RU2314386C1

RU2314386C1 - Artificial reef

Info

Publication number: RU2314386C1
Application number: RU2006119369/03A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Грицыхин (RU); Владимир Александрович Грицыхин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Шельф 06" (ООО "Шельф 06")
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2008-01-10

Abstract

FIELD: hydraulic construction, particularly underwater permeable hydraulic biotechnical structures used in shallow sea and water pool zones as artificial substrate and mechanical stimulator facilitating biocenosis growth and mechanical-and-biological filter in zones characterized by increased anthropogenic load, or in emergency territories (in the case of oil, gas and oil product leakages during production and transportation) and to prevent shore structure erosion.

SUBSTANCE: artificial reef is made as three-dimensional structure including wave-permeable concrete modules grouped in several columns and rows. The concrete modules include four rectangular supports to be secured to massive reef base provided with stationary anchor connection means, which is engaged with bottom ground. Permeable concrete module is shaped as equilateral tetrahedral skeleton-type pyramid with the first rectangular base inserted in central perforated square orifice of base module. Square orifice has cross-sectional area equal to that of upper module section and dimension providing simultaneous insertion of four supports of modules adjacent in one column and one row. Base module has ground engagement supports formed on lower surface thereof. Stationary anchor connection means comprises at least two anchors connected to rope enclosing artificial reef transversal to wave propagation direction. The rope is to be tightened by tightening screws.

EFFECT: decreased material consumption and production costs, simplified assembling and disassembling, maintenance and repair, creation of conditions favorable for macrophyte, mussel and other mollusk growth, as well as for other thalassophilus settlement, possibility to change artificial reef dimensions in three directions, which provides reef production in accordance with hydrodynamic water area conditions and reef usage for shore and offshore building structure protection against erosion caused by storm waves.

2 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к подводным проницаемым гидробиотехническим сооружениям, и может быть использовано в мелководных зонах морей и водоемов в качестве механического стимулятора развития биоценоза и механико-биологического фильтра в зонах повышенной антропогенной нагрузки, в том числе при аварийных ситуациях утечки нефти, нефтепродуктов, газа, при добыче и транспортировке, так и в качестве волнолома для предотвращения эродирующего действия волн на береговые сооружения и пляжи.The invention relates to hydraulic engineering, in particular to underwater permeable hydrobiotechnical structures, and can be used in shallow areas of the seas and reservoirs as a mechanical stimulator of the development of biocenosis and a mechanical biological filter in areas of high anthropogenic load, including in emergency situations of oil leakage, petroleum products, gas, during extraction and transportation, and as a breakwater to prevent the eroding effect of waves on coastal structures and beaches.

Для многих районов Мирового океана определены оптимальные параметры заселения искусственных субстратов обрастателями макрофитов с целью позитивного воздействия на морскую среду. В то же время, применительно к ценнейшим как в рыбохозяйственном, так и в рекреационном отношении акватории южных морей и пресноводных водоемов юга России, данная задача остается открытой, а перспективы промышленного освоения этого района требуют скорейшего ее решения. Кроме того, в присутствии береговых сооружений нарушается естественное ритмичное движение песка и других донных материалов, что приводит к их выносу от береговой зоны и ее разрушению.For many areas of the oceans, the optimal parameters of the settlement of artificial substrates by macrophyte fouling have been determined in order to positively affect the marine environment. At the same time, in relation to the most valuable in both fisheries and recreational areas of the southern seas and freshwater bodies of the south of Russia, this task remains open, and the prospects for the industrial development of this region require its quickest solution. In addition, in the presence of coastal structures, the natural rhythmic movement of sand and other bottom materials is disrupted, which leads to their removal from the coastal zone and its destruction.

Известна конструкция модуля волнолома, выполненная в виде трапецеидальных плоскостей в нескольких комбинациях, расположенных внутри прямоугольной рамной конструкции, предназначенная для эффективной защиты и ослабления их энергии (патент WO 813190 (A1), US 4431337 (A1), GB 2089408 (A), BR 8108587 (А), приоритет JP 1980, 0062 460 U, 19800509) [1].A known structure of a wave breaker module made in the form of trapezoidal planes in several combinations located inside a rectangular frame structure, designed to effectively protect and attenuate their energy (patent WO 813190 (A1), US 4431337 (A1), GB 2089408 (A), BR 8108587 (A), priority JP 1980, 0062 460 U, 19800509) [1].

