Способ повышения уровня воды в акватории, испытывающей недостаток притока воды, и устройство для его осуществления

( ф СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕ СПУЬЛИК 31544 А/00 02 И САНИЕ ИЗОБРЕТ К ПАТЕНТУ ите окру вышении обеспечекватории вышения(д фь ние водоетствии с ение во- оответстпримере ных водооды, пипоток 2,ной соГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Щавелев Д.С, Гидроэнергетические установки, Учебное пособие, Л.: Энергоиздат, 1981, с.19, рис,1 - 6.Аковецкий В,И, и др, Кара-Богаз-Гол вчера, сегодня, завтра. ЫЛЫМ, 1988, с.118. (54) СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ ВОДЪ В АКВАТОРИИ, ИСПЪТЫВАОЩЕЙ НЕДОСТАТОК ПРИТОКА ВОДЫ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: для предупреждения засоления водоема солями, прибывающими со стоком воды, питающим водоем, поддержания требуемой концентрации соли в воДоеме, выделения из водоема поступающей в него соли в виде насыщенного рассоИзобретение относится к защжающей природы.Цель изобретения состоит в изффективности способа за счетния вазможности поддержания висходной концентрации соли и ирыбных запасов.На фиг,1 приведено изображема после перестройки его в соотизобретением; на фиг.2 - изобрадоема после перестройки его ввии с расчетами в приведенномрасчета основного и вспомогательемов.Устройство содержит поток 1тающий водоем, до олнительныим :лций конценто:цию раствор ла. Сущность: устройство снабжено основным и дополнительным источниками воды, соединенными с основным водоемом акватории, и включает основные и вспомогательные водоемы, плотины, соединяющие водоемы, Для образования устройства акв- ториа перегораживают плотинами, разд- ляющими ее на каскадно расположенные и соединенные между собой один или два основных и несколько вспомогательных водоемов, после чего осуществляют мероприятия по соблюдению солевого баланса акватории основных водоемов, поддерживая в них определенную концентрацию соли. Соль, поступающую в акваторию с питающим потоком, извлекают в последнем водоеме вспомогательной группы в виде насыщенного рассола. 2 с,п. ф-.лы, 2 ил. ли, приблизительна равную концентрации соли исходного потока 1. Водоемы 3 и 4 Ы являются основными водоемами, каскадноа связанными между собой, с уровнем наполнения бассейна более высоким, чем у исходного водоема. 4 ьПлощадь зеркала водоема 3 и его водный баланс устанавливаются такими, чтобы в установившемся режиме функционирования концентрация растворенной в нем соли ссставляла некоторую среднюю величину в ( окрестности потоков поступающей воды и не превышала по всей площади исходную концен 1 рацию соли исходного водоема,Плоцадь зеркала воды основного водоема 4, также наполненного до уровня более высокого. чем у исходного водоема, и коли 1 ВЗ 1544чество сбрасываемой из него воды во вспомогательный водоем 5 устанавливаются такими, чтобы при установившемся водномбалансе данного водоема концентрация соли в нем не превышала средней исходной 5концентрации соли данного участка исходного водоема.Водоемы 5 - 7 являются вспомогательными. Они соединяются каскадно между собой и водоемами 3 и 4 и выполняют 10основную функцию по выделению из моряза год того количества соли, которое поступает в море за год с потоками 1 и 2, т. е,обеспечивают выполнение требования солевого баланса моря, 15Площадь зеркала воды каждого из водоемов 5-7 и количество сбрасываемой водыиз предыдущего водоема в последующийустанавливаются такими, чтобы при установившемся водном балансе этих водоемов 20последний водоем (7) содержал насыщенную концентрацию солей.По отношению к последнему водоему(7)применяют известные в галургии способыизвлечения соли из рассолов, обеспечивая 25таким образом выполнение требования солевого баланса моря.Рассмотрим динамику процессов изменения концентрации соли в водоемах, изображенных на фиг,1, при соблюдении 30требований водного и солевого балансов водоемов,Будем рассматривать водоем 3, а затемраспространим полученные результаты наостальные водоемы, так как эти последние 35в принципиальном отношении к происходящим в них процессам водного и солевогобаланса ничем не отличаются от водоема 3.Так как с потоками 1 и 2 соль поступаетсо средней концентрацией Кто в силу испарения воды с поверхности водоема 3средняя концентрация соли в нем возрастети станет равной К 1 (К 1Ко). Т.к, количествоводы, прибывающее за год со стоком потоков 1 и 2 с концентрацией соли Ко известно,то примем его равным Мо.в. При этом, количество соли, которая прибывает с потоками1 и 2 в концентрации Ко, будет равно:Мо,с. = Мо,в. х Ко х 106(1)где Мо.