Как и не было полувека мракобесия в СССР и РФ

Владимир Лагутов
Много лет назад, еще в 1970-х, Господь послал для спасения рыбы в реках молодого изобретателя, который создал новое научное направление в гидротехнике для перевода рыбы через плотины. Но жизнь остановилась, рыба была уничтожена, а новые решения были старательно забыты. А для аспиранта виднелись горизонты прогресса и благодарная своему спасению рыба, о чем он тогда и написал эту статью.

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ РЕГУЛЯТОРОВ ПЕРЕМЕННОЙ СКВ03Н0СТИ ДЛЯ РЫБОПРОПУСКА ЧЕРЕЗ НИЗКОНАПОРНЫЕ ГИДР0УЗЛЫ

   "Несмотря на бесчисленное множество предложений, сделанных относительно средств к преодолению препятствий, какие встречаются проходными рыбами в наших реках, и несмотря на большое разнообразие систем рыбоподъёмов, какое мы имеем благодаря изобретательности наших инженеров, вопрос о них - один из наиболее трудных, предстоящих к решению вопросов - в настоящее время столь же запутан, как и прежде". К сожалению, эта фраза, сказанная в 1902 году Прэнсом, правомерна и сегодня, поскольку интенсивное гидростроительство, придало проблеме рыбопропуска особенную остроту при отсутствии каких-либо удовлетворительных решений в аспекте сохранения рыбных запасов. Конструкций рыбоходов разработано множество, причем к классическим схемам рыбопропуска: лестничного типа и рыбным шлюзам, добавились рыбоподъемники и плавучие установки по перевозке рыбы из нижнего бьефа в верхний. Но, хотя чисто техническая сторона разрабатывается на должном уровне, эти конструкции сами по себе вполне работоспособны, рыбу они не спасают, чему свидетельство резкое падение численности рыбных популяций.

   Причины неудовлетворительной работы многих рыбоходов, в основном, заключаются в неудачной компоновке гидроузлов в целом, так как требования к обеспечению рыбопропуска обычно учитываются, в лучшем случае, последними; иногда они бывают просто несовместимыми с нуждами мелиорации, судоходства, гидроэнергетики и т.д. Все попытки решить проблему рыбопропуска замыкаются на выборе местоположения рыбопропускного сооружения в  составе гидроузла из-за желания пропустить большее количество мигрантов небольшим, по относительным размерам, сооружением. Но даже правильный выбор местоположения рыбохода не гарантирует его эффективной работы - требуется еще удачно разместить его входную часть. И в каждом конкретном случае любая компоновка требует большого объема модельных и натурных исследований. В натурных условиях часто неработоспособно даже удачно найденное апробированное решение, так как сложность гидрологического режима водотока приводит к нестабильности гидравлики русла в нижнем бьефе. В целом, практическая неразрешимость проблемы приводит к длительной и высокой концентрации рыб перед гидроузлом, что вызывает пагубное воздействие на их способность к воспроизводству в случае прохода на нерестилища. Необходимо также отметить техническую сложность конструкций, а в связи с этим и высокую степень травмирования рыбы при шлюзовании эксплуатационным оборудованием.
   
