RU2228996C1 - Process preventing flooding of arable land by floodwater of mountain river - Google Patents

Abstract

FIELD: hydraulic power engineering, amelioration. SUBSTANCE: invention is aimed at generation of electricity and prevention of destructive effect of floodwater in season of long showers in mountains. Process includes communication of water inlet with watertight pressure tunnel and arrangement of cascade of derivative hydraulic power stations with growing efficiency in direction of flow. Water is taken from water storage formed across mountain river by construction of dam at lower boundary of fall of intensive precipitation. Pressure tunnel communicates directly with shore boundary of sea or lake with the help of derivative pressure conduit controlling flow rate of water with the use of water locks or by transfer of hydraulic units to mode of electric pump to pump over water through another pipeline to arable lands for irrigation. EFFECT: removal of problem of unpredictable, emergency situation in lower part of river course, provision for growth of cultures with longer vegetation period. 1 dwg

Description

Изобретение относится к гидроэнергетике, а также к мелиоративной технике, и может быть использовано на горных реках, где преобладает муссонная циркуляция, а максимум осадков на верхние бассейны рек приходится на лето, когда с океана в глубину континента или острова устремляется поток влажного воздуха.The invention relates to hydropower, as well as to land reclamation equipment, and can be used on mountain rivers, where monsoon circulation prevails, and the maximum rainfall in the upper river basins falls in the summer, when a stream of moist air rushes from the ocean to the depths of the continent or island.

Известно, что паводок - сравнительно кратковременное и непериодическое поднятие уровня воды в реке, возникающее в результате быстрого таяния снега при оттепели, ледников. Особенно наглядно выражены паводки муссонного происхождения, сливающиеся летом или осенью в одну волну половодья, вызывающие наводнение.It is known that the flood is a relatively short-term and non-periodic rise in the water level in the river, resulting from the rapid melting of snow during the thaw, glaciers. Floods of monsoon origin, merging in summer or autumn into one wave of flood, causing flooding, are especially clearly expressed.

Если паводок образуется вследствие быстрого увеличения расхода воды в верхней части бассейна реки, то он распространяется вниз по течению с большой скоростью, достигающей 45 км/час на горном участке, тогда как на равнинном участке 5 км/час и меньше.If the flood is formed due to the rapid increase in water flow in the upper part of the river basin, then it spreads downstream with a high speed reaching 45 km / h in the mountainous area, whereas in the flat area it is 5 km / h or less.

Известны из источников научно-технической литературы [1] способы предотвращения паводка, включающие плотину - гидротехническое сооружение, перегораживающее реку, для подъема уровня воды перед ним, сосредоточения напора в месте расположения сооружения и создания водохранилища. Водохозяйственное значение плотины многообразно: подъем уровня воды и увеличение глубины в верхнем бъефе благоприятствует судоходству, лесосплаву, а также водозабору для нужд орошения и водоснабжения; сосредоточение напора у плотины создает возможность энергетического использования стока реки: наличие водохранилища позволяет регулировать сток, т.е. увеличивать расход воды в реке в меженные периоды и уменьшать максимальный расход в паводок, способный привести к разрушительным наводнениям. Плотина и водохранилище существенно воздействуют на реку и прилегающие территории: изменяются режим стока реки. температура воды, и т.д. Плотина обычно является основным сооружением гидроузла.There are known from sources of scientific and technical literature [1] flood prevention methods, including a dam - a hydraulic structure that blocks the river, to raise the water level in front of it, to concentrate the pressure at the location of the structure and create a reservoir. The dam's water management value is manifold: rising water levels and increasing depths in the upper waters favor shipping, timber rafting, and water intake for irrigation and water supply; the concentration of pressure at the dam creates the possibility of energy use of the river flow: the presence of a reservoir allows you to control the flow, i.e. increase the flow of water in the river during low-water periods and reduce the maximum discharge in the flood, which can lead to devastating floods. The dam and reservoir significantly affect the river and surrounding areas: the regime of river flow changes. water temperature, etc. The dam is usually the main structure of the waterworks.

