Цунами-гаситель



Цунами-гаситель
Цунами-гаситель

 


Владельцы патента RU 2524814:

Ясаков Николай Васильевич (RU)

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, в частности к устройствам защиты от воздействия на побережья разрушительных волн, и может быть использовано для ослабления волн цунами с эффективностью, находящейся в прямой зависимости от их интенсивности. Цунами-гаситель состоит из расположенного на морском дне блока каналов 1 в виде, например, пакетов труб большого диаметра. Со стороны моря к торцу блока каналов 1 примыкают сжимающие дефлекторы 2, верхний из которых усилен ребрами жесткости 3, а нижний опирается на донное основание, предварительно спрофилированное и упрочненное против размыва, и оснащен анкерными креплениями. К другому торцу блока, со стороны берега, примыкает реверсирующий дефлектор 4, имеющий желобчатую форму и усиленный опорными конструкциями 5 с анкерными креплениями. Гашение волн цунами осуществляется воздействием на них мощным встречным гидравлическим потоком, сформированным на их пути заявленным устройством, что и сводит к минимуму их разрушительную энергию. Использование таких цунами-гасителей позволит, к тому же, сохранить естественные условия для экосистем прибрежной зоны и ее природный ландшафт. 2 ил.

 

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, в частности к устройствам защиты от воздействия на побережья разрушительных волн, и может быть использовано для ослабления волн цунами с эффективностью, находящейся в прямой зависимости от их интенсивности.

Цунами является одним из самых разрушительных природных явлений: масштабы причиняемых бедствий и численность человеческих жертв не только страшны сами по себе, но подобные явления своей потенциальной опасностью создают постоянную тревогу у населения очень многих прибрежных регионов мира, особенно если в опасной зоне расположены другие угрожающие катастрофами объекты, как, например, АЭС.

Сила самых разрушительных цунами-волн настолько велика, что во многих весьма авторитетных источниках информации утверждается невозможность эффективной защиты от них. И к этому можно отнестись с пониманием.

В то же время с учетом, с одной стороны, должной ответственности мирового сообщества за судьбу населения потенциально опасных территорий, с другой стороны, - великих технических, экономических и интеллектуальных возможностей современной цивилизации представляется бесспорной необходимость приложения всех усилий на поиск и самое широкое практическое использование реальных технических решений для надежной защиты таких территорий от природных и техногенных катастроф. И такие попытки предпринимаются.

Известны предлагаемые конструкции сооружений для ослабления волн, в т.ч. и цунами, в виде прибрежных и береговых дамб, пневматических волноломов, прибрежных систем с деформируемыми объемами в виде предметов из пористых материалов либо газовых баллонов с эластичными стенками (патент РФ №2147060, 2006 г.), а также комплексов для гашения энергии волн с их отражением фронтальными пластинами на треугольных опорных конструкциях (патенты US 4818141 А, 1989 г. и РФ №2147641, 1998 г.). Все эти устройства пригодны для защиты от обычных ветровых волн и зыби, когда их скорость и ударная сила не превосходят определенных критических значений. Для цунами с несоизмеримой разрушительной силой эффективность такой защиты явно не достаточна. Более того, целостность самих сооружений при воздействии таких волн не гарантирована.

Известно устройство для уменьшения разрушительного действия цунами (патент РФ №2310708, 2005 г.), принятое за прототип заявляемого изобретения.

Данное устройство включает в себя береговое сооружение в виде насыпей, внутри которых выполнены туннели с-образной формы, входными и выходными отверстиями ориентированные перпендикулярно в сторону береговой линии, причем длина нижних туннелей и их сечения превышают соответствующие параметры верхних частей, нижняя часть туннелей расположена на уровне моря, а верхняя возвышается над ним, при этом кривизна формы туннеля обеспечивает поворот вектора скорости входящего в его нижнюю часть потока на 180° при выходе потока через верхнюю часть туннеля.

Следует отметить, что сама ключевая идея использования энергии волн для их же разрушения является очень ценной и, вероятно, самой плодотворной в решении рассматриваемой проблемы: она, например, положена в основу конструкции пневмогидравлического энергонезависимого волнолома (патент РФ №2461681, 2012 г.) Оптимальным вариантом было бы сооружение, способное изменять направление хода опасных волн в противоположную сторону, но это, конечно же, не реально, во всяком случае для мощных волн цунами.

