Документ описывает изобретение, относящееся к гидротехническому строительству, которое предлагает новый способ очистки русел рек и каналов от наносов с использованием устройства, оптимизирующего скорость течения воды. Целью изобретения является повышение эффективности процесса очистки, снижение затрат и обеспечение возможности одновременного сбора камня. Документ также рассматривает недостатки существующих решений и предлагает инновационные подходы для улучшения очистки и углубления русел рек.

1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29623
(51) E02B 3/02 (2006.01)
E02B 15/00 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2014/0223.1
(22) 27.02.2014
(45) 16.03.2015, бюл. №3
(72) Сальников Виталий Григорьевич; Халидуллин
Олег Ханышевич; Дускаев Касым Коянбаевич
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Казахский
национальный университет им. аль-Фараби"
Министерства образования и науки Республики
Казахстан
(56) Инновационный патент РК №22367, 15.03.2010
(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТ НАНОСОВ И
УГЛУБЛЕНИЯ РУСЕЛ РЕК И УСТРОЙСТВО
ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(57) Изобретение относится к гидротехническому
строительству и может быть использовано для
очистки русел рек, каналов от наносов.
Задачей изобретения является расширение
арсенала используемых средств для очистки от
наносов и углубления русел рек, разработка способа
и создание устройства, использующего скорость
течения реки наиболее оптимальным образом.
Техническим результатом предлагаемого
способа является упрощение и оптимизация одного
из существующих способов очистки русел рек и
каналов, повышение его функциональности.
(19)KZ(13)A4(11)29623

2. 29623
2
Изобретение относится к гидротехническому
строительству и может быть использовано для
очистки русел рек, каналов от наносов.
Известен способ очистки каналов устройством
для очистки (Ламердонов З.Г., Хужоков К.С.,
Степанов П.М., Докучаев В.В. «Устройство для
очистки каналов с бетонной облицовкой от
наносов», Авт. свидетельство SU №1781383, МПК
Е02В 15/00, опубл. 15.12.1992 г., бюлл. №46).
Устройство для очистки каналов от наносов
включает раму с ходовым механизмом и подпорным
щитом в форме поперечного сечения канала,
снабженного винтолопастными турбинами с
щеточным опереньем, которые на продольных осях
установлены под щитом и прикреплены к низовой
его части. Недостатками данного технического
решения являются: техническое решение
неприменимо для очистки русел рек от наносов;
достаточно сложное техническое решение и
поэтому может оказаться ненадежным; в процессе
производства работ нет возможности одновременно
собирать камень для последующего его
использования; при содержании в канале крупных
включений эффективность использования
снижается и может равняться нулю.
Известен способ очистки каналов экскаваторами
ЭМ-152, ЭМ-202 с погрузкой на автотранспорт
(Натальчук М.Ф., Ахметов Х.А., Ольгаренко В.И.
«Эксплуатация гидромелиоративных систем». - М.:
Колос, 1983. - с.165). Недостатками данного
технического решения являются: достаточно
дорогостоящее техническое решение; не
используется энергия потока воды, что позволило
бы экономить значительные средства; в процессе
производства работ нет возможности одновременно
собирать камень для последующего его
использования.
Известны способы и установки для очистки рек,
озер и каналов с помощью земснарядов,
землечерпалок в комплексе с баржами, которые
вывозят пульпу к местам сброса или захоронения
(Яковлев С.В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М. и др.
«Водоотведение и очистка сточных вод». - М.:
Стройиздат, 1996). Обычно чистку рек начинают с
устья и поднимаются вверх по течению.
Недостатками таких способов является то, что
устройства очищают реку от донных отложений, но
вода в реке остается загрязненной.
Известен способ очистки русел рек, каналов и
подобных сооружений от наносов (Хаширова Т.Ю.
«Способ очистки русел рек и каналов от наносов»,
Патент РФ №2318951, МПК6
Е02В 3/02, опубл.
10.03.2008 г., бюл. №7). Согласно предлагаемому
способу, расчистку осуществляют
многочисленными перемещениями по руслу реки
или канала вдоль и против направления течения
транспортных механизмов с вращающимися
винтолопастными устройствами, взмучивающими
наносы, осевшие на дне и транспортируемые
потоком воды на расстояние Li=(v/ui)·hi, где v -
скорость потока воды; ui - гидравлическая
крупность частиц расчетной фракции надлежащей
очистки; hi - высота взмучивания частиц расчетной
фракции надлежащей очистки, зависящая от
диаметра частиц: для частиц крупностью d=0,005мм
— h=(0,7÷0,8)H, для d=2 мм — h=(0,3÷0,5)H, для
d>10 мм - h=(0,l÷0,3)H; где Н - глубина потока воды.