Известная модульная конструкция волнолома имеет недостаточное количество положительных плоскостей, пригодных для заселения макрофитами и, следовательно, неэффективна как среда обитания морских организмов.The known modular design of the breakwater has an insufficient number of positive planes suitable for colonization by macrophytes and, therefore, is ineffective as the habitat of marine organisms.

Для решения этой задачи используются конструкции, собранные из модулей в пространственную структуру, благоприятную для заселения их морскими организмами. К таким конструкциям относится морская лесная структура, использующая отходы телеграфных столбов и др. подобные отходы (пат. US 2006 056914, МПК Е02В 3/06, дата публикации 2006.03.16) [2], которая способствует за счет умеренного движения зоны яркости и тени от столбов различной высоты обеспечению условий роста водоросли Laminariaceal и увеличению объема места обитания морских организмов для улучшения окружающей морской среды. Конструкция представляет собой трехмерное пространственное сооружение, сформированное множеством столбов. Каждый сборочный модуль выполнен в виде многоярусной конструкции, снабженной ребрами жесткости и многочисленными крепежными элементами, скрепляющими столбы с ребрами жесткости в горизонтальных ярусах и с основанием, которые при сборке закрепляются между собой для исключения сдвига под действием волн и течений. Описанная выше морская структура является стационарным сооружением, сложна при установке.To solve this problem, designs are used that are assembled from modules into a spatial structure favorable for colonization by marine organisms. Such structures include a marine forest structure using telegraph poles and other similar wastes (US Pat. No. 2006 056914, IPC EV 3/06, publication date 2006.03.16) [2], which contributes to the moderate movement of the brightness and shadow zones from poles of varying heights, providing growth conditions for the Laminariaceal algae and increasing the habitat of marine organisms to improve the marine environment. The design is a three-dimensional spatial structure formed by many pillars. Each assembly module is made in the form of a multi-tiered structure equipped with stiffeners and numerous fasteners fastening the posts with stiffeners in horizontal tiers and with a base, which are fixed to each other during assembly to prevent shear under the influence of waves and currents. The marine structure described above is a stationary structure, difficult to install.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому искусственному рифу является конструкция модульного рифа, морской среды обитания и морской стены (Международная заявка WO 2005/068728 A1, 7 МПК Е02В 3/04, А01К 61/10, дата публикации 28.07.2005) [3], принимаемая за прототип, которая выполняет одновременно функцию проницаемого волнолома и среды обитания морских организмов.The closest in technical essence to the claimed artificial reef is the construction of a modular reef, marine habitat and sea wall (International application WO 2005/068728 A1, 7 IPC ЕВВ 3/04, А01К 61/10, publication date July 28, 2005) [3] taken as a prototype, which simultaneously performs the function of a permeable breakwater and the habitat of marine organisms.

Отдельный модуль рифа выполнен из бетона в форме призмы с усеченной вершиной, внутри которой имеются полости сложной формы для заселения морскими животными и прохождения волн. Основание модуля в вершинах снабжено опорами для установки первого яруса модулей в пазы рельсового основания, удерживаемого на дне моря стационарной якорной системой. Второй ярус модулей рифа устанавливается на первом ярусе путем вложения одного модуля без опор вершиной между двумя модулями первого яруса в колонках и рядах и удерживается на нем силой тяжести.A separate reef module is made of concrete in the form of a prism with a truncated top, inside which there are cavities of complex shape for colonization by marine animals and the passage of waves. The base of the module at the tops is equipped with supports for installing the first tier of modules in the grooves of the rail base, held at the bottom of the sea by a stationary anchor system. The second tier of reef modules is installed on the first tier by nesting one module without supports with the vertex between two modules of the first tier in columns and rows and is held on it by gravity.