Принятое за прототип устройство имеет, однако, ряд недостатков, препятствующих его практическому использованию.

Во-первых, размещение защитных сооружений на берегу резко снижает эффективность их работы, когда вся энергия цунами уже перешла в энергию поверхностной волны, подняв ее на высоту, во много раз превосходящую высоту самих сооружений. При этом, чтобы обеспечить гасящему основную волну потоку необходимое опережение, пришлось бы размеры туннелей и насыпей выполнить очень большими, что помимо крупных затрат потребует застроить ими обширные драгоценные площади морских побережий, навсегда испортив к тому же их природный ландшафт.

Во-вторых, соотношение площадей поперечного сечения туннелей и размера всего фронта защитных сооружений не обеспечивает необходимую относительную величину гасящего потока и, следовательно, основная ударная мощь волны сохранится, к тому же последняя способна разрушить и саму обычную насыпь при ее, естественно, слабой конструкции.

В-третьих, наличие разрывов между насыпями позволит сконцентрированным в них потокам обрушиться всей мощью на защищаемые объекты, по пути размывая боковые поверхности насыпей, а сносимые потоком фрагменты защитных сооружений усилят разрушительный потенциал цунами.

Основной задачей заявляемого изобретения является создание надежного защитного устройства от волн цунами, в котором указанные выше недостатки отсутствуют.

При решении этой задачи, сохраняя принцип гашения волн их же энергией, использованы новые подходы исходя из специфики распространения волн цунами на морском шельфе. С учетом отличия их динамики от поведения обычных волн найдены адекватные способы их разрушения, позволившие создать эффективный цунами-гаситель, имеющий каналы для ускорения гасящего потока и устройство для его реверса, отличающийся тем, что он согласно изобретению создан в подводном исполнении, оснащен сжимающими поток дефлекторами, его каналы выполнены с плотным их расположением, например, в виде пакетов труб большого диаметра, а реверсирующее устройство выполнено в виде открытого дефлектора.

Размещение устройства на заглубленном склоне дна, где начинают свой подъем опасные волны цунами, позволяет отобрать и использовать энергию «придонной» части ударной волны, сконцентрированной в толще воды шельфовой зоны.

Наличие сжимающих дефлекторов увеличивает размер захватываемого фронта волны и за счет концентрации потока наращивает его скорость, а следовательно, и энергию. Сохранению возросшей энергии способствуют очень малое лобовое сопротивление торцов каналов и создаваемое их стенками препятствие от ее рассеяния в окружающее пространство, в то время как значительная доля энергии остальной части ударной волны диссипирует на образование вихрей за дефлекторами и подъем поверхностной волны.

Открытый реверсирующий дефлектор образует за каналами общий мощный поток, направляя его навстречу прямой ударной волне.

Устройство цунами-гасителя поясняется чертежами: на фиг.1 показано его продольное сечение, на фиг.2 - схематический вид зоны гашения цунами.

Цунами-гаситель состоит из расположенного на морском дне блока каналов 1, при этом в случае его выполнения в виде пакета круглых труб каналами являются как их внутреннее, так и внешнее - межтрубное - пространство. Со стороны моря к торцу блока каналов 1 примыкают сжимающие дефлекторы 2, верхний усилен ребрами жесткости 3, нижний опирается на донное основание, предварительно спрофилированное с его упрочнением против размыва, внешняя кромка этого дефлектора имеет анкерные крепления. К другому торцу блока - со стороны берега - примыкает реверсирующий дефлектор 4, имеющий желобчатую форму и усиленный опорными конструкциями 5 с анкерными креплениями.

Работа цунами-гасителя иллюстрируется на схематическом виде (фиг.2).