Количество перемещений транспортных
механизмов с вращающимися винтолопастными
устройствами определяют в зависимости от полной
длины очищаемого участка и крупности фракций
осевших на дне наносов по формуле n=L
/Li=(L·ui)/(v·hi), где L - полная длина очищаемого
участка русла реки или канала. Изобретение
позволяет в максимальной степени использовать
энергию потока воды для очистки русел рек и
каналов от наносов, снизить затраты на ее
проведение, а также повысить эффективность и
надежность очистки русел рек и каналов от наносов.
Недостатком данного способа является
необходимость неоднократного использования
перемещений транспортных механизмов.
Известен способ очистки от наносов русел рек и
каналов (Ногай С.А. «Способ и устройство очистки
от наносов русел рек и каналов», Патент РФ
№2415993, МПК6
Е02В 3/02, опубл. 10.04.2011 г.,
бюл. №10), включающий срез и размол донных
наносов режущим инструментом с воздействием на
наносы водой, с последующей их эвакуацией.
Водяное колесо под воздействием водного потока
вращает режущий инструмент, благодаря чему
происходит срез, размол и круговое перемещение
донных наносов, вызывающее возникновение
центробежных сил, выносящих наносы и воду из
зоны размола, и разрежение, всасывающее воду
через водовпускные отверстия в зону активного
размола срезанных наносов, и их взмучивание.
Сбрасываемая пульпа смывается водным потоком
вниз по течению. Привод вращения режущего
инструмента выполнен в виде водяного колеса,
связанного с режущим инструментом, выполненным
в виде диска. Водовпускные отверстия выполнены в
центральной части диска. Режущие элементы
установлены на диске по конфигурации рабочих
лопастей центробежного колеса. Технический
результат заключается в снижении энергозатрат на
очистку от наносов русел рек и каналов.
Недостатками данного технического решения
являются: в процессе производства работ нет
возможности одновременно собирать камень для
последующего его использования; наличие в составе
донного наноса крупных включений (камней) может
привести к затуплению и порче режущих элементов
и тем самым к снижению эффективности режущего
механизма; донные наносы не удаляются из реки, а
взмучивают воду, переносятся течением и оседают
на дно реки ниже по течению.
Известен способ углубления и выправления
речного переката (А.с. СССР №256646, МПК6
Е02В
3/02, опубл. 04.11.1969г., бюл. №34), в котором
используется водостеснительное передвижное
устройство, не доходящее до дна реки. Устройство
состоит из поплавка, полотнища, тросов и якорей-
мешков, наполненных грунтом, и выполнено из
эластичных пленочно-тканевых материалов. Судно
снабжено якорями. Для подъема и опускания якорей

3. 29623
3
служит лебедка. При передвижении судна от берега
к стержню с него опускают якоря и прикрепленное к
ним полотнище. Затем закачивают компрессором
сжатый воздух во внутреннюю полость поплавка,
поднимают запруду и устанавливают ее в рабочее
положение так, чтобы между нижней кромкой
полотнища и поверхностью дна реки оставалась
щель, проходя через которую, речной поток
вымывал под сооружением глубокую траншею, тем
самым углубляя русло реки.
Недостатками данного технического решения
является: донные наносы не удаляются из реки, а
переносятся течением и оседают на дно реки ниже
по течению.
Известен способ гидравлического промыва русла
реки (Чернова Д.А. «Способ гидравлического
промыва русла и устройство для его
осуществления», Патент РФ №2474642, МПК6
Е02В
3/02, Е02В 8/02, опубл. 10.02.2013 г., бюл. №4),
включающий размыв отложений струями воды с
последующим уносом потоком мелких фракций и
закреплением поверхности дна водотока более
крупными фракциями, формирующими отмостку.
Создание в русле скоростей, размывающих и
уносящих наносные отложения, при непрерывном
процессе промыва по течению, осуществляется из
перемещающегося по ходу промыва руслового
водохранилища. Русловое водохранилище
образовано устройством с функцией
водоподпорного сооружения с геометрически
изменяемыми плановыми и высотными
характеристиками. Устройство для осуществления
способа состоит из горизонтального полотнища с
установленным на нем балластом, соединенного с
напорным полотнищем тросовыми связями с
образованием между ними водопропускной щели,
вдоль которой на полотнищах закреплены баллоны,
регулируемые с помощью заполнителя. Величина
открытия щели регулируется перекрывающим ее
подвижным полотнищем. Подвижное полотнище
прикреплено с помощью стабилизирующих колец к
тросовым связям, а по продольным образующим
крепится к напорному полотнищу и баллону
непосредственно и горизонтальному полотнищу
посредством тросовых соединений через
закрепленные на нем направляющие кольца.