с. - масса прибывающей за год с 50потоками 1 и 2 соли, т;Мо.в. - масса воды, прибывающая за годс потоками 1 и 2, мкз,Ко - концентрация соли в воде, прибывающей с потоками 1 и 2, г/л; 5510 - коэффициент пропорционально 6сти.Если допустить, что то количество воды,которое испаряется с поверхности данноговодоема за год, оказывается меньше того количества воды, которое поступает в данный водоем за год с потоками 1 и 2, а дождив течение года не выпадают, и этот режимустановившийся, то для обеспечения требования солевого баланса необходимо, чтобыиз данного водоема извлекали столько соли,сколько ее прибывает за год со стоком потоков 1 и 2, Так как концентрация соли в водоеме составляет К 1, то для данного водоемасолевой и водный баланс можно выразитьуравнениемМо.с. = М 1 в х К 1 х 10 (2)где Мо.с. - масса прибывающей за год соли,т;К 1 - концентрация соли в водоеме, г/л;М 1, - масса воды, в которой содержитсясоль с массой Мо,скм;з.10 - коэффициент пропорционально 6сти.Для того, чтобы соль в водоеме не накапливалась (требование солевого баланса),из него за год необходимо сбрасывать водыв количестве, содержащем количество поступившей за год соли, т.еМв (3)К 1 10где М 18 - масса сбрасываемой из водоемаводы с массой соли Мо,с, при концентрациисоли в ней К 1, кмз.Подставляя в формулу (3) формулу (1)для Мо,с., получимМ 1 и=Мо,в.КоК 1(4)где Мо.в. - масса воды, прибывающая за годв водоем с потоками 1 и 2;Ко - концентрация соли в воде, прибывающей с потоками 1 и 2,Таким образом, для соблюдения солевого баланса в отношении данного водоема,содержащего воду с концентрацией соли К 1,из него за год надо изъятьМо.в.КоМ 1 в = км водыдЭти формулы справедливы в отношениивсех водоемов каскада при расчете водногои солевого баланса водоема, при этом длярасчета расхода воды для соблюдения солевого баланса последующего водоема начальными значениями потока поступающейводы и концентрации содержащейся в нейсоли будут вычисленные для предыдущеговодоема значения выходных характеристикМ 16 и К 1, т,е. входными значениями последующего водоема каскада являются выходные значения предыдущего водоемакаскада.Зная гидрологические характеристикиморя, можно точно сказать, какая часть водного баланса моря приходится на испаре 1831544(9)Таким образом, окончательно получаемК - К )Мо ( )К 1Мо,исп.в.где Я - та площадь, которую должен занимать водоем при поступлении в него за год Мо.в. воды с концентрацией растворенной в ней соли Ко, при этом концентрация соли в водоеме будет поддерживаться на уровне К 1. Из водоема при этом будет вытекать поток воды, расход которой за год будет содержать то количество соли, которое содержится в водепоступающей в данный водоем за год, км;Ко - концентрация соли в воде. которая поступает в данный водоем;К 1 - концентрация соли в воде. кот содержится в данном водоеме; орая ния с его поверхности, и при этом точнорассчитать площадь поверхности водоема,которую он должен иметь при соблюденииводного и солевого баланса.Предположим, что с единицы площади 5поверхности водоема в год испаряется масСа ВОДЫ, РаВНаЯ Мо,исп.вТОГДа СО ВСЕЙ ПОверхности водоема будет испаряться водыМисп.в. = Мо.исп.в. х Я, (5)где Мп,в, - масса воды. испаряющейся за 10год с поверхности данного водоема, км;Мо,исп.в. - масса воды, испаряющейся загод с единицы площади поверхности водоема, км /км;Я - площадь поверхности водоема, км, 152Так как для соблюдения водного баланса требуется, чтобыМисп.в, + М 1 в = Мо,в, (б)где Мисп,в, - масса воды, испаряющейся споверхности водоема за год, км; 20М 1 в - МаССа ВОДЫ, СбраСЫВаЕМая Из ВОдоема за год при удовлетворении требования солевого баланса, км ;Мо.в. - масса воды, поступающая в водоем за год с потоками 1 и 2, км,з25Из формул (5) и (6) находимМс,исп.в, х+ М 1 в = Мо,в, (7)Из данной формулы (7) находим, чтоплощадь водоема, при исходных значенияхводного и солевого баланса водоема и поддерживания в водоеме концентрации солиК 1, должна составлятьМо.в. - М 1 вброси.- 9 км Масса воды, в которой содержится поступающая за год в водоем соль, при концентрации соли в водоеме Квод,з = 0,01 по формуле (4) будет равна10,0 0,001 эМ 1 вод.з= 00 1 кмТаким образом, для соблюдения требования солевого баланса в отношении водоема 3, из него необходимо сбросить за год 1 кмз воды.Таким образом, масса воды, которая поступает в водоем 4 каскада (1-ый иэ 4-х водоемов вспомогательной группы) за год, составит 1 км, при концентрации соли в ней Мо.исп.в, - масса воды, которая испаряется с единицы площади водной поверхности данного водоема за год, км /км;Мо.