способ регулирования речного стока

Формула изобретения

Способ регулирования речного стока, заключающийся в перераспределении стока из многоводных сезонов года на маловодные путем его аккумулирования в верховьях рек с последующим сбросом воды в главную реку в режиме, обеспечивающем благоприятные условия работы водозаборных сооружений и водоотбор в необходимом количестве в соответствии с требуемым водопотреблением, отличающийся тем, что аккумулирование стока осуществляют намораживанием искусственных наледей, которые создают на притоках главной реки, из которой производится водоотбор, для создания искусственных наледей в поперечных створах русел на уровне дна устанавливают теплообменники, теплообменники выполняют в виде воздуховодов, герметично соединенных с разновысокими вентиляционными стояками, сообщающимися с атмосферой, которые размещают на противоположных берегах, при снижении температуры воздуха в осенний период ниже 0°С обеспечивают активное вентилирование воздуха через теплообменники и за счет замораживания стока образуют искусственные наледи, при снижении расхода в главной реке в створе водозаборных сооружений ниже допустимых пределов вентилирование воздуха через теплообменники прекращают, в предполоводный период при повышении расхода воды в главной реке в створе водозаборных сооружений выше допустимых пределов возобновляют вентилирование воздуха через теплообменники при его температуре ниже 0°С, в частности в ночное время и обеспечивают дополнительное намораживание стока в искусственной наледи, в весенний период при положительной температуре воздуха регулируют режим таяния наледей за счет повышения или снижения интенсивности вентилирования теплообменников и поддерживают сток в главной реке за счет таяния наледей в объеме, необходимом для обеспечения благоприятных условий работы водозаборных сооружений и водоотбора в требуемом количестве в соответствии с водопотреблением.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области водного хозяйства и гидротехники, в частности к использованию речного стока при организации централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения для обеспечения надежного водоотбора из реки с неблагоприятным гидрологическим режимом.

Известен способ регулирования речного стока, заключающийся в изменении его естественного режима для наиболее рационального использования водных ресурсов в народном хозяйстве путем строительства плотины в поперечном створе долины реки - образования водохранилища и перераспределении стока из многоводных сезонов на маловодные за счет сезонного накопления воды в водохранилище с последующим водоотбором в необходимом объеме в соответствии с водопотреблением (Плешков Я.Ф. Регулирование речного стока. Водохозяйственные расчеты. Изд. третье, испр. и перераб. - Л.: Гидрометеоиздат, 1975, стр.106-108). Регулирование речного стока - аккумуляция его в водохранилище позволяет производить надежный забор воды непосредственно из водохранилища без существенных затруднений в работе этих сооружений в любые сезоны года.

Недостатками известного решения являются:

- высокая стоимость строительства водохранилища, при которой создание его только для обеспечения требуемой величины водоотбора из реки в относительно короткий маловодный период, например в мае-июне, становится нецелесообразным;

- существенное изменение гидрологического и гидрогеологического режимов в бассейне зарегулированной реки, что приводит к нарушению экологии и, часто, к существенной деградации естественного биоценоза;

- значительный объем отчуждения земель, в том числе лесных массивов и сельскохозяйственных угодий, что существенно изменяет экологическую обстановку не только на прилегающей территории, но и в существенной мере в речном бассейне в целом.

Известен водозаборный гидроузел (Патент RU №2254415, МПК 7, Е02В 9/04, опубл. 20.06.2005, Бюл. №17), включающий русловой водоприемник с сороудерживающими решетками, самотечные или сифонные водоводы, соединяющие его с береговым сетчатым колодцем, совмещенной или раздельной компоновки, низконапорную перегораживающую дамбу с полным перекрытием русла, причем водозаборный гидроузел оснащен теплообменником, установленным в поперечном створе переката ниже участка размещения руслового водоприемника, выполненным в виде трубчатого воздуховода, соединенного торцевыми частями с разновысокими стояками, стояк большей высоты оборудован поворотной заслонкой и имеет внешнюю теплоизоляцию, а также оснащен вертикально установленными в этом же створе анкерами. Трубчатый теплообменник обеспечивает образование искусственной наледи, которая при понижении температуры воздуха ниже 0°С позволяет повышать уровень воды относительно ординара, характерного для холодного периода года.

