Результат интеллектуальной деятельности: РЫБОВОДНЫЙ БАССЕЙН С РАССРЕДОТОЧЕННОЙ СИСТЕМОЙ ВОДНОГО ПИТАНИЯ

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для создания природоприближенных водно-воздушных условий и режимов в среде обитания рыб, необходимых для ведения рыбоводства и аквакультурного производства в искусственных рыбоводных бассейнах, устраиваемых при оросительно-обводнительных каналах.

В известных конструкциях водопадающих систем рыбоводных прудов, обеспечивающих необходимое качество воды в них, предусматривается создание проточности и интенсивного водообмена, на что расходуется значительное количество воды и других (энергетических, материальных, трудовых) ресурсов.

В определенной степени улучшению качества водной среды обитания гидробионтов (преимущественно рыб) при снижении уровня проточности и водообмена (т.е. расходов водных и других ресурсов, обеспечивающих процесс транзита воды) способствуют системы аэрации (аэрирования воды) в рыбоводных бассейнах. Применение искусственного аэрирования воды подачей в бассейны воздуха посредством компрессорных установок в определенной степени решает задачу, но требует значительных затрат на создание и эксплуатацию систем водоподачи и аэрирования.

Известна компактная рыбоводная установка замкнутого водообеспечения (RU 2487536, 20.07.2013), включающая соединенные между собой в замкнутый циркуляционный контур бассейны, водозаборные устройства и электронасос, систему аэрации и терморегуляции, блок уровней автоматики и датчик уровня воды.

Недостатком данного технического решения является сложность производства работ по выполнению рыбоводной установки, отсутствие в ней проточности и водообмена, необходимость в устройстве искусственной системы аэрации и терморегуляции, и как следствие - существенное снижение видов культивируемых в установке гидробионтов.

Известен грунтовый бассейн для молоди рыб (SU 97460, 1954), включающий применение питательного лотка и сливной трубы для подачи воды в литоральную зону, соединенную с котлованом бассейна. Для усиления аэрации и создания кругового потока воды в бассейне на дне питательного лотка закреплена система поперечных брусьев.

Недостатком вышеприведенного аналога является сложность производства работ по сооружению системы естественного аэрирования воды посредством выполнения сливных труб и питательного лотка, а также поперечных деревянных брусьев, которые в свою очередь являются не долговечными и подвержены гниению.

Известен рыбоводный комплекс (RU 2504150, 20.01.2014), состоящий из водоема с водозаборными и водосбросными каналами и выростных прудов, соединенных с водоемом-спутником, каналами, выполненными со съемными решетчатыми перегородками, либо снабженный одним-двумя спускными прудами для выращивания посадочного материала.

Недостатком данного рыбоводного комплекса является необходимость устройства распределительного канала, не предусматривающего комплексного использования его водно-ресурсного потенциала, а также отсутствие естественной проточности и водообмена в рыбоводном комплексе.

Наиболее близким техническим решением является приканальный бассейн для аквакультуры (RU 2646918, 12.03.2018), включающий водозаборный узел, состоящий из регулятора уровней и двухниточного водозаборного регулятора. При этом бассейн разделен перегородкой на две автономные секции с устроенными в перегородке регулируемыми водо- и рыбопропускными отверстиями.

Недостатком данного технического решения является отсутствие в нем аэрирования подаваемой в рыбоводный бассейн воды, что потребует для его функционирования установки искусственного аэрирования, с созданием необходимой проточности в приканальном рыбоводном бассейне.

Цель изобретения - обеспечение естественной аэрированной водой приканальных рыбоводных бассейнов.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - разработка рыбоводного бассейна с рассредоточенной системой водного питания, которая представляет собой водоподводяшую многоярусную галерею с постоянным и (или) переменным живым сечением и многосторонним выпуском струй воды в атмосферу из отверстий различного поперечного сечения (круглого и прямоугольного) с изменяющимся по длине галереи размером (диаметром) отверстий.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в создании водонаполняемого рыбоводного бассейна естественно-аэрированной водой, изымаемой из оросительно-обводнительного канала, и подаваемый в бассейн посредством рассредоточенной водоотводящей (водоподводящей) галереи через систему водовыпускных отверстий, обеспечивающих выпуск водных струй в слой атмосферы.

Технический результат достигается за счет создания близи оросительно-обводнительного канала с водовыпускным сооружением проточного рыбоводного бассейна с рассредоточенной системой водного питания, выполненной в виде водоподающей многоярусной галереи с переменным живым сечением и разносторонним выпуском струй воды из системы водовыпускных отверстий круглого сечения. Рассредоточенная система водного питания выполнена с дисковыми разбрызгивателями, расположенными над уровнем воды в бассейне под каждым отверстием, устроенным в стенках галереи. Водовыпускные отверстия выполнены с изменяющимся по длине галереи диаметром отверстий, а размеры поперечного сечения системы водного питания, расход воды, выпускаемой через водовыпускные отверстия одного участк, и средний диаметр отверстий определяют по расчетным зависимостям. Ложе и откосы бассейна оборудованы защитным противофильтрацион-ным и берегоукрепительным покрытием из геосинтетических материалов.