Модульный риф способен транспортироваться в желательное место и может быть построен с высотой, длиной и шириной в соответствии с условиями акватории, отклоняет поступающие волны, что прерывает ритм и интенсивность штормовых волн и, таким образом, минимизирует неблагоприятное воздействие их на береговую зону.The modular reef is able to transport to the desired location and can be built with height, length and width in accordance with the conditions of the water area, rejects incoming waves, which interrupts the rhythm and intensity of storm waves and, thus, minimizes their adverse impact on the coastal zone.

Недостатком прототипа является высокая материалоемкость, сложность в изготовлении, обусловленная наличием модулей двух видов с отверстиями на гранях призмы и ограниченное количество положительных плоскостей, способствующих обрастанию макрофитами за счет устойчивого удержания на поверхностях модулей спор макрофитов и личинок моллюсков в присутствии силы тяжести.The disadvantage of the prototype is the high consumption of materials, the difficulty in manufacturing, due to the presence of two types of modules with holes on the faces of the prism and a limited number of positive planes that contribute to macrophyte fouling due to the stable retention of macrophytes and mollusk larvae on the surfaces of the modules in the presence of gravity.

Задачей настоящего изобретения является создание искусственного рифа, благоприятного для заселения макрофитами и морскими организмами, простого в изготовлении, монтаже обслуживании и ремонте, не имеющего пространственного ограничения и выполняющего функцию волнолома.The present invention is the creation of an artificial reef, favorable for colonization by macrophytes and marine organisms, easy to manufacture, install maintenance and repair, not having spatial limitations and acting as a breakwater.

Новым техническим результатом изобретения является снижение материалоемкости, упрощение изготовления искусственного рифа, увеличение в нем количества положительных плоскостей, благоприятных для обрастания макрофитами, мидиями и др. моллюсками, являющимися биологическими фильтрами загрязнения водной среды при сохранении функции волнолома.A new technical result of the invention is to reduce the material consumption, simplify the manufacture of artificial reef, increase in it the number of positive planes favorable for fouling by macrophytes, mussels and other mollusks, which are biological filters of pollution of the aquatic environment while maintaining the function of the breakwater.

Указанный технический результат достигается тем, что искусственный риф выполнен в виде трехмерной пространственной структуры, состоящей из колонок и рядов из проницаемых для волн бетонных модулей, каждый из которых имеет четыре прямоугольные опоры для фиксации на массивном основании рифа, имеющего стационарное якорное зацепление с донным грунтом.The indicated technical result is achieved in that the artificial reef is made in the form of a three-dimensional spatial structure, consisting of columns and rows of concrete modules permeable to waves, each of which has four rectangular supports for fixing on a massive reef base having stationary anchor meshing with bottom soil.

Согласно изобретению проницаемый бетонный модуль выполнен в форме равносторонней четырехгранной усеченной пирамиды рамной конструкции, одна из четырех прямоугольных опор которой помещена в центральное перфорированное квадратное отверстие модуля основания, причем площадь сечения упомянутого квадратного отверстия равна площади отверстия верхнего сечения модуля рамной конструкции и имеет размер, обеспечивающий размещение в каждом квадратном отверстии одновременно до четырех опор, соседних в колонке и ряду модулей рамной конструкции, а модуль основания в нижней поверхности снабжен опорами для зацепления с донным грунтом.According to the invention, the permeable concrete module is made in the form of an equilateral tetrahedral truncated pyramid of the frame structure, one of the four rectangular supports of which is placed in the central perforated square hole of the base module, and the cross-sectional area of the said square hole is equal to the area of the upper section of the frame module and has a size that allows placement in each square hole there are simultaneously up to four supports adjacent in the column and a row of modules of the frame structure and, and the base module in the lower surface is equipped with supports for engaging with bottom soil.

Другое отличие состоит в том, что стационарное якорное зацепление рифа с донным грунтом содержит, по крайней мере, два якоря, соединенные с тросом, охватывающим искусственный риф в поперечном направлении к направлению движения волны с возможностью его натяжения винтовыми талрепами.Another difference is that the stationary anchor engagement of the reef with the bottom soil contains at least two anchors connected to a cable covering the artificial reef in the transverse direction to the direction of wave movement with the possibility of tensioning it with screw lanyards.