При этом на участке интенсивного водоотбора снижаются скорости течения воды и турбулентная активность потока, что уменьшает глубину вовлечения шуги и внутриводного льда и полностью исключает вероятность обмерзания водоприемника и затруднения в его работе. В период ледостава при образовании мощного ледяного покрова исключается вероятность вмерзания в лед элементов водоприемника, что повышает надежность работы водозаборных сооружений при малой водности реки. Изобретение используется для повышения надежности забора воды из рек при средних и тяжелых условиях забора воды, связанных с воздействием внутриводного льда в предледоставный период и с угрозой глубокого промерзания реки в холодный период года на участках интенсивного водоотбора. При этом режим стока в реке практически не регулируется и при малой водности - недостаточности стока после таяния наледной плотины и в начале летнего периода не исключаются затруднения в работе водозаборных сооружений, особенно в маловодные годы.

Известен способ регулирования стока воды в системе рек водосбора для предупреждения наводнений (Патент RU №2116401, МПК 6 Е02В 3/02, опубл. 27.07.1998), заключающийся в том, что в естественных котловинах и других понижениях местности с помощью плотин создают для приема паводковых вод водохранилища, отстоящие в некотором удалении от реки или расположенные в русле реки, причем на всей площади водосбора выявляют участки образования паводков, на питающих эти участки руслах рек выявляют участки формирования паводкового стока, на каждом участке формирования паводкового стока создают индивидуальную систему регулирования стока реки, для чего для каждого участка формирования паводкового стока для накопления и хранения паводковых вод определяют оптимальное количество временных водохранилищ, образуемых с помощью проницаемых для воды и речных животных плотин, для установленного числа временных водохранилищ производят расчет параметров системы регулирования стока реки для каждого участка формирования паводкового стока, на всех участках формирования паводкового стока в соответствии с расчетными параметрами строят системы регулирования стока реки, обеспечивая тем самым безопасный беспаводковый сток накопившихся в системах регулирования стока реки паводковых вод на всей площади водосбора.

Недостатком известного решения является низкая эффективность, обусловленная сложностью эксплуатации каскада водохранилищ и их обоснования при существенно изменяющихся гидроморфологических характеристиках системы, в том числе:

- сложностью прогнозирования участков формирования ливневого паводкового стока или половодья в связи с тем, что этот процесс часто проходит спонтанно, а пропускная способность русла постоянно меняется, в том числе, например, при образовании заторов льда;

- сложностью поддержания постоянной пропускной способности плотин, устраиваемых в русле реки или на некотором удалении от него, в связи с тем, что возможен занос пропускных отверстий плотин крупными влекомыми потоком предметами, обломками льда и уменьшение проницаемости тела плотины для воды притом, что расчетная величина проницаемости является определяющим параметром при выборе створа расположения нижерасположенной плотины и определения емкости водохранилища;

- сложностью поддержания постоянной емкости водохранилищ в связи с тем, что в процессе их эксплуатации не исключается постепенное заиление взвешенными и занесение крупными влекомыми наносами (гравий, галька) и корчами, притом, что расчетная величина емкости водохранилищ является определяющим параметром при выборе створа расположения плотины в каскаде;

- невозможностью регулирования стока реки при его недостаточности для обеспечения благоприятных условий работы водозаборных сооружений после прохождения половодья и в начале летнего периода.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является общеизвестный из уровня техники (по опыту эксплуатации водохранилищ в Калифорнии - г.Сакраменто и в Неваде - г.Рино) способ регулирования речного стока, заключающийся в перераспределении стока из многоводных сезонов года на маловодные путем его аккумулирования в системе водохранилищ, располагаемых в верховьях главной реки и ее притоках. При этом производят сброс воды по руслам рек к водозаборному створу в объеме, обеспечивающем благоприятные условия работы водозаборных сооружений и водоотбор в необходимом количестве в соответствии с требуемым водопотреблением.

