided for by the proposed method.

Источники информацииSources of information

1. Алтунин С.Т. Регулирование русел. М.: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1956.1. Altunin S.T. Regulation of channels. M .: State Publishing House of Agricultural Literature, 1956.

2. Натальчук М.Ф. и др. Эксплуатация гидромелиоративных систем. М.: Колос, 1983.2. Natalchuk M.F. and other. Operation of irrigation and drainage systems. M .: Kolos, 1983.

3. Авторское свидетельство СССР № 924237, кл. Е 02 В 17/00 , 1932 г.3. USSR author's certificate No. 924237, cl. E 02 B 17/00, 1932

4. Беляев Н.М. Сопротивление материалов.4. Belyaev N.M. Strength of materials.

5. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики.5. Landsberg G.S. Elementary textbook of physics.

6. Новые виды транспорта и движения. М.: Транспорт, 1975.6. New modes of transport and traffic. M .: Transport, 1975.

Claims

A flood control method, including the construction of a water-protecting device and measures for the destruction of the river’s ice cover, characterized in that the water-protecting device is constructed in the form of an ice dam, frozen directly on the river’s ice sheet near the bank undergoing flooding, to a height exceeding the level of the expected water rise, and with its ends going ashore, and the destruction of the ice cover of the river is carried out by applying on its surface during its maximum stress Ia deep incision sharp icebreaker through the maximum bending moment.