в. - масса воды, которая поступает в водоем за год с потоками 1 и 2, км,Таким образом, с помощью формул 1-9 можно рассчитать площадь водной поверхности водоема из каскада водоемов и расход воды из данного водоема для соблюдения солевого баланса водоема и поддержания в нем требуемой концентра- ЦИИ СОЛИ.Способ реализуется следующим образом. "Приведем пример расчета параметров каскада водоемов, который состоит из одного основного водоема и четырех вспомогательных, построенных из исходного водоема. При этом полагаем, что исходный водоем имеет площадь 10 км 2, а входные потоки 1 и 2 в совокупности составляют приток в 10 км воды за год; концентрация солизво входном потоке воды составляет Ко,001; исходная концентрация соли в исходном водоеме составляет К 1 = 0,01.На фиг.2 представлен перестроенный водоем, В соответствии с условиями задачи изображенный на фиг.2 водоем 3 является основным, а водоемы 4-7 - вспомогательными.Предположим, что концентрация соли насыщенного состояния составляет Квас " 0,4,Предположим также, что за год с 1 км поверхности водоема испаряется 1 км воды,По формуле (9) рассчитаем площадь поверхности основного водоема иэ каскада в 5 водоемов, при этом концентрация соли в основном водоеме должна сохраняться постоянной и не должна превышать исходную концентрацию исходного водоема, равную Кисх. = 0,01.К =- 0,01. Эти параметры являются входными для водоема 4, т,е. М 1 вод.з = Мо вод.4, а К 1 вод.з = Ко вод.4.Примем концентрацию соли в водоемах вспомогательной группы (4 - 7) из того расче та, что концентрация соли в последующем водоеме от конца цепочки водоемов будет равномерно убывать в два раза.Т.к, в последнем 7-м водоеме содержится вода с насыщенной концентрацией соли 10 равной Кнас. = 0,4, то в соответствии с принятым допущением концентрация соли в водоеме 6 составит величинУ Квод,б =. 0,2 Квод,5 = 0,1 для водоема 5, Квод.4 = 0,05 для водоема 4. 15По формуле (4) для водоемов 4 - 7 рассчитаем значение М 1 в,Принимая во внимание то обстоятельство, что Мо вод. для последующего водоема каскада равно М 1 в для предыдущего водо ема каскада, а Ко для последующего водоема каскада - это К 1 для предыдущего, по формуле (4) будет иметь001 10 зМ "вод.4 = 0 05= 0,2 км = Мо вод,50,05 0,2 зМ 1 вод.5 О 0,1 км = Мо вод,б0,1 0,1 зМ 1 вод.б = - О 20 05 км = Мо вод,7 Теперь по формуле (7) вычисляем пло щади всех четырех вспомогательных водоемов каскада 0,05 - О,01) 1ъвод.4,0,8 км 0,1 - 0,05 0,2 - 0 1 0,05 км,б -Ввод.7 Ф Расчеты показ 3 для сохранения в не превышающей условиях, должен воды, равной 9 км тельный водоем 4 Вспомогательн жании соли в конце иметь площадь зер и из него во вспом жно сбрасываться Вспомогательн жании соли с конце иметь площадь зе км 2, и из него во вс должно сбрасыват Вспомогатель жании соли с конце40 али, что основной в нем концентрации Кз = 0,01 при зад иметь площадь зе , и из него во всп должно сбрасыва одоемсоли,анныхркалаомогаться 1 ый водоем 4 при содернтрации К 4=0,05 должен кала воды равной 0,8 км, 52 огательный водоем 5 дол 0,2 кмз воды в год.ый водоем 5 при содернтрацией К 5=0,1 должен ркала воды, равной 0,1 5помогательный водоем 6 ься 0,1 км воды в год.3ный водоем 6 при содернтрацией Кб = 0,2 должен иметь площадь зеркала воды, равную 0,05 км, и из него во вспомогательный водоем 7 должно сбрасываться 0,05 км воды в год,Вспомогательный водоем 7, последний в каскаде, содержит воду с насыщенной концентрацией соли К 7 = 0,4, при этом он не должен занимать площадь, равную 0,025 кмДля окончательного выделения соли из насыщенного рассола по отношению к водоему 7 применяют известные в галургии способы выделения соли.Все водоемы каскада участвуют в хозяйственной деятельности, при этом основному водоему не грозит засоление, так как в нем концентрация соли поддерживается постоянной на уровне К = 0,01 ввиду выполнения требования солевого баланса, а во вспомогательной группе водоемов с учетом выполнения требования солевого баланса происходит выделение соли, которое поступило в основной водоем за год со стоком потоков 1 и 2. Непригодным для хозяйственной деятельности может оказаться водоем 6 в силу того, что рыбу в нем разводить может оказаться невозможным из-за высокой концентрации соли. В водоеме 7 организуется получение побочного продукта эксплуатации каскада водоемов - соли - сырья для химической промышленности. Извлекаемая из водоема соль теперь уже не распространяется в прилегающей территории, не оказывая отрицательного воздействия на окружающую среду.