Водохранилища создают для перераспределения стока рек во времени, а совместно с каналами и другими водопроводящими сооружениями - и по территории. Они являются основой разностороннего использования водных ресурсов. Необходимость создания водохранилищ обусловлена большой неравномерностью в распределении стока рек в течение года, значительной изменчивостью годового стока и неравномерным распределением его по территориям. Различают водохранилища суточного, сезонного или (годичного) или многолетнего регулирования. Объем водной массы водохранилища, следовательно, и площадь зеркала, глубина и прочее подвержены сезонным изменениям в связи с неравномерностью естественного притока воды и ее потреблением для нужд народного хозяйства (см. также) [2].Reservoirs are created for the redistribution of river flows over time, and together with canals and other waterworks, and over the territory. They are the basis for the diversified use of water resources. The need to create reservoirs is due to the large unevenness in the distribution of river flows throughout the year, the significant variability of the annual flow and its uneven distribution over the territories. There are reservoirs of daily, seasonal or (annual) or multi-year regulation. The water mass of the reservoir, therefore, the area of the mirror, depth, etc. are subject to seasonal changes due to the unevenness of the natural flow of water and its consumption for the needs of the national economy (see also) [2].

Обвалование [3 и 4] - система заградительных земляных валов (защитных дамб), устраиваемых вдоль берегов рек, озер, водохранилищ и морских побережий для защиты прилегающей территории от временного затопления при подъеме уровня воды в паводок, во время прилива и ветрового нагона воды. Фронт отвалования обычно состоит из одного, реже двух рядов дамб, расположенных вдоль береговой линии или по периметру участка защищаемой территории (кольцевое обвалование). На случай местного прорыва валов паводком устраивают траверсы (поперечные дамбы), разделяющие защищаемую территорию на ряд отсеков и локализующие ее затопление.Dipping [3 and 4] is a system of protective earthen ramparts (protective dams) arranged along the banks of rivers, lakes, reservoirs and sea coasts to protect the surrounding area from temporary flooding when the water level rises in high water, during high tide and wind surge of water. The dumping front usually consists of one, less often two rows of dams located along the coastline or along the perimeter of the area to be protected (ring bunding). In the event of a local breakthrough of the shafts, a traverse (transverse dam) is arranged by flood, dividing the protected area into a number of compartments and localizing its flooding.

Обеспечить устойчивое земледелие на плодородных прибрежных и пойменных землях (в частности, в низовьях и дельтах рек) можно лишь устройством обвалования.Sustainable agriculture on fertile coastal and floodplain lands (in particular, in the lower reaches and deltas of rivers) can only be ensured by deboning.

А также дренаж сельскохозяйственных земель, способ осушения земель при помощи подземных искусственных водотоков - дрен. Дренаж применяют для осушения избыточно увлажненных земель - осушительный дренаж, который необходим на землях, где глубина залегания грунтовых вод меньше нормы осушения. В сельхоз практике применяют в основном горизонтальный систематический (равномерно распределенный на осушаемой территории) трубчатый дренаж - систему труб в виде сплошных дренажных линий. Грунтовая вода поступает в стыки между трубами или отверстиями в трубах под действием разности напоров, в связи с чем глубина закладки дрен должна быть больше нормы осушения. Дренаж более интенсивно работает в “критические периоды” усиленного питания грунтовых вод - обычно весной и осенью.As well as drainage of agricultural land, a method of draining land using underground artificial watercourses - drains. Drainage is used to drain excessively moistened lands - drainage drainage, which is necessary on lands where the depth of groundwater is less than the drainage rate. In agricultural practice, they use mainly horizontal systematic (evenly distributed on the drained territory) tubular drainage - a pipe system in the form of continuous drainage lines. Ground water enters the joints between the pipes or holes in the pipes under the influence of the difference in pressure, and therefore the depth of the drain should be greater than the drainage rate. Drainage works more intensively during “critical periods” of increased groundwater supply - usually in spring and autumn.

Указанные способы предотвращения паводка и методы устранения последствий, причиненных пойменным землям наводнением, обладают низкой эффективностью вызванной низкой скоростью пробега паводковых вод по низменному руслу реки (5 км в час) в береговую часть моря или озера, а также малой скоростью течения грунтовых вод по подземным, искусственным, дренажным водотокам к водоприемнику.The aforementioned flood prevention methods and methods for eliminating the consequences caused by floodplain lands are of low efficiency due to the low speed of the flood waters along the low river bed (5 km per hour) to the coast of the sea or lake, as well as the low groundwater flow rate through the underground, artificial drainage streams to the water intake.