Перемещение устройства по ходу промыва
осуществляется за счет маневрирования объемом
заполнителя баллона, выполненного с внутренней
тросовой диафрагмой, стягивающей его выше
средней части и установленного на горизонтальном
полотнище в месте соединения его с оттяжками
несущего троса управления, определяющего
положение устройства в русле водотока.
Обеспечивается высокая эффективность очистки
русел от донных отложений и улучшаются
санитарно-гигиенические условия водотока.
Недостатками данного способа являются: при
снижении эффективности промывного режима из-за
накопления перед устройством наносных масс
возникает необходимость приостанавливания
работы устройства и удаления намытых донных
отложений.
Известен способ очистки русла реки (Русских
Н.И. «Способ очистки, углубления и спрямления
русла реки», Патент РФ №2086729, МПК6
Е02В
3/02, опубл. 10.08.1997 г.), включающий возведение
в русле реки перегораживающих гидротехнических
сооружений с регулируемыми водопропускными
отверстиями, накопление воды в прудах или
водохранилищах выше мест расположения
сооружений и формирование водных волн в русле
ниже мест расположения сооружений посредством
открытия водопропускных отверстий в
сооружениях. Открытие водопропускных отверстий
при максимальных наполнениях прудов или
водохранилищ осуществляют последовательно и с
очередностью, начиная с сооружения,
расположенного в низовье реки, и кончая
сооружением, расположенным в верховье реки, а
при малом наполнении прудов или водохранилищ -
с обратной очередностью, начиная с сооружения,
расположенного в верховье реки, и кончая
сооружением, расположенным в низовье реки.
Очистка реки осуществляется за счет смывания ила
и донных отложений. Способ имеет следующие
недостатки, снижающие эффективность очистки: ил
не удаляется из реки, а взмучивается, переносится с
места на место и уходит обратно в реку, не
удаляются крупные донные отложения.
Известен способ очистки малых рек (Вершинин
Н.П., Вершинин И.Н. «Способ очистки русел малых
рек», Патент РФ №2219305, МПК7
Е02В 3/02, Е02В
15/00, опубл. 20.12.2003 г.). Способ включает
разгораживание реки на секции, выборку донных
отложений и сброс избыточных вод. Очистку реки
начинают с истока путем разгораживания участка
русла реки на секции поперечными от берега до
берега временными запрудами, число которых
составляет шесть и более. Изолированную секцию,
последнюю по течению реки в разгороженном
участке, используют как барьер для предотвращения
прорыва воды сверху и для подготовительных работ
по уборке поверхности реки. Следующую, выше
последней, - для разработки и удаления донных
отложений. Третью - для отмывки глыб и гравия от
ила и накопления пульпы. Четвертую - для
выделения из пульпы песка. Пятую - для
отстаивания воды от остатков ила. Шестую - для
формирования нового дна из глыб, гравия и песка и
заполнения ее технически чистой водой. Продукты
выборки донных отложений отмывают от ила с
последующим его обезвреживанием в аппаратах
активации процессов и выделением смеси
соединений вредных компонентов. Отмытые от ила
крупные камни, гравий и песок укладывают вновь
на очищенное от осадка дно реки. Все продукты
обработки донных отложений, кроме металлолома и
смеси соединений тяжелых металлов, используют
вновь для формирования участка нового дна реки,
предварительно очищенного от осадка. Для
пропуска избыточных вод реки применяют
разборный секционный желоб, а для компенсации
залповых сбросов воды в реку используют
дополнительный насос и водовод, которые
располагают параллельно желобу. Изобретение

4. 29623
4
позволяет произвести удаление осадков из реки, а их
переработка не сопровождается попаданием в реку
вредных компонентов. При этом уменьшается объем
перевозок продуктов от обработки донных
отложений и исключается применение контейнеров.
Полностью исключена также необходимость
отведения земельных участков для складирования
продуктов очистки реки.
Недостатками данного технического решения
являются: техническое решение достаточно сложное
и трудоемкое, привлечение дополнительных
материально-технических и трудовых ресурсов для
переработки донных отложений, необходимость
утилизации вредных компонентов.
Известен способ, который может быть
использован для очистки русел рек, каналов и
других сооружений от наносов (Хаширова Т.Ю.
«Способ и очистки русел рек от наносов», Патент
РФ №2256023, МПК7
Е02В 3/02, Е02В 15/00, опубл.