Использование водных ресурсов зарегулированных рек с применением указанного способа позволяет сохранить их естественный облик как природных объектов, поскольку в среднем и нижнем течении за счет попусков воды по руслам рек из систем водохранилищ обеспечиваются благоприятные экологические и гидрологические условия в целом и, в том числе, в створе водоотбора. Причем режим попусков проводится обязательно с учетом интенсивности наполнения и сработки водохранилищ, что контролируется специальной службой диспетчеризации и управляется в зависимости от состояния всего водохозяйственного комплекса. Наличие водохранилищ в верховьях рек, объединенных в единую систему, для водообеспечения таких крупных городов США, как Сакраменто, Рино и других, предопределяет повышенную устойчивость систем водоснабжения к непредвиденным ситуациям, в частности неблагоприятным климатическим условиям (продолжительные бездождные периоды летом, обильные осадки зимой и пр.). При этом регулируется не только гидрологический режим рек, но и качество воды в месте водоотбора, и на водоочистные сооружения вода поступает уже с существенно сниженной мутностью.

Недостатком известного решения является низкая эффективность для обеспечения требуемой величины водоотбора из реки только в относительно короткий маловодный период, например, в мае - июне, что обусловлено сложностью строительства и эксплуатации каскада или системы водохранилищ, и при высокой стоимости их строительства применение известного способа становится нецелесообразным.

Задачей изобретения является разработка нового способа регулирования речного стока путем его перераспределения из многоводных сезонов на маловодные за счет аккумулирования воды в искусственных наледях, обеспечивающего благоприятные условия работы водозаборных сооружений и водоотбор из реки в требуемом количестве без строительства водохранилищ в течение маловодного весенне - летнего периода при снижении экологической нагрузки на природную среду.

Указанная задача решается следующим образом.

В известном способе регулирования речного стока, заключающемся в перераспределении стока из многоводных сезонов года на маловодные путем его аккумулирования в верховьях рек с последующим сбросом воды в главную реку в режиме, обеспечивающем благоприятные условия работы водозаборных сооружений и водоотбор в необходимом количестве в соответствии с требуемым водопотреблением, при этом аккумулирование стока осуществляют намораживанием в искусственных наледях, искусственные наледи создают на притоках главной реки, из которой производится водоотбор, для создания искусственных наледей в поперечных створах русл на уровне дна устанавливают теплообменники, теплообменники выполняют в виде воздуховодов, герметично соединенных с разновысокими вентиляционными стояками, сообщающимися с атмосферой, которые размещают на противоположных берегах, при снижении температуры воздуха в осенний период ниже 0°С обеспечивают активное вентилирование воздуха через теплообменники и за счет замораживания стока образуют искусственные наледи, при снижении расхода воды в главной реке в створе водозаборных сооружений ниже допустимых пределов вентилирование воздуха через теплообменники прекращают, в предполоводный период при повышении расхода воды в главной реке в створе водозаборных сооружений выше допустимых пределов возобновляют вентилирование воздуха через теплообменники при его температуре ниже 0°С, в частности в ночное время, и обеспечивают дополнительное намораживание стока в искусственной наледи, в весенний период при положительной температуре воздуха регулируют режим таяния наледей за счет повышения или снижения интенсивности вентилирования теплообменников и поддерживают сток в главной реке за счет таяния наледей в объеме, необходимом для обеспечения благоприятных условий работы водозаборных сооружений и водоотбора в требуемом количестве в соответствии с водопотреблением.

Отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения являются:

- аккумулирование стока осуществляют намораживанием в искусственных наледях;

- искусственные наледи создают на притоках главной реки, из которой производится водоотбор;

- для создания искусственных наледей в поперечных створах русл на уровне дна устанавливают теплообменники;

- теплообменники выполняют в виде воздуховодов герметично соединенных с разновысокими вентиляционными стояками, сообщающимися с атмосферой, которые размещают на противоположных берегах;

- при снижении температуры воздуха в осенний период ниже 0°С обеспечивают активное вентилирование воздуха через теплообменники и за счет замораживания стока образуют искусственные наледи;

- при снижении расхода воды в главной реке в створе водозаборных сооружений ниже допустимых пределов вентилирование воздуха через теплообменники прекращают;

- в предполоводный период при повышении расхода воды в главной реке в створе водозаборных сооружений выше допустимых пределов возобновляют вентилирование воздуха через теплообменники при его температуре ниже 0°С, в частности в ночное время, и обеспечивают дополнительное намораживание стока в искусственной наледи;

- в весенний период при положительной температуре воздуха регулируют режим таяния наледей за счет повышения или снижения интенсивности вентилирования теплообменников и поддерживают сток в главной реке за счет таяния наледей в объеме, необходимом для обеспечения благоприятных условий работы водозаборных сооружений и водоотбора в требуемом количестве в соответствии с водопотреблением.