Следовательно, большие площади наиболее плодородных земель при наводнении оказываются выведенными из сельскохозяйственного пользования из-за затопления и дальнейшего избыточного переувлажнения (повышения уровня грунтовых вод) на неопределенное время. Кроме того, водохранилища на коротких реках с выпадением осадков мусонного происхождения имеют малый суммарный объем водной массы и поэтому являются ненадежными перераспределителями стока рек во времени. А гидротехнические сооружения, предназначенные для предотвращения паводка, особенно земляные, обладают высокой аварийностью и в паводок часто прорываются потоками воды. В результате долины вдоль русла и пойма реки подвергаются периодическому непредсказуемому разрушению и затоплению.Consequently, large areas of the most fertile lands during flooding appear to be withdrawn from agricultural use due to flooding and further excessive waterlogging (increase in groundwater level) for an indefinite period. In addition, reservoirs on short rivers with precipitation of debris of small origin have a small total volume of water mass and therefore are unreliable redistributors of river flow over time. And hydraulic structures designed to prevent floods, especially earthworks, have a high accident rate and often break through floods into floods. As a result, valleys along the riverbed and floodplain of the river undergo periodic unpredictable destruction and flooding.

Известен каскад деривационных гидроэлектростанций [5], где приведено описание способа получения электроэнергии.Known cascade of derivational hydroelectric power [5], which describes the method of generating electricity.

Способ предусматривает сообщение водозабора с герметичным напорным водоводом, размещение каскада деривационных гидроэлектростанций с резервным гидроагрегатом, при котором турбины гидроэлектростанций каскада располагают с возрастанием КПД по направлению потока.The method involves communicating a water intake with a pressurized water supply conduit, placing a cascade of derivational hydroelectric power stations with a backup hydraulic unit, in which the turbines of the cascade hydroelectric stations have an increase in efficiency in the direction of flow.

Его недостатком является то, что его использование не исключает затопление поймы реки при паводке, а также разрушение сооружений вдоль русла реки, поскольку в нем не предусмотрено строительство плотины на нижней границе выпадения интенсивных осадков, а также не предусмотрена возможность напорного водовода пропускать паводковый объем воды помимо деривационных гидроэлектростанций в береговую часть моря или озера.Its disadvantage is that its use does not exclude flooding of the floodplain during floods, as well as the destruction of structures along the riverbed, since it does not provide for the construction of a dam on the lower boundary of heavy precipitation, nor does it provide for the possibility of a pressurized water conduit to pass through the flood volume derivational hydroelectric power stations in the coastal part of the sea or lake.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеприведенных недостатков прототипа.The objective of the present invention is to remedy the above disadvantages of the prototype.

Поставленная задача решается описываемым способом, включающим сообщение водозабора с герметичным напорным водоводом, размещение каскада деривационных гидроэлектростанций с резервным гидроагрегатом, при котором турбины гидроэлектростанций каскада располагают с возрастанием КПД по направлению потока.The problem is solved by the described method, including the communication of the water intake with a sealed pressure water conduit, the placement of a cascade of derivational hydroelectric power stations with a backup hydraulic unit, in which the turbines of the cascade hydroelectric power stations are located with increasing efficiency in the direction of flow.

Новым является то, что водозабор осуществляют на нижней границе выпадения интенсивных осадков горной реки из водохранилища, образованного строительством плотины, а напорный водовод напрямую сообщают с береговой границей моря или озера с помощью напорного деривационного водовода, регулируя расход воды с помощью затворов или переводом гидроагрегатов в режим электронасоса, перекачивая воду по другому трубопроводу в сельхозугодья с целью орошения.What is new is that water is withdrawn at the lower boundary of intense precipitation of a mountain river from the reservoir formed by the construction of the dam, and the pressure conduit is directly connected to the coastal boundary of the sea or lake using a pressure derivative conduit, regulating the flow of water by means of gates or transferring hydraulic units to an electric pump, pumping water through another pipeline to farmland for irrigation purposes.