   Неблагоприятная обстановка в рыбопропуске сложилась по причине "нежелания" рыбы идти в рыбоходы, а имеющиеся в наличии способы перехвата рыбы не обеспечивают   кгчественного рыбонаправления. Условно, все способы можно разделить на два вида - активные, основанные неиспользовании гидравлики (струерегулирующие системы, компоновка нижнего бьефа и т.д.) и иных факторов жизнедеятельности рыб (свет, ультразвуковые и электромагнитные поля и т.п.); и пассивные способы рыбонаправления, в основном механические (сети и проч.), которые не могут рассматриваться реально в  силу их практической неприемлемости.
   В связи с вышеизложенным, закономерной попыткой обойти проблему явилось предложение отраслевой лаборатории технического обоснования проектирования средств рыбопропуска и рыбозащиты Новочеркасского инженерно-мелиоративного института в виде метода каскадного шлюзования, согласно которому в качестве камеры наполнения  предлагалось использовать всю водосбросную часть гидроузла на всем водосливном фронте. Предложение такого плана полностью исключает вопросы рыбопривлечения, поскольку используется  вся ширина водотока для прохода рыбы, но встает другой серьёзный вопрос - какой конструкцией можно осуществить такое шлюзование, так как существующие гидросооружения не удовлетворяет специфике рыбопропуска. В основном, эта специфика заключается в соблюдении отметок  бьефов во всех режимах работы при постоянном транзитном расходе через рыбопропускное сооружение; использование этого сооружения  в качестве сопрягающего без дополнительных мероприятий по гашению кинетической энергии потока в нижнем оьефе; обеспечении выходных скоростей порядка 1,5 м/c; время манипуляций затвором ограничено 30 минутами; в уложенном состоянии затвор должен либо полностью утапливаться в пазы жестких границ потока, либо возвышаться надо дном не более 0,2-0,З м при отсутствии вибрации и колебаний.   К этому нужно добавить нежелательность использования насосных установок с расходом более 5О л/с, ибо в этом случае необходимо применение  рыбозащитных устройств, которые также не отличаются надежностью работы.

   Столь жестким условиям тяжело найти удовлетворительное инженерное решение - ни одна из существующих конструкций металлических затворов, применяемых на практике, в данном случае непригодна, так как не может сочетать в себе разноплановые функции, а разработка комплексного решения связана с большими затратами средств. Анализ существующих инженерных достижений  в аспекте обеспечения метода каскадного шлюзования заставляет нас ориентироваться на применение в качестве затвора нового конструктивного направления — регуляторов переменной сквозности, предложенных и разработанных в свое время  инж. Лагутовым В.В. для использования в качестве сопрягающих и струераспределительных конструкций. Но, если в практике гидротехнического строительства гибкие конструкции приживаются с трудом, поскольку их применение в ряде случаев не оправдано и они внедряются как антипод имеющихся и проверенных временем плотин и затворов,  некоторые, можно даже сказать уникальные, случаи не могут обойтись без легких, мобильных, и, главное, сезонных конструкций. Одной из таких областей и является рыбное хозяйство. Другой сложностью применения облегченных конструкций является практическое отсутствие гибких материалов на нужды гидротехники и отсталость технологий изготовления конструкций - налицо разрыв между  возможностями реального производства  и громадной массы  мягких конструкций на уровне прожектерства, созданных в виде "сотенных" классификаций (статья в Технике молодежи) без какого-либо инженерного обоснования с единственной целью — "застолбить" перспективные отрасли развития.

   В связи с насущной необходимостью в регуляторах переменной сквозности автором была создана новая технология изготовления перфорированных оболочек - основного элемента большинства регуляторов переменной сквозности и струераспределительных систем.  Предложенный им способ позволяет набирать гибкую  перфорированную оболочку повышенной прочности и подвижности с любым  заданным процентом перфорации, не имеющей по нашим данным аналогов в мировой практике. Внешний вид такой оболочки изибражен на рисунке I в виде характерного и наипростейшего использоваиия - струераспределительной перфорированной дамбы. Размещенная поперек потока перфорированная оболочка, закрепленная низом к донному анкеру, а гребнем — к поплавку, позволяет  достигнуть равномерного распределения скоростей по всему живому сечению потока. Мы не сомневаемся, что несложный набор оболочки из гибких стержней и модульных элементов (в настоящее время суть производства заключается в получении болышеразмерных полотен и выполнении в них отверстий) обеспечит широкое применение и изготовлении различных струераспределительных систем и откроет им  дорогу в жизнь.

    На рисунке 2 показано выполнение регулятора переменной сквозности из гибких материалов. Этот затвор состоит из двух перфорированных оболочек с несовмещенными отверстиями, их взаиморасположение задается степенью наполнения эластичных баллонов, помещенных между ними, на данном примере, в гребне. Именно взаиморасположение оболочек  и задает (регулирует) водопроницаемость регулятора потока целом. Оригинальность предложенного решения отмечена авторским свидетельством и нет необходимости упоминать о легкости и малой стоимости конструкции, но нужно отметить  преимущества, обусловленные  гидравлическим управлением и временным характером  использования - сезонность, только на период рыбопропуска.
   