Аккумулирование стока осуществляют намораживанием в искусственных наледях, что позволяет исключить строительство водохранилищ, при этом снижается экологическая нагрузка на природную среду, поскольку исключается отчуждение и продолжительное затопление земель, а негативное изменение гидрологического режима и условий обитания рыбы возникает только в течение относительно короткого периода до момента термоэрозионного разрушения части искусственных наледей непосредственно в руслах притоков главной реки.

Искусственные наледи создают на притоках главной реки, из которой производится водоотбор, что позволяет, аккумулируя сток преимущественно на низкой пойме притоков в твердой фазе - в виде льда, сохранить благоприятные экологические и гидрологические условия в долине главной реки и, в том числе, в створе водоотбора, в частности увеличить объем стока и обеспечить водоотбор в требуемом количестве в соответствии с водопотреблением.

Для создания искусственных наледей в поперечных створах русл на уровне дна устанавливают теплообменники, что позволяет обеспечить образование каскада искусственных наледей как в руслах притоков, так и на низкой пойме, и без существенных затрат аккумулировать сток в объеме, необходимом для увеличения расхода воды в реке в створе размещения водозаборных сооружений на протяжении маловодного периода, в частности до мая - июня, сохраняя при этом более благоприятные экологические условия в речном бассейне, чем при естественном режиме реки.

Теплообменники выполняют в виде воздуховодов, герметично соединенных с разновысокими вентиляционными стояками, сообщающимися с атмосферой, которые размещают на противоположных берегах, что обеспечивает возможность замораживания стока и придонного слоя грунтов, и возможность регулирования режима образования и таяния искусственных наледей.

При снижении температуры воздуха в осенний период ниже 0°С обеспечивают активное вентилирование воздуха через теплообменники и за счет замораживания стока образуют искусственные наледи, в том числе и на поверхности низкой поймы, что позволяет аккумулировать часть избыточного стока уже в предледоставный период.

При снижении расхода воды в главной реке в створе водозаборных сооружений ниже допустимых пределов вентилирование воздуха через теплообменники прекращают, что позволяет поддерживать такие расходы воды в реке, при которых сохраняются благоприятные экологические и гидрологические условия в главной реке, обеспечивающие надежный водоотбор в зимний период.

В предполоводный период при повышении расхода воды в главной реке в створе водозаборных сооружений выше допустимых пределов возобновляют вентилирование воздуха через теплообменники при его температуре ниже 0°С, в частности в ночное время, и обеспечивают дополнительное намораживание стока в искусственной наледи, в том числе на поверхности низкой поймы.

В весенний период при положительной температуре воздуха регулируют режим таяния наледей за счет повышения или снижения интенсивности вентилирования теплообменников и поддерживают сток в главной реке за счет таяния наледей в объеме, необходимом для обеспечения благоприятных условий работы водозаборных сооружений и водоотбора в требуемом количестве в соответствии с водопотреблением.

Таким образом, обеспечивается причинно-следственная связь совокупности признаков заявляемого изобретения и достигаемого технического результата: регулирование речного стока путем его перераспределения из многоводных сезонов на маловодные за счет аккумулирования воды в искусственных наледях, обеспечивая при этом благоприятные условия работы водозаборных сооружений и водоотбор из реки в требуемом количестве без строительства водохранилищ на протяжении маловодного весенне-летнего периода при снижении экологической нагрузки на природную среду.

Пример промышленной применимости изобретения.

На фиг.1 изображен продольный разрез участка притока главной реки, из которой производится водоотбор, в месте установки трубчатых теплообменников и развития искусственных наледей. На фиг.2 изображен гидрограф притока главной реки ниже створа расположения теплообменников и искусственных наледей, на котором показано: Q _пр.e - расход воды притока главной реки при естественном режиме питания; Q_p.н - объем воды, идущий на формирование искусственных наледей, образованных на притоке; Q_н - расход воды притока главной реки, формируемый за счет таяния искусственных наледей, расположенных в его верховьях. На фиг.3 изображен гидрограф главной реки на участке расположения водозаборных сооружений - в створе водоотбора из реки, на котором показано: Q_р.e - расход воды главной реки при естественном режиме питания; Q _в - величина водоотбора воды из реки водозаборными сооружениями; О_н - расход воды главной реки, формируемый за счет таяния искусственных наледей, расположенных в верховьях притоков главной реки.