2005.07.10). Способ предусматривает расчистку
русла реки от наносов, которую осуществляют
последовательными поперечными перемещениями
бульдозеров: вначале бульдозерами с плоским
отвалом производят грубую планировку русла реки,
затем бульдозерами, имеющими грабельные отвалы
с различной величиной прозоров между ножами,
начинают очистку русла реки с образованием по ее
берегам струенаправляющих дамб, причем сначала
проходят бульдозеры, у которых ширина прозоров в
грабельном отвале большая, а затем бульдозеры,
имеющие меньшую ширину прозоров. Тела дамб в
поперечном сечении отсыпают последовательными
перемещениями бульдозеров с грабельными
отвалами так, что в верховом откосе дамб находятся
более крупные фракции, а в верху и в низовом
откосе - более мелкие фракции, после чего
очищенные от крупных фракций наносы
бульдозерами с плоским отвалом перемещают к оси
русла для последующего их смыва со дна реки
потоком воды во время паводка. Изобретение
повышает эффективность очистки русел рек и
каналов от наносов и снижает экономические
затраты на очистку. Недостатками данного
изобретения являются: необходимость
предварительного осушения/обмеления дна реки,
что, помимо всего прочего, может пагубно
сложиться на ее экосистеме; не используется
энергия потока воды.
Наиболее близким аналогом является способ
очистки и углубления русел рек от донных
отложений (Халидуллин О.Х. «Способ очистки и
углубления русел рек от донных отложений и
устройство для его осуществления», Патент РК
№22367, МПК6
Е02В 3/02, Е02В 15/00, опубл.
15.03.2010 г., бюл. №3). Способ осуществляется
следующим образом: донные отложения
размываются потоком воды, создающимся
передвижным водостеснительным устройством с
струенаправляющими элементами, размывающий
поток воды создают путем установки
водостеснительного устройства с
струенаправляющими элементами на плавающем
средстве, преимущественно, в его донной части.
При этом образуется зона размыва под днищем
плавающего средства. Плавающее средство
перемещают вдоль русла со скоростью,
обеспечивающей размыв донных отложений.
Предварительно перед очисткой и углублением
русла определяют рельеф донных отложений.
Неразмытую часть донных отложений разрушают
механическим воздействием дополнительных
устройств, размещенных на водостеснительном
устройстве. Размытые и механически разрушенные
донные отложения собирают в плавучие
контейнеры, которые после заполнения отделяют от
плавающего средства. Водостеснительное
устройство со струенаправляющими элементами
содержит продольные ребра, закрепленные,
преимущественно, на донной части плавающего
средства, струенаправляющие элементы выполнены
в виде щитов, установленных на торцевых частях
продольных ребер шарнирно с возможностью
регулировки зазора между ними. Поверхности
ребер, днище плавающего средства, поверхности
струенаправляющих элементов образуют полость
над поверхностью дна реки. На продольных ребрах
установлены дополнительные устройства,
направленные в зону размыва, для механического
разрушения не размытой части донных отложений,
например, режущие устройства в виде лемехов,
шнеков или роторов. Режущие устройства в виде
лемехов выполнены с обеспечением возможности
изменения направления их кромок. Режущие
устройства в виде шнеков или роторов снабжены
приводами. Приводы шнеков или роторов
выполнены в виде лопастей, приводимых во
вращение потоком воды. Режущие устройства на
продольных ребрах размещены с учетом толщины
донных отложений.
Недостатком данного способа является
некоторая сложность исполнения, некоторые этапы
можно упростить.
Задачей изобретения является расширение
арсенала используемых средств для очистки от
наносов и углубления русел рек, разработка способа
и создание устройства, использующего скорость
течения реки наиболее оптимальным образом.
Техническим результатом является создание
устройства для очистки русел рек и каналов, более
функционального, удобного и простого в
эксплуатации, и оптимальнее использующего
скорость течения реки, а следовательно, снижение
энерго- и трудозатрат на очистку от наносов русел
рек и каналов.
Технический результат достигается следующим
образом: донные отложения размываются потоком
воды, создающимся описанным ниже устройством
для очистки от наносов и углубления русел рек,
показанным в продольном разрезе (вид сбоку) на
Фиг.1, в горизонтальном разрезе (вид сверху) на
Фиг.2, также на Фиг.3 приведен вид устройства
сзади. Приведенное устройство состоит из
водостеснительного устройства 1, подвешенного к
плавающему средству - поплавку 2.