Основная энергия цунами, даже в глубоководной зоне, сосредоточена в приповерхностной толще воды (см. Кафтанов Ю.В. Специальные функции математической физики, § 2. Математическая модель, описывающая поведение цунами, с.44, § 5. Модель распространения волн цунами, с.107. Издательство: X. «Новое слово», 2009). На подходе к шельфу вся она, за исключением потерь, связанных с перемещением водной массы, концентрируется при прохождении над шельфовом склоном дна и мощным фронтом передается на мелководье. В обычных естественных условиях именно здесь поднимается гигантская волна, стремительно накатывающаяся на побережье. И чем короче путь до берега, тем с большей силой она обрушивается на него.

Если же на границе мелководья установить предлагаемый цунами-гаситель, то весь фронт волны, достигнув его, разрежется на две зоны: нижняя, дополнительно сжимаясь дефлекторами 2, сформирует ускоренный поток через каналы 1, который с необходимым опережением достигнет реверсирующего дефлектора 4 и повернет навстречу потоку верхней зоны фронта волны. Над местом встречи этих двух сопоставимых по мощности потоков поднимется громадная водная стена, которая, однако, обладая незначительной горизонтальной скоростью, сразу же разрушится, образуя две вторичные волны (они показаны штрихпунктиром): одна из них пойдет в сторону открытого моря, навстречу волнам цунами, вторая направится к берегу. Но это уже будет обычная поверхностная волна с умеренными, не сопоставимыми с параметрами цунами-волны размерами и скоростью перемещения по мелководью. При необходимости, на ее пути можно предусмотреть дополнительные известные волноломы, например выше упомянутые пневмогидравлические (патент РФ №2461681, 2012 г.), которые к тому же надежно защитят берег и от обычной волновой эрозии.

Необходимо особо отметить, что при выше описанной встрече фронтов нижний слой прямого потока (на фиг.2 показан утолщенными стрелками), не сталкиваясь с гасящим, что обеспечено более развернутой конструкцией дефлектора 4, дойдет до последнего, повернется им в противоположную сторону и по каналам 1 уйдет в сторону моря. Этот эффект дополнительно уменьшит прямой удар цунами и даже в некоторой степени ослабит очередную волну.

Ребра жесткости 3 и опорные конструкции 5, которыми в расчете на воздействия большой ударной силы снабжены дефлекторы 2 и 4 заявляемого устройства, примут на себя опасные механические нагрузки. При необходимости оба сжимающих дефлектора 2 могут быть усилены дополнительными взаимными связями. Контактирующие с морской средой поверхности должны быть защищены от коррозии и обрастания.

Конструкция цунами-гасителя, по мнению автора, является универсальной: для удобства проектирования таких сооружений с привязкой к конкретной местности и их промышленного изготовления они могут быть разработаны и представлены определенным размерным рядом.

Создание и установка предлагаемых цунами-гасителей, конечно же, связаны с большими затратами, но поставленная цель оправдывает эти затраты, которые едва ли сопоставимы с потенциальным ущербом от воздействия цунами, не говоря уже о возможных человеческих потерях. И эта цель достижима, так как подобные сооружения способны свести к минимуму опасность этой практически непредсказуемой природной стихии, сохранив при этом естественный природный ландшафт и условия для экосистем прибрежной зоны.

Цунами-гаситель, имеющий каналы для ускорения гасящего потока и устройство для его реверса, отличающийся тем, что он, созданный в подводном исполнении, оснащен сжимающими поток дефлекторами, его каналы выполнены с плотным их расположением в виде, например, пакетов труб большого диаметра, а реверсирующее устройство выполнено в виде открытого дефлектора.



 

Похожие патенты:

Способ защиты от волнового воздействия одиночного гидротехнического сооружения заключается в том, что набегающие на гидротехническое сооружение волны разводят по обе стороны вокруг сооружения путем создания расходящихся в обе стороны поперек направления волн горизонтальных приповерхностных течений, формирующихся плоскосимметричным всплывающим газожидкостным потоком, который создают в водной среде под набегающими волнами.

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, в частности к строительству берегозащитных сооружений. Способ заключается в использовании устройства для предотвращения размыва береговой кромки.

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и предназначено для защиты берегов и восстановления прибрежных ландшафтов рек. .

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может использоваться для защиты населенных прибрежных территорий морей и океанов от ударного разрушительного воздействия волн цунами.

Изобретение относится к области гидротехники и может быть использовано для защиты поселений и различных сооружений на морских берегах от действия цунами, наводнений, штормов и ураганов в районах, подверженных указанным природным катаклизмам.