В поперечном створе притока главного водотока на уровне дна 6 устанавливают трубчатые теплообменники 1, расположенные в поперечном створе. Трубчатые теплообменники 1 соединены торцевыми частями с разновысокими стояками 2, установленными на противоположных берегах, открытые концы стояков 2, сообщающих теплообменник 1 с атмосферой, расположены на отметках, исключающих попадание в них воды при паводковых уровнях воды в реке. Стояк 2 большей высоты имеет теплоизоляцию, выполненную из теплоизолирующего материала, например земляной обсыпки 3, и оборудован поворотной заслонкой 4. Теплообменник 1 при открытой заслонке 4 и температуре воздуха ниже 0°С обеспечивает образование наледного бугра 5 на дне 6 реки. Непосредственно вокруг трубчатого теплообменника 1 ниже отметок дна реки образуется зона 10 промерзания грунтов. В створе расположения теплообменника 1 вертикально устанавливают анкеры 11, заглубленные в дно 6 реки и обеспечивающие большую устойчивость наледного бугра 5. При образовании наледного бугра 5 в русле реки повышается уровень воды 8 в реке до отметок поверхности 9 низкой поймы, и вода выходит на эту поверхность 9, образуя при замерзании искусственную наледь 7. При образовании искусственной наледи часть стока Q_p.н притока главной реки (фиг.2) расходуется на формирование наледи 7 и ниже створа расположения теплообменников 1 расход воды притока главной реки в периоды с конца октября по январь и с середины марта по апрель уменьшается. Стрелками показано направление движения воды.

При своде леса в бассейнах рек существенно изменяется режим стока, что во многом связано с исчезновением естественных аккумуляторов воды, в частности, долинных и притеррасных болот, стариц, которые сглаживают пики гидрографа, обеспечивают относительно равномерное питание рек в маловодные периоды года. Это прежде всего относится к малым и средним рекам, использование водных ресурсов которых становится проблематичным без регулирования режима стока. В таких ситуациях могут возникать затруднения в работе водозаборных сооружений в связи с недостаточностью стока в маловодные периоды года (фиг.3). В частности, в Приморском крае при малоснежной зиме после половодья с мая по начало июля расходы воды Q_p.e в реках существенно сокращаются, что необходимо учитывать при эксплуатации водозаборов, тем более что величина допустимого водоотбора Q_В ограничивается требованиями к соотношению водности реки и водоотбора из нее. Допустимым соотношением водности реки и объема водоотбора является возможность сохранения в реке ниже створа размещения водозабора расхода воды не менее 75% от минимального среднемесячного расхода, наблюдаемого выше этого створа в год 95%-й обеспеченности (Q_p.e.95 ). Эта относительная величина расхода воды определяется, в первую очередь, техническими возможностями отбора воды из реки на водозаборном гидроузле без создания вспомогательных гидротехнических сооружений. Кроме того, при определении допустимой величины водоотбора Q _В должны учитываться требования рыбоохраны, в частности при активном ходе рыбы в период нереста в мае и начале июня водоотбор не должен превышать 30%-ного расхода воды в реке. Обеспечение равномерного водоотбора Q_в из реки в этот период с соблюдением указанных требований возможно только при предварительном аккумулировании стока. Чтобы исключить строительство водохранилищ, аккумулирование стока осуществляют намораживанием его в искусственных наледях, которые устраивают в верховьях притоков (фиг.1) главной реки, из которой производится водоотбор Q _в. При этом исключается отчуждение и продолжительное затопление земель, а негативное изменение гидрологического режима и условий обитания рыбы возникает только в течение относительно короткого периода до момента термоэрозионного разрушения части искусственных наледей непосредственно в руслах притоков главной реки. Это снижает экологическую нагрузку на природную среду, поскольку позволяет, аккумулируя твердый сток преимущественно на низкой пойме притоков, сохранить благоприятные экологические и гидрологические условия в долине главной реки и, в том числе, в створе водоотбора, в частности увеличить объем стока и обеспечить водоотбор Q _в в требуемом количестве в соответствии с водопотреблением.