Отмеченные отличительные признаки, по нашему мнению, являются существенными, поскольку позволяют получить новый положительный эффект, не свойственный известным объектам.The marked distinguishing features, in our opinion, are significant, because they allow you to get a new positive effect that is not characteristic of known objects.

Отметим, что холостой сброс паводковой воды крайне расточителен, потому что вода является энергоносителем и в то же время обязательным компонентом практически всех технологических процессов - как сельскохозяйственного, так и промышленного производства. При этом многократно увеличивается пропускная способность за счет концентрации напора в напорном деривационном водоводе. Однако предлагаемое решение оправдано надежной защитой сельхозугодий от затопления, так как холостой сброс паводка в береговую часть моря или озера по существу представляет собой управляемый отъем паводковой воды из водохранилища.It should be noted that idle discharge of flood water is extremely wasteful, because water is an energy carrier and at the same time an indispensable component of almost all technological processes - both agricultural and industrial production. At the same time, the throughput increases many times due to the concentration of pressure in the pressure derivative conduit. However, the proposed solution is justified by reliable protection of farmland from flooding, since the idle flood discharge to the coastal part of the sea or lake is essentially a controllable removal of flood water from the reservoir.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематически изображены: влагооборот, водохранилище, плотина, напорный деривационный водовод и две ступени каскада гидроэлектростанций.The invention is illustrated in the drawing, which schematically depicts: a water circulation, a reservoir, a dam, a pressure derivative water conduit and two stages of a cascade of hydroelectric power plants.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Известно, что под влиянием тепла, исходящего от солнца 1, происходит испарение воды с поверхности моря 2 с переносом водяного пара 3 на расстояние. Движущееся вверх по склонам гор воздушное течение 4, обильно насыщенное теплым водяным паром 3, взаимодействует со стекающим с гор охлажденным воздушным течением 5. С высотой пары воды, охлаждаясь, превращаются в облачные системы 6 и 7. На высотах более километра над уровнем моря, на наветренных склонах гор, над верхним бассейном реки осадков из облаков 6 выпадает в 2-5 раз больше, чем из облаков 7 над холмисто-равниной частью бассейна реки.It is known that under the influence of heat emanating from the sun 1, water evaporates from the surface of the sea 2 with the transfer of water vapor 3 to a distance. The air current 4 moving up the mountain slopes, richly saturated with warm water vapor 3, interacts with the cooled air stream 5 flowing down from the mountains. When cooled, the water vapor turns into cloud systems 6 and 7. At altitudes of more than a kilometer above sea level, on the windward slopes of the mountains, above the upper basin of the river, precipitation from clouds 6 falls 2-5 times more than from clouds 7 above the hilly-plain part of the river basin.

В результате крайне неравномерным выпадением осадков над бассейном реки, особенно муссонного происхождения, создаются условия для развития непредсказуемой, неуправляемой ситуации в долинах и пойме с частым выходом паводковых вод из русла 8 реки.As a result of extremely uneven rainfall over the river basin, especially of monsoon origin, conditions are created for the development of an unpredictable, uncontrollable situation in the valleys and floodplains with frequent flood waters from the river channel 8.

Следовательно, для устранения непредсказуемой ситуации в естественном русле 8 реки образуют водохранилище 9, например, плотиной 10, выполненной на нижней границе выпадения интенсивных осадков и являющейся одним из основных гидротехнических сооружений первой ступени каскада гидроэлектростанций, в теле которой размещены: водосброс 11 - гидротехнический узел, поддерживающий совместно с впадающими ниже плотины 10 притоками уровень воды в нижнем течении реки, а также водозаборная часть 12, соединенная с напорным деривационным водоводом 13, с которым сообщен турбинный водовод 14 с основным гидроагрегатом 15. Турбинный водовод 14 перекрывают затворами 16 и 17. Резервный турбинный водовод 18 с резервным гидроагрегатом 19 перекрывают затворами 20 и 21. В месте расположения первой ступени каскада, напорный деривационный водовод 13 перекрывают затвором 22.Therefore, to eliminate the unpredictable situation in the natural channel 8, the rivers form a reservoir 9, for example, a dam 10, made on the lower boundary of heavy rainfall and is one of the main hydraulic structures of the first stage of the cascade of hydroelectric power stations, in the body of which are located: spillway 11 - hydraulic unit, supporting along with 10 tributaries flowing below the dam, the water level in the lower reaches of the river, as well as the intake part 12, connected to the pressure derivational water conduit 13, with a cat The turbine water conduit 14 with the main hydraulic unit 15 is communicated with. The turbine water conduit 14 is closed by the gates 16 and 17. The reserve turbine water conduit 18 with the backup hydraulic unit 19 is closed by the gates 20 and 21. At the location of the first stage of the cascade, the pressure derivative water conduit 13 is closed by the valve 22.