Выполнение модулей в форме усеченной пирамиды рамной конструкции с верхним отверстием, равным площади сечения перфорированного отверстия в центре модуля основания, позволяет снизить материалоемкость, упростить изготовление, монтаж и демонтаж искусственного рифа при установке, обслуживании и ремонте. Наличие практически всех положительных плоскостей в конструкции создает благоприятные условия для их обрастания макрофитами, мидиями и др. моллюсками, а также заселению рифа другими морскими обитателями. Возможность трехмерного варьирования размеров искусственного рифа позволяет изготовить его в соответствии с гидродинамическими условиями акватории и использовать для защиты береговой зоны и сооружений от эрозии, вызванной штормовыми волнами.The implementation of the modules in the form of a truncated pyramid of a frame structure with an upper hole equal to the cross-sectional area of the perforated hole in the center of the base module, reduces material consumption, simplifies the manufacture, installation and dismantling of an artificial reef during installation, maintenance and repair. The presence of almost all positive planes in the structure creates favorable conditions for their overgrowth by macrophytes, mussels and other mollusks, as well as the settlement of the reef with other marine inhabitants. The possibility of three-dimensional variation of the size of the artificial reef allows it to be made in accordance with the hydrodynamic conditions of the water area and used to protect the coastal zone and structures from erosion caused by storm waves.

Изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

на фиг.1 изображен рамный модуль искусственного рифа, вид сбоку, разрез по сечению А-А;figure 1 shows a frame module of an artificial reef, side view, a section along section AA;

на фиг.2 - рамный модуль, вид сверху;figure 2 - frame module, top view;

на фиг.3 - рамный модуль, вид спереди;figure 3 - frame module, front view;

на фиг.4 - рамный модуль, в аксонометрии;figure 4 - frame module, in a perspective view;

на фиг.5 изображен модуль основания искусственного рифа, вид сбоку, разрез по сечению А-А;figure 5 shows the base module of an artificial reef, side view, a section along section AA;

на фиг.6 - модуль основания рифа, вид сверху;figure 6 - module base of the reef, top view;

на фиг.7 - модуль основания рифа, вид сбоку;Fig.7 - module base of the reef, side view;

на фиг.8 - модуль основания рифа, в аксонометрии;on Fig - module base of the reef, in a perspective view;

на фиг.9 приведен сборочный чертеж искусственного рифа в разрезе по сечению А-А;figure 9 shows the assembly drawing of an artificial reef in the context of section AA;

на фиг.10 - сборочный чертеж искусственного рифа;figure 10 is an assembly drawing of an artificial reef;

на фиг.11 приведена аксонометрическая проекция искусственного рифа.11 shows a perspective view of an artificial reef.

Модуль искусственного рифа выполнен из железобетона в форме равносторонней четырехгранной усеченной пирамиды рамной конструкции 1 (фиг.1, 2, 3, 4), в вершинах основания которой имеются прямоугольные опоры 2. Площадь верхнего крепежного отверстия 3 в вершине усеченной пирамиды 1 соответствует площади поперечного сечения четырех прямоугольных опор 2 основания усеченной пирамиды 1 для обеспечения свободного входа (выхода) при монтаже следующих ярусов модулей или демонтаже конструкции рифа при обслуживании и ремонте. Модуль основания 4 рифа (фиг.5. 6, 7, 8) выполнен в виде массивной железобетонной плиты, в центре которой имеется перфорированное квадратное крепежное отверстие 5, сечение которого также, как и сечение 3 модуля рамной конструкции 1 соответствует сечению четырех прямоугольных опор 2 для построения первого яруса модулей 1 искусственного рифа любой заданной площади. В вершинах нижней поверхности плиты выполнены опоры 6 для фиксации модуля основания 4 в донном грунте.The artificial reef module is made of reinforced concrete in the form of an equilateral tetrahedral truncated pyramid of frame structure 1 (Figs. 1, 2, 3, 4), at the tops of which there are rectangular supports 2. The area of the upper mounting hole 3 at the top of the truncated pyramid 1 corresponds to the cross-sectional area four rectangular supports 2 of the base of the truncated pyramid 1 to ensure free entry (exit) during installation of the next tiers of modules or dismantling the reef structure during maintenance and repair. The base module 4 of the reef (Fig. 5, 6, 7, 8) is made in the form of a massive reinforced concrete slab, in the center of which there is a perforated square mounting hole 5, the cross section of which, like the section 3 of the module of the frame structure 1, corresponds to the cross section of four rectangular supports 2 to build the first tier of modules 1 of an artificial reef of any given area. At the tops of the bottom surface of the plate, supports 6 are made for fixing the base module 4 in the bottom soil.