Для создания искусственных наледей в поперечных створах русл (фиг.1) на уровне дна устанавливают теплообменники 1 на перекатных участках. Трубчатые теплообменники 1 выполняют, например, в виде трубчатого воздуховода - одной - двух параллельных труб, уложенных горизонтально на отметках дна 6 реки. Торцы труб теплообменника 1 герметично соединяют с вертикальными стояками 2. Для обеспечения активного вентилирования стояки 2 выполняют разновысокими, вокруг стояка 2 большей высоты создают теплоизоляцию, например, в виде земляной обсыпки 3. Осенью при наступлении холодного периода года (для Приморского края - конец октября начало ноября) и при условии превышения расхода воды главной реки в створе водоотбора удовлетворяющем указанным выше требованиям (0,75·Q _p.e-Q_в>Q_p.e.95 ), заслонки 4 на вентиляционных стояках 2 открывают. При этом воздух, находящийся в теплообменнике 1 и имеющий положительную температуру, через стояки 2 замещается атмосферным воздухом с температурой ниже 0°С. Поступая в трубы теплообменников 1, холодный воздух за счет теплоотдачи охлаждает окружающий грунт в русловой части перекатного участка и с более высокой температурой проходит в стояки 2 большей высоты, имеющие теплоизоляцию 3, которая сдерживает процесс охлаждения воздуха, нагретого в трубах теплообменников 1. Это обеспечивает создание большего температурного градиента - разности температур воздуха в стояках 2 и, следовательно, более активное вентилирование. При переохлаждении грунта в русловой части перекатных участков в створах установки теплообменников 1 образуются бугры 5 донного льда (фиг.1), в которые вмерзают анкеры 11, заглубленные в дно реки. В период неустойчивой температуры воздуха, когда она в дневное время суток может быть выше 0°С (осенний предледоставный период с конца октября по начало ноября), заслонку 4 на это время закрывают, чем прекращают вентилирование, а рост наледных бугров 5 приостанавливают. Наличие анкеров 11, заглубленных в дно реки, предотвращает неконтролируемый размыв или снос наледного бугра 5. Кроме того, непосредственно вокруг трубчатого теплообменника 1 ниже отметок дна 6 реки образуется зона промерзания 10 грунтов.

За счет подпора воды, создаваемого наледными буграми 5, повышается уровень 8 воды притока главной реки относительно ординара, характерного для нерегулируемых условий предледоставного периода. При превышении уровня воды 8 в русле притока отметок поверхности 9 низкой поймы вода из русла в объеме Q_p.н выходит на эту поверхность 9 и замерзает, образуя искусственную наледь 7. При дальнейшем понижении температуры воздуха и образовании ледяного покрова на притоке главной реки происходит смыкание наледных бугров 5 с ледяным покровом и в комплексе с зоной промерзания 10 донных отложений 6 образуется наледная плотина. При выпадении снега и продолжающемся выходе воды в объеме Q_р.н из русла на низкую пойму продолжается намораживание воды (январь - начало февраля, фиг.2) и рост искусственной наледи 7 - накопление стока.

При уменьшении расхода воды главной реки в створе водоотбора до величины ниже допустимой, когда величина среднесуточного расхода воды водотока становится меньше минимального расхода в бытовом гидрологическом режиме зимней межени года 95%-й обеспеченности (0,75·Q _р.е-Q_В<Q_p.e.95 ), например, в конце января, в начале февраля, заслонку 4 закрывают, чем прекращают активное вентилирование теплообменников 1 и рост искусственной наледи 7. При этом при наличии стока в притоке главной реки он поступает в аллювий и выклинивается в русло ниже участка образования наледной плотины. Расходы воды главной реки Q_p.e остаются примерно на уровне тех расходов, которые наблюдаются в естественных условиях без регулирования стока.

Установка теплообменников 1 на перекатных участках одного или нескольких притоков главной реки позволяет обеспечить образование каскада или системы искусственных наледей 7, как в руслах самих притоков, так и на низкой пойме 12, и без существенных затрат аккумулировать осенне-зимний сток. Количество устанавливаемых теплообменников 1, а значит, и суммарный объем аккумулированного стока в системе образуемых искусственных наледей 7 определяется необходимой величиной увеличения стока главной реки (Q _p.e+Q_н) в створе размещения водозаборных сооружений для обеспечения надежного водоотбора Q _в в требуемом объеме в соответствии с водопотреблением.