   На рисунке 3 дан пример компоновки Усть-Манычского гидроузла с использованием такого регулятора в качестве дополнительного мероприятия обеспечивающего проход мигрантов через  водосливную плотину (в даннам случае с фермами Поарэ).  Использование  всей водосливной части гидроузла, отделенной  дамбой от  судоходного шлюза, и всего водосбросного фронта позволит пропускать в верхний бьеф все виды  проходных рыб, а применение  в качестве головы  шлюза регулятора переменной сквозности позволит создать необходимую гидравлику не только в нижнем бьефе, но и в зоне самого сооружения.

    Поэтапно режимы шлюзования показаны на рисунке 4.а, б, в применительно к условиям рыбопропуска регулятором, совмещающим функции сопрягающего устройства и рыбопривлекающего сооружения. В состоянии рис.4а  при регуляторе уложенном на дно производится пропуск мигрантов к плотине, включая придонные виды. На этапе, характеризующимся схемой по рис. 4б происходит непрерывное привлечение рыбы, подходящей со стороны нижнего бьефа, с частичным пропуском сильным пловцов, и набор массы воды в камере наполнения до отметки верхнего бьефа. При наборе и выравнивании отметок службой эксплуатации производится разбор нескольких пролетов плотины, что освобождает выход в верхний бьеф для производителей. Завершается цикл возвращением регулятора в  состояние исходное. Все операции  производятся за счет динамических сил потока и свойств регулятора переменной сквозности, при отсутствии каких-либо механических приспособлений только дистанционным гидравлическим управлением.
   Помимо вышеизложенного режима шлюзования путем регулирования сопряжением бьефов нами разработана принципиальная схема полной  укладки регулятора на дно водотока, при которой используется силовое оборудование в несколько раз меньшей мощности, нежели механизмы любого иного  затвора  сопоставимых параметров и нагрузок. В этом случае вантовая система  полностью вытравляется и регулятор полностью укладывается в сторону нижнего бьефа, освобождая все живое сечение для прохода производителей. Все преимущества такой постановки обусловлены опять-таки использованием свойств регулируемой пропускной способности. Технологические аспекты перевода рыбы шлюзованием  разработаны нами на уровне "ноу-хау".
    Вантовая ферма крепления гребня в настоящее время  рекомендуется для пролетов не более 30 м  в связи с отсутствием надежных приемов и способов крепления гребня, и это обстоятельство весьма и существенно для мягких плотин мембранного типа, так как многие аварии уже построенных объектов объясняются именно нестабильностью гребня и динамической неустойчивостью плотины в целом при переливе. В техническом арсенале автора имеются конструктивные разработки позволяющие достичь гораздо больших пролетов.
    Нами разработан еще один вариант регулятора переменной сквозности для использования в существующих рыбоходных шлюзах с механической системой управления. Его примерный вид дан на рисунке 5. Эта конструкция характеризуется простым выполнением и пониженной металлоемкостью, при полном отсутствии какой-либо механики в воде. Вся суть работы такой конструкции видна из рисунка, при необходимости можно устроить ряд таких проницаемых для воды и рыбы преград с сохранением необходимого режима сопряжения и скоростей в отверстиях порядка 1,5-2,0 м/с.
    Этот краткий обзор наших конструкций и схем рыбопропуска будет неполным, если не упомянуть о ещё одной  важной перспективе применения регуляторов переменной сквозности, обоснованной разработками автора еще в период выполнения им работы по созданию гибких сопрягающих конструкций: появилась реальная возможность управления гидравликой всего потока, т.е. техническая реальность струераспределителя, который способен решить проблему не только привлечения, но и рыбонаправления. Регулятор, показанный на рисунке 6, позволяет не только формировать необходимую гидравлику в нижнем бьефе путем выделения шлейфа любых параметров на фоне, к примеру, равномерного распределения скоростей, но и управлять его расположением в потоке с перемещением относительно границ потока, что, по нашим данным, не имеет аналогов в мировой практике.
   Главное отличие наших конструкций в том, что мы считаем их наиболее целесообразное использование в качестве сезонных мероприятий как в аспекте самостоятельной работы, так и в комплексе с уже существующими объектами для повышения эффективности их работы. Такие качества, как легкость, надежность, мобильность, монтажность и индустриальность, мы считаем  обязательными для любой доброкачественной инженерной разработки, а в связи с этим порочность практики появления на свет сотен  конструкций, если их так можно назвать, не отражающих ни возможностей производства, ни требований реальных условий, рожденных лишь фантазией энтузиастов без особой на то необходимости и технического обоснования.