Изобретение поясняется следующими чертежами: фиг. 1 - План рыбоводного бассейна при оросительно-обводнительном канале; фиг. 2 - Разрез по продольной оси бассейна; фиг. 3 - Разрез по поперечной оси бассейна; фиг. 4 - Водоподводящая одноярусная галерея с постоянным живым сечением и односторонним выпуском воды из отверстий; фиг. 5 - Водоподводящая многоярусная галерея с постоянным живым сечением и односторонним выпуском воды из отверстий; фиг. 6 - Водоподводящая призматическая галерея с двухъярусным и односторонним выпуском воды из отверстий прямоугольного сечения; фиг. 7 - Водоподводящая призматическая галерея с одноярусным выпуском воды из отверстий и дисковыми разбрызгивателями.

Цифрами на чертежах обозначено: 1 - оросительно-обводнительный канал; 2 - проточный приканальный рыбоводный бассейн; 3 - рассредоточенная система водного питания (водоподающая галерея); 4 - водовыпускное отверстие; 5 - водовыпускной патрубок; 6 - дисковый разбрызгиватель (дефлектор); 7 - стойка; 8 - запорно-регулирующий элемент; 9 - водоспуск.

Рыбоводный бассейн с рассредоточенной системой водного питания (фиг. 1-3) выполнен следующим образом.

Вблизи оросительно-обводнительного канала 1 устроен проточный приканальный рыбоводный бассейн 2, выполненный с системой рассредоточенного водного питания 3, представляющей собой водоподводящую многоярусную галерею с переменным живым сечением и разносторонним выпуском струй воды из системы водовыпускных отверстий 4 круглого (или прямоугольного) сечения и изменяющегося по длине галереи диаметра водовыпускных отверстий 4. Рассредоточенная система водного питания 3 размещена над уровнем воды в бассейне 2 и устроена вдоль или поперек рыбоводного бассейна. Возможно устройство одной (обычно центрально-расположенной по поперечной или продольной оси бассейна) или нескольких продольных или поперечно-расположенных галерей, самостоятельно питаемых из оросительно-обводнительного канала 1. Возможен также вариант устройства системы галерей (с поперечным, продольным или комбинированным их расположением) и варианты периметрического расположения тупиковых (кольцевых) систем галерейного питания рыбоводных бассейнов. Водовыпускные отверстия 4 рассредоточенной системы водного питания 3 могут иметь различную форму поперечного сечения (круглую, прямоугольную или щелевую). Водоподающие галереи системы водного питания 3 могут выполняться односторонним и двухсторонним, боковым и торцевым, донным и поверхностным; одно-, двух- и трехъярусным расположением водовыпускных отверстий 4. Рассредоточенные системы водного питания 3 могут быть призматическими (с постоянным поперечным сечением) и непризматическими (т.е. с переменным по длине поперечным сечением).

Призматическая рассредоточенная система водного питания 3 с постоянным по длине поперечным сечением водного потока (с круглой формой водовыпускных отверстий), работает в напорном режиме со свободным выпуском воды из отверстий 4 в атмосферу (фиг. 4, 5).

Для улучшения дробления исходящих из водовыпускных отверстий 4 рассредоточенной системы водного питания 3 водных струй (для максимально-возможного насыщения их воздухом) она выполнена с закрепленными на ней водовыпускными патрубками 5 (различных размеров), с подвешенными к ним дисковыми разбрызгивателями (дефлекторами) 6, расположенными над уровнем воды в бассейне 2 под каждым отверстием 4, устроенным в стенках водоподающей галереи 3, и установленными на стойках 7 (фиг. 6, 7).

Аэрация на дисковых разбрызгивателях (дефлекторах) 6 осуществляется разделением моноструи на совокупность мелких струй, контактирующих с воздухом атмосферы, за счет чего и происходит естественной аэрирование подаваемой в проточный приканальный рыбоводный бассейн 2 воды.

Регулирование расхода, подаваемой в рассредоточенную систему водного питания 3 воды, осуществляется за счет запорно-регулирующего элемента 8, а сброс воды из рыбоводного бассейна производится посредством водоспуска 9.

Применение рыбоводного бассейна с рассредоточенной системой водного питания в виде водотраспортирующих (водоподающих) галерей позволит не только создать благоприятные условия для рыбоводства и аквакультурного производства в приканальных бассейнах, но и значительно улучшить естественное аэрирование подаваемой воды в бассейны из оросительно-обводнительных каналов. При использовании систем галерей отсутствует необходимость в применении компрессорных установок (и насосов) для напорной искусственной аэрации воды.

Расчет рассредоточенной системы водного питания рыбоводного бассейна осуществляется в нижеследующей последовательности.

1 Устанавливается расход воды, необходимый для обеспечения в бассейне заданного уровня водообмена, заданной скорости проточности и восполнения потерь воды из бассейна на проточность, испарение и фильтрацию - Q_г, м³/с.