В предполоводный период, когда начинается снеготаяние и развивается половодье (для Приморского края в марте - апреле), при повышении расхода воды главной реки в створе водозаборных сооружений выше допустимых пределов (0,75·Q_р.е-Q _в>Q_p.e.95) возобновляют вентилирование воздуха через теплообменники 1 при его температуре ниже 0°С. При этом температура воздуха может быть неустойчивой и в те дни или периоды суток, когда она становится ниже 0°С, например, в ночное время, заслонки 4 открывают. Этим увеличивают подпор уровней 8 воды в верхних бьефах наледных плотин, выход ее на поверхность 12 низкой поймы и обеспечивают дополнительное намораживание - аккумулирование половодного стока в искусственной наледи 7.

В весенний период при повышении температуры воздуха до положительных значений заслонку 4 на вентиляционных стояках 2 закрывают, прекращают вентилирование теплообменников 1, что позволяет сдерживать процесс таяния наледного бугра 5 в русле притока главной реки и в определенной степени регулировать половодный сток, предотвращая затопление территорий ниже участков расположения искусственных наледей 7. Постепенное термоэрозионное разрушение искусственных наледей 7 под воздействием водного потока в относительно короткий срок (до 20-30 суток) происходит в пределах непосредственно русл притоков главной реки. При этом в бассейне реки практически восстанавливаются благоприятные экологические условия, как и при естественном ее режиме не препятствующие, в частности, ходу рыбы.

Такого термоэрозионного разрушения участков искусственных наледей 7, образованных на поверхности 12 низкой поймы, не происходит. На этих участках искусственные наледи 7 разрушаются постепенно, преимущественно, за счет таяния в течение 80-120 суток (также, как и естественные, природные наледи), при этом сток реки увеличивается на величину Q_н как на притоках главной реки, так и на самой главной реке в створе водоотбора. Интенсивность таяния искусственных наледей 7, образованных на поверхности 12 низкой поймы, зависит, в основном, от изменения температуры воздуха и выпадения осадков, а также от экспозиции площади их развития, что определяется воздействием солнечной радиации. Например, в Приморском крае количество осадков в период с мая по июнь минимально, а среднесуточная температура воздуха составляет (+10) - (+15)°С. Именно в этой связи срок таяния природных наледей достаточно продолжителен и длится в отдельные годы до июля.

При достаточном объеме искусственных наледей 7 и постепенном, относительно равномерном их таянии в течение маловодного периода (май - июль для Приморского края) расход воды в главной реке существенно выше Q _p.e и вполне обеспечивает требования к уровню водности: 0,75·(Q_р.е+Q_н ) - Q_в>Q_p.e.95 .Например, объем одной искусственной наледи 7, образованной на поверхности 12 низкой поймы на участке установки теплообменника 1 в русле притока главной реки, может составить 0,5-0,7 млн. м³. Для обеспечения требуемого уровня водности главной реки потребуется более 10 таких наледей 7. При этом дополнительный расход воды на участке водоотбора только за счет таяния искусственных наледей 7 в течение маловодного периода (май - июль) в зависимости от интенсивности таяния составит 0,4-1,0 м³ /с (фиг.3). При большом количестве теплообменников 1 на притоках основной реки обеспечивают дистанционное переключение заслонок 4. В предледоставный период возобновляют аккумулирование речного стока в искусственных наледях 7 за счет регулирования интенсивности вентилирования теплообменников 1, управляя положением заслонок 4 на вентиляционных стояках 2.

Таким образом, аккумулирование стока в относительно многоводные периоды года намораживанием в искусственных наледях 7 на низкой пойме 12 притоков главной реки позволяет исключить строительство водохранилищ, увеличить расход воды в реке в маловодный период в начале лета и обеспечить водоотбор в требуемом количестве в соответствии с водопотреблением. При этом снижается экологическая нагрузка на природную среду, поскольку исключается отчуждение и продолжительное затопление земель, а негативное изменение гидрологического режима и условий обитания рыбы возникает только в течение относительно короткого периода до момента термоэрозионного разрушения части искусственных наледей непосредственно в руслах притоков главной реки.