Приведенные расчеты дают полное представление о том, какие работы необходимо провести для того, чтобы при поступлении потока воды в водоем, испытывающий нехватку воды, данный водоем избежал засоления, и его экологическая обстановка была благоприятной для обитания всех аидов животных и человека,В результате проведенных мероприятий можно за счет дополнительного потока воды поднять уровень воды водоема до требуемой отметки, и при этом использовать весь экономический потенциал водоема в хозяйственной деятельности, избегая опасности засоления водоема, создавая наиболее благоприятную среду для обитания в самом водоеме и его окрестности,В результате проведенных мероприятий будет постоянно улучшаться экологическая обстановка на прилегающих землях, так как растворяющиеся в дождевой воде соли при выпадении Осадков будут. стекая в лоре, в силу его технологического режима эксплуатации, выделяться в кристаллическом виде из водоема 7, 1831544Экономический эффект от внедрения изобретения при его применении в отношении Аральского моря равен тем экономическим доходам, которые имели место здесь лет 70 назад, когда еще не были зарегулиро ваны реки, питавшие его своей водой, и даже превысит их в результате использования прилегающих земель, которые подвергнутся облагораживанию.В случае применения изобретения в от ношении Каспийского моря экономический эффект от его внедрения составит сумму финансовых средств, в которую войдут средства, которые придется затратить для восстановления экологической среды, когда 15 Каспий, как сейчас Арал, превратится в мертвое море (это в несколько раз больше тех нескольких миллиардов рублей (в ценах 1990-го года), которые теперь требуется затратить на то, чтобы восстановить экологи ческую обстановку вокруг Арала и на нем самом), средства от сокращения зкономической деятельности, когда на Каспии наступит экологическая катастрофа, подобная аральской, средства от усиления хозяйст венной деятельности из-за улучшения экологической обстановки до уровня той, которая здесь наблюдалась в лучшие годы.Применение изобретения в отношении других озер, подверженных засолению, как 30 например Балхаш и дрпозволит вовлечь в хозяйственный оборот множество дополнительных хозяйственных и природных ресурсов, которые в настоящее время не используются из-за неблагоприятной эко логической обстановки, которая сложилась в этих местностях.Таким образом можно утверждать, что в результате внедрения данного изобретения, экономический эффект от влияния раз личных аспектов его проявления составит не менее 10 миллиардов рублей при относительно небольших затратах (не более 100 млн. руб,) при его внедрении (все в ценах 1990 года). 45Формула изобретения1, Способ повышения уровня воды в акватории, испытывающей недостаток притока воды, заключающийся в том. что к акватории подводят дополнительный источник воды с концентрацией соли, не превышающей концентрацию соли питающего ее потока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности способа за счет обеспечения возможности поддержания в акватории исходной концентрации соли и повышения рыбных запасов, акваторию перегораживают плотинами,. разделяющими ее на каскадно расположенные и соединенные между собой один или два основных водоема и несколько вспомогательных водоемов, после чего осуществляют мероприятия по соблюдению солевого баланса акватории, при этом при установившемся после возведения плотин водном балансе основных водоемов, в них поддерживают концентрацию соли в пределах, не превышающих исходную концентрацию соли в акватории, а при установившемся после возведения плотин водном балансе вспомогательных водоемов, в последнем вспомогательном водоеме каскада поддерживают насыщенный солями рассол. 2. Устоойство для повышения уровня воды в акватории, испытывающей недостаток притока воды, включающее плотину, отделяющую от акватории основной водоем с подпитывающим акваторию источником воды, о т л и ч а ю щ е е с я .тем, что оно снабжено дополнительным источником воды, соединенным с основным водоемом акватории и имеющим концентрацию соли, не превышающую концентрацию соли воды подпитывающего акваторию источника, и дополнительными гравитационными плотинами, расположенными в отделенной части акватории, при этом все плотины размещены в акватории с образованием каскадно расположенных относительно друг друга одного или двух основных водоемов в нескольких вспомогательных водоемов, причем образованные водоемы последовательно соединены между собой через водостоки.1831544 ль В, Щульдишов1 Лоргентал Корректор С. Патруоел едактор аказ 2543 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изобретен 113035,ГЛосква,Ж, Раушскалм при Г ЕН 1 СССР Производственно-издательский комбинат "Патег оста ехре Подписноям и огкрынао., 1/5