Модули рамной конструкции 1 и модули основания 4 изготавливаются методом литья в металлическую форму с установкой арматуры до заливки ее бетоном. В сборе искусственный риф представляет собой трехмерную пространственную конструкцию из модулей рамной конструкции 1, установленных опорами 2 в отверстие 5 модулей основания 4, в которое могут быть помещены одновременно до четырех прямоугольных опор 2 соседних рядов модулей рамной конструкции. Для установки второго и последующих ярусов модулей рамной конструкции 1 последнее помещают опорой 2 в отверстие 3 предыдущего ряда и т.д. (фиг.9. 10, 11, 12) и удерживают под действием силы тяжести.Modules of the frame structure 1 and modules of the base 4 are made by casting in a metal mold with the installation of reinforcement before pouring it with concrete. Assembled, the artificial reef is a three-dimensional spatial structure of modules of the frame structure 1, installed by the supports 2 in the hole 5 of the modules of the base 4, in which up to four rectangular supports of 2 adjacent rows of modules of the frame structure can be placed simultaneously. To install the second and subsequent tiers of the modules of the frame structure 1, the latter is placed with the support 2 in the hole 3 of the previous row, etc. (Fig. 9. 10, 11, 12) and hold under the influence of gravity.

Для страховки от разрушения под действием штормовых волн искусственный риф (фиг.12) закреплен к донному грунту стационарными якорями 7 посредством троса 8, охватывающего в поперечном направлении искусственный риф с возможностью натяжения винтовыми талрепами 9.For insurance against destruction under the influence of storm waves, an artificial reef (Fig. 12) is fixed to the bottom soil with stationary anchors 7 by means of a cable 8, covering the artificial reef in the transverse direction with the possibility of tensioning with screw lanyards 9.

Волногасящие свойства искусственного рифа обеспечиваются при прохождении штормовых волн через проницаемую внутреннюю полость модулей рамной конструкции 1, разбиваясь на отдельные составляющие потоки минимальной интенсивности и ослабляясь у верхушки растянутой пологой стороне рифа, что препятствует выносу песка и других донных материалов от берега и способствует уменьшению эродирующего влияния волн на береговую зону и береговые сооружения.The wave-absorbing properties of the artificial reef are ensured by the passage of storm waves through the permeable internal cavity of the modules of the frame structure 1, breaking into separate component streams of minimal intensity and weakening at the apex of the stretched gentle side of the reef, which prevents the removal of sand and other bottom materials from the coast and helps to reduce the eroding effect of waves on the coastal zone and onshore facilities.

По сравнению с прототипом конструкция заявляемого искусственного рифа более проста в изготовлении, имеет низкую материалоемкость и, следовательно, меньшую стоимость, технологична при установке, обслуживании и ремонте, отличается прочностью и устойчивостью, экологической безопасностью используемых материалов, универсальностью вариантов укладки элементов, возможностью создания большого количества модификаций, что позволяет быстро адаптировать искусственный риф к меняющимся режимам акватории и изменению хозяйственного назначения.Compared with the prototype, the design of the inventive artificial reef is simpler to manufacture, has low material consumption and, therefore, lower cost, is technologically advanced during installation, maintenance and repair, is durable and resistant, environmental safety of the materials used, the versatility of the options for laying elements, the ability to create a large number modifications, which allows you to quickly adapt the artificial reef to changing water regimes and changes in economic purposes.