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям и может быть использовано при защите песчаных пляжей от размыва прибойными волнами. .

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при стабилизации склонов, подверженных воздействию подземных вод. .

Изобретение относится к войсковым оборонительным сооружениям и может использоваться в качестве ограждающих конструкций, применяемых при фортификационном оборудовании позиций и районов расположения войск, а также при строительстве различных защитных сооружений и заграждений, при строительстве гидротехнических сооружений и усилении откосов дорог.

Изобретение относится к строительству гидротехнических сооружений, используемых при ирригационных работах, благоустройстве рек, укреплении и защите склонов, возведении подпорных стен.

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям и может быть использовано при защите песчаных пляжей от размыва прибойными волнами. .

Предлагаемое изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано в качестве берегозащитного сооружения для предотвращения размывов морских берегов. Модульная берегозащитная конструкция состоит из сквозных волноломов, расположенных в водоеме в шахматном порядке. Каждый волнолом имеет четыре стойки в форме прямоугольных треугольников, вершины углов которых жестко соединены между собой тремя перемычками с образованием каркаса. Грань каркаса, образованная гипотенузами треугольников, установлена на морском дне. Грань каркаса, образующая отражательную поверхность, составляет угол 20 - 35° по отношению к дну. На отражательной поверхности, с интервалом и параллельно перемычкам, жестко закреплены нижние кромки направляющих. Каждая направляющая имеет вогнутую поверхность, в сечении представляющую полукруг. При этом внутренняя полость направляющих направлена в сторону набегающей волны, а образованная направляющими ребристая поверхность имеет проемы между соседними ребрами. Обеспечивается высокоэффективное гашение энергии волн и снижение волновой нагрузки на защищаемые берега. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к защитной системе, в частности к защитной системе, предназначенной для сохранения и восстановления береговой линии. Защитная система (1) содержит габион, имеющий противоположные боковые стены (13, 15), соединенные между собой через определенные интервалы по длине габиона несколькими разделительными стенками (7, 9), причем промежутки между соседними парами разделительных стенок (7, 9) ограничивают вместе с боковыми стенками по меньшей мере один отдельный отсек (7) габиона. По меньшей мере один отдельный отсек габиона ограничен соответствующими противоположными боковыми стенками или противоположными участками боковых стенок в соответствующих противоположных боковых стенках. Разделительные стенки шарнирно соединены с боковыми стенками, а отдельный отсек габиона проходит оттуда в наружном направлении с по меньшей мере частичным схождением панелей открытого каркаса (21), образующих в целом или частично выступающий вперед отсек (5) габиона. Способ сохранения или восстановления береговой линии содержит следующие операции, включающие создание вышеуказанной защитной системы; по меньшей мере частичное заполнение по меньшей мере одного отсека заполняющим материалом, предпочтительно песком, камнями и/или растительностью; по меньшей мере частичное заполнение выступающего вперед отсека устричными раковинами и осуществление по меньшей мере частичной облицовки береговой линии защитной системой. Защитную систему применяют для изменения направленности волновой энергии, в особенности морской волновой энергии, для сохранения береговой линии, а также для восстановления береговой линии. 5 н. и 31 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к берегоукрепительным сооружениям. Способ защиты берегов рек на предгорных участках заключается в том, что вначале горизонтально укладывают железобетонные балки 4, к концам которых со стороны реки крепят тетраэдры 5, скелет которых представляет собой только ребра конструкции. После чего укладывают габионы 1, причем камень, уложенный в габионные ящики, выступает из ячеек сетки на 3-4 см. Обеспечивается защита габионной конструкции от абразива при повышенных скоростях потока и увеличенной концентрации абразива. Повышается надежность берегоукрепительных работ. 2 ил.