2 С учетом принятого настоящего компоновочно-конструктивного решения приканального бассейна по рыбоводным, топографическим и хозяйственно-экономическим условиям, требованиям и ограничениям предварительно трассируется и размещается водопитающая галерея с плановой, вертикальной и гидравлической привязкой ее к оросительному каналу.

3 Принимается решение по конструкции распределительной системы водного питания (галерейной системы) и предварительно устанавливаются размеры ее поперечного сечения м²:

где Q_г - общий расход галереи (на участке до расположения отверстий), м/с;

υ_г - скорость напорного протекания водного потока по тракту галереи, м/с.

По полученному значению площади поперечного сечения принимается решение по галереи круглой, квадратной или прямоугольной формы.

4 Уточняется предварительно определенная площадь и принятые размеры поперечного сечения галереи по ее водопропускной способности с учетом перепада уровней на ней (ω_г)_z, м², по нижеследующему соотношению:

где μ_г - коэффициент расхода галереи, определяемый по зависимости:

Σξ_i- сумма коэффициентов сопротивления водному потоку (на входе, поворотах, затворе, по длине водоподводящей части галереи и на выходе из водопроводящего тракта в водораспределительную часть галереи);

ΔZ_г - перепад отметок уровня в обводнительном канале и галерее, м:

где Z_op/к - величина отметки уровня воды в обводнительном канале, м;

Z_о/г - отметка верха отверстия галереи заглубляемого под уровень воды, м.

5 Полученное значение площади живого сечения водного потока ω_г, м², сопоставляется с предварительно принятым и принимается окончательное решение по площади галереи ω_г форме и размерам ее поперечного сечения.

6 Предварительно принимаются размеры и расположение водовыпускных отверстий галереи, исходя из протяженности ее водопроводящей части и расхода воды, вытекающей из каждого отверстия. Исходя из имеющегося опыта, предварительно принимаются отверстия круглого сечения диаметром, равным d_отв=(0,05-0,1)ΔZ_г, с определенным шагом их размещения по длине галереи. Принимаемые размеры отверстий и их расход увязываются с общим расходом воды, подаваемым в рыбоводный бассейн, и с протяженностью водораспределительного тракта.

7 Предварительно принимаемые размеры d_отв, м³/с, и количество водовыпускных отверстий проверяются на водопропускную способность (по их размерам и перепаду уровней воды) с использованием зависимости вида:

где μ_отв - коэффициент расхода водоподающего (выпускного) отверстия;

d_отв - диаметр водовыпускных отверстий из галереи, мм.

При этом суммарный расход отверстий Σq_отв, м³/с, должен быть равным общему расходу воды, подаваемой в галерею:

где n_отв - количество водовыпускных отверстий в водоподающей галерее, шт.

8 случае неравенства значений Σq_отв и Q_г изменяют диаметр водовыпускных отверстий или шаг их размещения (т.е. количество отверстий), добиваясь приемлемого равенства сопоставляемых величин.

8 Осуществляется проверка равномерности распределения расходов истекающей из отверстий воды по всей длине водораспределительной части галереи проведением расчетов в нижеприведенной последовательности.

8.1 Рабочая часть водораспределительной галереи по конструктивно-принятой ее протяженности разбивается на несколько расчетных участков (например, включающих по десять (n_отв=10) водовыпускных отверстий).

8.2 Определяется расход, выпускаемой через водовыпускные отверстия одного участка, воды на каждом расчетном участке галереи - м³/с:

8.3 Устанавливается расход воды в галерее, поступающей на каждый рассматриваемый участок Q_i, м³/с, по нижеприведенным соотношениям:

где Q_вх - расход воды на входе в водопитающий бассейн галерею, м³/с.

8.4 Рассчитывается средний расход воды в галерее в пределах рассчитываемого (расчетного) участка м³/с, по нижеследующим зависимостям:

8.5 По величине м³/с, находится средняя скорость протекания водного потока в пределах рассматриваемого участка галереи м/с:

8.6 Определяется среднее число Рейнольдса для потока на рассматриваемом i-ом участке галереи по зависимости вида:

где - средний гидравлический радиус водопроводящей галерей, м:

где χ_г - смоченный периметр рассматриваемого участка галереи, м.

8.7 Определяется коэффициент трения на i-м участке галереи

где k_э - величина эквивалентной шероховатости поверхности галереи.

8.8 Устанавливается величина потерь напора на i-ом рассматриваемом участке водораспределительной галереи м, по нижеследующей зависимости:

8.9 Определяются величина среднего напора на i-ом (расчетном) участке галереи м, при свободном истечении воды из водовыпускных отверстий:

где - перепад воды на расчетном участке водоподающей галереи, м.

8.10 Рассчитывается средний диаметр отверстий в i-ом участке галереи обеспечивающий выпуск воды расходом q^ по зависимости вида:

При равенстве значений распределение выпускаемых расходов воды по длине галереи будет равномерным. В противном случае прибегают к устройству разноразмерных отверстий или изменяют их количество.