ВЫВОДЫ
1. Анализ  современного состояния и возможностей способов и технические обеспечения  рыбопропуска показывает отсутствие  кардинальных решений этой важнейшей хозяйственной проблемы.
2. Разработанный отраслевой лабораторией рыбопропуска к рыбозащиты НИМИ метод каскадного шлюзования рыб возможен лишь при создании принципиально нового гидротехнического затвора-регулятора.
3. Созданные автором класс регуляторов переменной сквозности удовлетворяют поставленным  требованиям в аспекте рыбопропуска и вполне целесообразна доводка лучших конструктивных решении в натурных условиях после широких экпериментальных исследований, проводимых нами в отраслевой лаборатории рыбопропуска и рыбозащиты
4. Технология производства перфорированных оболочек, основного элемента  многих регуляторов переменной сквозности и струерегулирующих систем приемлема для любого уровня технической оснащенности соответствующих предприятий, поскольку автором разработан простой способ изготовления  перфорированных оболочек любых размеров и параметров отверстий.
5. Разработки автора могут обеспечить достижение ещё одной важной стороны проблемы рыбопропуска, выделенных им в особый класс задач и требующих первоочередного решения - вопросов рыбонаправления путем создания необходимой гидравлики в зоне гидроузла и управления ею, что позволит решить проблему рыбопропуска в условиях низконапорных плотин, обеспечив заход основной массы мигрантов в существующие рыбоходы, рыооподъёмники  и плавучие установки.
6. Проводимые нами исследования ряда оригинальных конструктивных решений позволяют надеяться на успешное осуществление рыбопропуска через низконапорные гидроузлы уже в настоящее время, продолжающийся процесс сокращения численности проходных рыб требует активных мероприятий в ближайшее годы, пока ещё есть    возможность уменьшить масштабы проблемы, а то она, чего доброго, сама исчезнет

Лагутов В.В.


АННОТАЦИЯ
статьи "Перспективы применения регуляторов переменной сквозности для пропуска рыб через низконапорные гидроузлы"
  В статье дан рад примеров использования в рыбохозяиственной гидротехнике регуляторов переменной сквозности. Показаны диапазоны возможного применения конструкций затворов принципиально нового класса в их гибком и жестком вариантах исполнения. Предлагаются перспективные пути решения проблемы рысопропуска и рыбозащиты на основе разработанных конструкций регуляторов и оригинальной шахматно-перфорированной оболочкой, объединяющей весь новый класс регуляторов.


ПРИМЕЧАНИЕ
Тот аспирант из 1970-х годов как в воду глядел относительно рыбы. Никому она была не нужна, как и его мировые достижения в новом научном направлении. Если бы он знал что его работы будут запрещены на полвека людьми ответственными разного калибра, то наверняка ушел бы в иную сферу - по ракетам, самолетам чтобы улететь подальше от этой своры мракобесов. Но никому не ведомы пути судьбы. Особенно изобретателям.
   За ушедшие годы Усть-Манычский гидроузел обзавелся очередным "рыбопропрускным" каналом, который так толком и не заработал, как и все каналы. Теперь пошли разговоры о затоплении этого очередного неэффективного рыбопропускного устройства Багаевским гидроузлом, со своими, точно такими же неэффективными каналами. А были бы мозги у власти еще в те годы, так непременно бы испытали новые устройства и был бы весь этот мировой сегмент с отечественным приоритетом, как теперь говорят - высокоинтеллектуальной отраслью, кластером. Но, не судьба, мозгов у власти как не было, так и нет. Планида такая. Рыбы тоже нет. Скоро и питьевой воды не будет - как только построят Багаевский гидроузел.