Изобретение относится к гидротехническому строительству. Сооружение в форме призмы с полигональным напорным и низовым откосом собирают из распорных трубок вдоль всего берега реки. Закрепление распорных трубок осуществляют хомутами вокруг поперечной арматуры с образованием узлов. Под каркасом сооружения на подготовленный грунт основания уложен водонепроницаемый материал. С напорной стороны на полигональный откос уложена и закреплена водонепроницаемая ткань с образованием удлиненного понура. Длина водонепроницаемого участка L будет L≥СН, где L - длина развернутого подземного контура, при которой отсутствуют фильтрационные деформации; С - коэффициент Бляя - величина обратная градиенту; Н - действующий напор. Каркас сооружения закреплен к грунту основания анкерами. Диаметры распорных трубок 30-100 мм. Конструкция обладает повышенной устойчивостью сооружения на сдвиг, снижает фильтрацию, увеличивает длину пути фильтрации и предотвращает возможные фильтрационные деформации. Повышается долговечность и обеспечивается возможность использования противопаводкового сооружения много раз. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к комплексам мероприятий, направленных на повышение экологической ситуации водных и прибрежных зон. Осуществляют комплекс изысканий - маршрутное обследование участка русла, инженерно-геодезические, геологические, морфологические, гидрологические и почвенно-экологические изыскания. Устанавливают историческую естественную береговую линию реки путем разделения русла на поперечные створы. Определяют глубину донных отложений посредством проб. Пробы берут в каждом створе через равные расстояния. По полученным результатам строят план карту. Сопоставляя гидрологические и геодезические изыскания, строят поперечные профили, на которых отображают уклон берегового ландшафта и уровень подтопления. Определяют глубину расчистки русла по формуле: где hp - глубина расчистки русла по фарватеру; bе - ширина восстановленного, естественного русла; Δh - уровень подтопления; i - уклон берегового ландшафта к урезу воды. Отмечают глубину на поперечных профилях. Формируют дно реки с учетом естественной береговой линии. В качестве механизма для удаления и транспортировки донных отложений используют земснаряд. Обеспечивается повышение эффективности защиты береговых зон. 3 ил.

Создающий затухание элемент, состоящий из верхней части, узкой части и опорной части. Указанные части образуют бетонный блок. Площадь сечения верхней части, по меньшей мере, на 10% меньше, чем опорной части. Опорная часть представляет собой многогранник, а узкая часть имеет, по существу, сечение меньше верхней части. Узкие части смежных, создающих затухание элементов образуют непрерывный канал, который соединяется через верхние части. Создающие затухание элементы содержат две части создающего затухание элемента, установленные вплотную друг к другу, которые вместе образуют создающий затухание элемент и разделены, по существу, по плоской поверхности. Таким образом, может быть создано гидротехническое сооружение, стена глушения звука и т.п. Такие создающие затухание элементы можно производить очень простым способом с делением их по вертикали и изготовлением каждой из вертикальных частей из бетона в форме для литья. 4 н. и 24 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области гидротехнических сооружений для защиты объектов строительства и для защиты песка или грунта от воздействия неблагоприятных условий окружающей среды. Геотекстильный контейнер (200) включает в себя мешкообразный корпус (24), который определяет наполнительное пространство. Мешкообразный корпус (24) состоит из основной ткани (20) и защитной ткани (30). Основная ткань (20) имеет периферийную кромку (23). Защитная ткань (30) имеет периферийную кромку (33), которая соединена с периферийной кромкой основной ткани (23). Защитная ткань (30) включает в себя множество соединенных между собой отсеков (31), окруженных периферийной кромкой защитной ткани (33). Отсеки (31) уложены над указанным наполнительным пространством. Повышается износостойкость контейнера. 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к гидротехнике и предназначено преимущественно для крепления откосов морских волнозащитных сооружений. Защитное волногасящее покрытие откоса 1 морского гидротехнического сооружения включает блоки, уложенные в два слоя - верхний слой 4 и нижний слой 5. Блок содержит заполняемую бетоном гибкую оболочку со сквозными отверстиями, снабженную штуцерами для подачи внутрь нее бетонной смеси. Блоки размещены на откосе 1 так, что отверстия в блоках одного слоя частично совмещены с отверстиями в блоках другого слоя. Создается конструкция защитного покрытия откосов морских гидротехнических сооружений, которая обеспечивает исключение необходимости полигонов и складских площадей для изготовления и хранения бетонных блоков, а также позволяет исключить использование плавучих средств. 7 ил.
Наверх