Подготовлена конструкторская и технологическая документация на изготовление модулей рифа. В конкретном примере выполнения размеры модуля рамной конструкции 1 составляют: для основания 500 мм Ч 500 мм при толщине материала ребер 100 мм и высоте 400 мм, и модуль основания имеет длину, ширину и высоту соответственно 500×500×100 мм. В соответствии с этим вес модуля рамной конструкции 1 составляет порядка 60 кг и вес модуля основания 4 - порядка 50 кг, что позволяет производить монтаж искусственного рифа из этих модулей силами двух человек. Планируется использование конструкции рифа в районе Азово-Черноморского водного бассейна для защиты от воздействия штормовых волн на пляже, нефтегазодобывающие платформы и трубопроводы, установленные на мелководье и очистке водной среды от возможных загрязнений.Design and technological documentation for the production of reef modules has been prepared. In a specific embodiment, the dimensions of the module of the frame structure 1 are: for the base 500 mm × 500 mm with the thickness of the ribs 100 mm and a height of 400 mm, and the base module has a length, width and height, respectively 500 × 500 × 100 mm In accordance with this, the weight of the frame module 1 is about 60 kg and the weight of the base module 4 is about 50 kg, which allows two people to install an artificial reef from these modules. It is planned to use the reef structure in the area of the Azov-Black Sea water basin to protect against the effects of storm waves on the beach, oil and gas platforms and pipelines installed in shallow water and to clean the water environment from possible pollution.

Источники информацииInformation sources

1. Патент WO 813190 (A1), US 4431337 (A1), GB 2089408 (A), BR 8108587 (A), пр. JP 1980 0062 460 U, 19800509.1. Patent WO 813190 (A1), US 4431337 (A1), GB 2089408 (A), BR 8108587 (A), JP JP 1980 0062 460 U, 19800509.

2. Патент US 2006 056914, МПК Е02В 3/06, дата публикации 2006.03.16.2. Patent US 2006 056914, IPC EV 3/06, publication date 2006.03.16.

3. WO 2005/068728 A1, 7 МПК Е02В 3/04, А01К 61/10, дата публикации 28.07.2005 - прототип.3. WO 2005/068728 A1, 7 IPC Е02В 3/04, А01К 61/10, publication date July 28, 2005 - prototype.

Claims

1. Искусственный риф, выполненный в виде трехмерной пространственной структуры, состоящей из колонок и рядов проницаемых для волн бетонных модулей, которые имеют четыре прямоугольные опоры для фиксации на массивном основании рифа, имеющего стационарное якорное зацепление с донным грунтом, отличающийся тем, что проницаемый бетонный модуль выполнен в форме равносторонней четырехгранной усеченной пирамиды рамной конструкции, одна из четырех прямоугольных опор которой помещена в центральное перфорированное квадратное отверстие модуля основания, причем площадь сечения упомянутого квадратного отверстия равна площади отверстия верхнего сечения модуля рамной конструкции и имеет размер, обеспечивающий размещение в каждом квадратном отверстии одновременно до четырех опор, соседних в колонке и ряду модулей рамной конструкции, а модуль основания на нижней поверхности снабжен опорами для зацепления с донным грунтом.1. An artificial reef made in the form of a three-dimensional spatial structure consisting of columns and rows of concrete modules permeable to waves, which have four rectangular supports for fixing on a massive reef base, which has stationary anchor meshing with bottom soil, characterized in that the permeable concrete module made in the form of an equilateral tetrahedral truncated pyramid of a frame structure, one of the four rectangular supports of which is placed in the central perforated square hole of the module o and, moreover, the cross-sectional area of the said square hole is equal to the hole area of the upper section of the frame module and is sized to accommodate up to four supports in each square hole adjacent to the column and row of frame modules, and the base module on the bottom surface is equipped with engagement supports with bottom soil.

2. Искусственный риф по п.1, отличающийся тем, что стационарное якорное зацепление рифа с донным грунтом содержит, по крайней мере, два якоря, соединенные с тросом, охватывающим искусственный риф в поперечном направлении к направлению движения волны с возможностью его натяжения винтовыми талрепами.2. The artificial reef according to claim 1, characterized in that the stationary anchor meshing of the reef with bottom soil contains at least two anchors connected to a cable covering the artificial reef in the transverse direction to the direction of wave movement with the possibility of its tension with screw lanyards.