Вторая ступень каскада сообщена с напорным деривационным водоводом 13 турбинным водоводом 23 с основным гидроагрегатом 24. Турбинный водовод 23 перекрывают затворами 25 и 26, резервный турбинный водовод 27 с резервным гидроагрегатом 28 перекрывают затворами 29 и 30. В месте расположения второй ступени каскада напорный деривационный водовод 13 перекрывают затвором 31 и оборудуют водоотводящим водоводом 32, сообщая его с береговой границей моря 2.The second stage of the cascade is in communication with the pressure derivative conduit 13 by the turbine conduit 23 with the main hydraulic unit 24. The turbine conduit 23 is closed by the shutters 25 and 26, the reserve turbine conduit 27 with the reserve hydraulic unit 28 is closed by the shutters 29 and 30. At the location of the second stage of the cascade, the pressure derivative conduit 13 overlap the shutter 31 and equip the drainage conduit 32, communicating it with the coastal border of the sea 2.

Напорный деривационный водовод 13 размещают вдоль русла 8 реки, при этом напорным водоводом может служить также подземный водовод, устроенный в земной коре склона, склонов гор без вскрытия лежащей над ним массы грунта, тогда как гидроагрегаты ступеней каскада гидроэлектростанций могут быть размещены как в скальной выработке, так и на открытом грунте.A pressure derivative water conduit 13 is placed along the riverbed 8 of the river, while a pressure water conduit can also be an underground water conduit located in the earth’s crust of a slope, mountain slopes without opening the soil mass lying above it, while the hydraulic units of the stages of the cascade of hydroelectric power stations can be placed as in a rock mine, and on the open ground.

Вода из водохранилища 9, при закрытых затворах 22 и 31, поступает по водозаборной части 12, турбинному водоводу 14 в гидроагрегат 15, а затем в нижерасположенный гидроагрегат 24, приводя в движение гидротурбины.Water from the reservoir 9, with closed gates 22 and 31, enters through the intake part 12, the turbine conduit 14 into the hydraulic unit 15, and then into the downstream hydraulic unit 24, driving the turbines.

В паводок, способный привести к разрушительному наводнению, паводковая вода из водохранилища 9, при открытых затворах 22 и 31, сбрасывается напрямую помимо гидроагрегатов 15 и 24 и русла 8 реки в береговую часть моря 2 напорным деривационным водоводом 13.In the flood, which can lead to devastating floods, the flood water from the reservoir 9, with open gates 22 and 31, is discharged directly, in addition to hydraulic units 15 and 24 and the river channel 8, to the coastal part of the sea 2 with a pressure head diversion conduit 13.

Таким образом, в межень способ осуществляет выработку электроэнергии и работает как энергетический объект, тогда как в паводок, способный нанести урон посевам, способ защищает посевы от затопления паводковой водой и пойму реки от избыточного переувлажнения и выполняет больше мелиоративную, чем энергетическую функцию. Кроме того, в зависимости от притока воды из зоны формирования паводка осуществляется плавный переход от энергетического к мелиоративно-энергетическому режиму работы и наоборот, за счет изменения (уменьшения, увеличения) проходного сечения затворов 22 и 31.Thus, at low water, the method generates electricity and works as an energy object, whereas in a flood capable of causing damage to crops, the method protects crops from flooding by flood water and floodplains from excessive waterlogging and performs a more reclamation than energy function. In addition, depending on the influx of water from the flood formation zone, a smooth transition is made from the energy to the reclamation-energy regime of operation and vice versa, due to a change (decrease, increase) in the passage section of the gates 22 and 31.