Водостеснительное устройство 1 выполнено
достаточно тяжелым и в тоже время находится на

5. 29623
5
весу и свободно плывет по течению на заданной
глубине, регулируемой подачей воздуха или воды в
полость поплавка 2. Ориентация
водостеснительного устройства 1 обеспечивается
боковыми вертикальными стенками 3. При
появлении мели 9 передняя стенка упирается в нее и
останавливается, появляется усиленный поток воды
7 (показанный на Фиг.1-3 в виде тонких линий),
направленный в переднюю стенку 4. Поток воды 7
поворачивается книзу передней стенкой 4 и
врезается в зону размыва 5. Устройство оснащено
режущим элементом в виде вращающегося ротора с
зазубренной образующей поверхностью 6, который
может включаться при необходимости, например,
при появлении твердых отложений. Привод и
кинематика не показаны. Смытые частицы донных
отложений 8 (показанные на Фиг.1-3 в виде точек)
размываются в зоне размыва дна 9 и выносятся
потоком наружу в боковую сторону через выходное
отверстие 10. Для увеличения активирующего
воздействия внутри полости водостеснительного
устройства установлена заслонка 11 на оси 12 с
возможностью перекрывания потока. Привод и
кинематика на чертеже не показаны. Заслонка 11
позволяет создавать поток, пульсирующий по
скорости и расходу, и тем самым активизировать
размыв. Пульсация производится периодическим
закрыванием и открыванием заслонки 11.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ углубления дна рек, основанный на
том, что передвижным водостеснительным
устройством со струенаправляющими элементами
создают концентрацию потока и направляют его в
зону размыва, ограниченную боковыми стенками,
крышей и размываемой поверхностью, а на твердую
часть мели воздействуют активирующим
устройством, отличающийся тем, что зону размыва
максимально ограничивают от внешней среды
путем прижатия устройства ко дну с возможностью
копирования рельефа дна в пределах заданной
глубины боковыми стенами, поток воды направляют
в зону размыва, ограниченную боковыми стенами,
плавно опускающейся крышей к зоне размыва и
размываемой поверхностью, а фронт размыва и
выпуск размытой смеси поворачивают под углом к
направлению движения и в сторону, причем общее
проходное сечение плавно уменьшают от входа в
стеснительное устройство к выходному отверстию.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что
твердую часть размываемой поверхности
разрыхляют активирующим устройством, например,
вращающимся ротором с зазубренной образующей
поверхностью.
3. Способ по п.п.1-2, отличающийся тем, что
размытую смесь укладывают в виде бордюра рядом
с траекторией движения устройства.
4. Способ по п.п.1-3, отличающийся тем, что
размытую смесь поддерживают во взвешенном
состоянии до сплава в ближайший плес.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что
взвешенное состояние поддерживают путем подачи
сжатого воздуха в зону размыва и флотации
размытой смеси.
6. Способ по п.4, отличающийся тем, что
взвешенное состояние поддерживают во
взвешенном состоянии путем продвижения
придонного колебательного устройства на пути
оседания, например, сетки из гибких элементов с
укрепленными на них активаторами.
7. Способ по п.п.1-6, отличающийся тем, что
копирование рельефа дна производят изменением
плавучести отдельных частей боковых стенок.
8. Способ по п.п.1-7, отличающийся тем, что
копирование рельефа производят изменением
высоты боковых стенок, например, упругостью
нижней кромки боковых стенок.
9. Способ по п.п.1-8, отличающийся тем, что
размывающий поток воды ограничивают снизу
днищем от входа в стеснительное устройство до
начала зоны размыва.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что
кромкой днища срезают заданный последний слой
мели.
11. Способ по п.п.1-8, отличающийся тем, что
кромкой днища разрыхляют донные отложения
путем вибрации кромки.
12. Способ по п.1-9, отличающийся тем, что
размывающий поток меняют по расходу, путем
изменения проходного сечения в диапазоне от
максимума до расхода близкого к нулю с различной
частотой.
13. Устройство по п.п.1-12, содержащее
водостеснительное устройство, соединенное с
поплавком, отличающееся тем, что зона размыва
выполнена в выходной нижней части
водостеснительного устройства, ограничена
боковыми стенами, плавно опускающейся крышей к
фронту размыва, расположенному под углом к
направлению потока, а выходное отверстие
расположено в остром углу фронта размыва и
внутри водостеснительного устройства помещено
переменное сопротивление движению воды,
например, заслонка.
14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что
поплавок выполнен в виде полых вертикальных
стенок с возможностью регулируемого заполнения
воздухом и водой.

6. 29623
6
Верстка А. Сарсекеева
Корректор К. Нгметжанова