Важной составляющей осуществления способа является перевод последнего гидроагрегата 24 в режим насоса (электронасоса), использующего электроэнергию от другой электростанции, что позволит увеличить пропускную способность и дальность прокачки воды основного водовода 13, а также при необходимости избыток паводковой воды перекачивается по водоотводящему водоводу 32 в искусственный водоем с целью накопления.An important component of the implementation of the method is the transfer of the last hydraulic unit 24 to the pump (electric pump) mode, using electricity from another power station, which will increase the throughput and the range of pumping water of the main conduit 13, as well as, if necessary, excess flood water is pumped through the drainage conduit 32 to an artificial reservoir for the purpose of accumulation.

Благодаря этому обеспечивается защита от эрозии плодородных низменностей вдоль русла реки, орошение посевов в сухой сезон, а также транспортировка от береговой границы моря паводковых объемов воды, первоначального качества.This ensures protection against erosion of the fertile lowlands along the river bed, irrigation of crops in the dry season, as well as transportation of flood volumes of water of initial quality from the coastal border of the sea.

Основным технико-экономическим преимуществом изобретения является то, что водозабор осуществляется из водохранилища, образованного на нижней границе выпадения интенсивных осадков, предотвращая наводнение, а также загрязнение паводковых вод, при этом повышается КПД использования речного стока.The main technical and economic advantage of the invention is that water is taken from a reservoir formed at the lower boundary of heavy rainfall, preventing flooding, as well as pollution of flood waters, while the efficiency of using river flow increases.

Таким образом, при использовании способа снимается проблема непредсказуемой чрезвычайной ситуации по течению реки и особенно нижней части русла реки, обеспечивается выращивание культур с более длительным вегетационным периодом.Thus, when using the method removes the problem of an unpredictable emergency along the river and especially the lower part of the river bed, provides crops with a longer growing season.

Источники информацииSources of information

1. Большая советская энциклопедия (БСЭ), 1975 г., том 20, стр.46-47.1. The Great Soviet Encyclopedia (TSB), 1975, Volume 20, pp. 46-47.

2. БСЭ, 1971 г., том 5, стр.199, 200.2. TSB, 1971, Volume 5, pp. 199, 200.

3. БСЭ, 1974 г., том 18, стр.175.3. TSB, 1974, volume 18, p. 175.

4. БСЭ, 1972 г., том 8, стр.496-498.4. TSB, 1972, Volume 8, pp. 496-498.

5. Патент РФ, №2050434, опубл. в БИ №35, 1995 г.5. RF patent, No. 2050434, publ. in BI No. 35, 1995

Claims (1)

Способ предотвращения затопления паводковой водой горной реки сельхозугодий, включающий сообщение водозабора с герметичным напорным водоводом, размещение каскада деривационных гидроэлектростанций с резервным гидроагрегатом, при котором турбины гидроэлектростанций каскада располагают с возрастанием кпд по направлению потока, отличающийся тем, что водозабор осуществляют из водохранилища, образованного на горной реке строительством плотины на нижней границе выпадения интенсивных осадков, а напорный водовод напрямую сообщают с береговой границей моря или озера с помощью напорного деривационного водовода, регулируя расход воды с помощью затворов или переводом гидроагрегатов в режим электронасоса, перекачивая воду по другому трубопроводу в сельхозугодья с целью орошения.A method of preventing flooding of floodplain water of a mountain river on farmland, including connecting the water intake with a pressurized pressure water conduit, placing a cascade of derivational hydroelectric power stations with a backup hydroelectric unit, in which the turbines of the cascade hydroelectric power stations have an increase in efficiency in the direction of flow, characterized in that the water is taken from the reservoir formed on the reservoir formed river construction of a dam on the lower border of heavy precipitation, and a pressure head conduit directly communicate with the shore the boundary of the sea or lake with the help of a pressurized diversion water conduit, regulating the flow of water with the help of gates or transferring the hydraulic units to the electric pump mode, pumping water through another pipeline to farmland for irrigation purposes.