МОБИЛЬНАЯ ПРОТИВОПАВОДКОВАЯ ПЛОТИНА
Сарксян Андраник Вартанович – учащийся 9 «Б» класса
МОУ СОШ № 82 г Красноярска
ВВЕДЕНИЕ
В связи с особенностями климата регионов Сибири количество снежных осадков очень велико.
Например, зима г. в Красноярске запомнилась всем своими обильными снегопадами. Это принесло большие финансовые затраты на очистку дорог и другие неудобства для жителей города.
Но, к сожалению, на этом проблемы не закончатся. Наступила весна, и последствия снегопадов скоро дадут о себе знать в виде больших паводков. Могут оказаться затоплены участки городов и населённых пунктов, будет нанесён большой материальный ущерб. И в прошлые годы неоднократно были сильные половодья.
Такая проблема бывает не только в Сибири, но и в различных регионах многих стран мира, в особенности с горным рельефом. Поэтому решение задачи может иметь большое значение для всего мира.
До настоявшего времени это проблема решалась следующим образом:
1. Гидрологи заранее оценивают величину снежного покрова, в особенности на горах, и делают расчёты величины предстоявшего паводка.
2. В соответствии с этими расчётами проводятся работы по укреплению берегов малых рек, вырубка кустарников на берегах, ликвидация промоин и наносов, восстановление откосов на мостах, углубление русел рек.
3. Если предполагается, что река все равно, несмотря на вышеуказанные меры, выйдет из берегов, то сносятся дворовые постройки и дома, находящиеся вблизи реки. С жителями домов, которые могут быть подтоплены в результате весеннего паводка, ведется социальная работа. Сотрудники МЧС ознакомливают под роспись всех жителей, чьи дома находятся под угрозой подтопления, с возможной опасностью.
4. В тех местах, где паводки бывают регулярно, строят дамбы. Но строительство дамб стоит очень дорого, поэтому их можно строить не везде.
5. Если на реках во время ледоходов образуются заторы, то их взрывают.
Эти средства существенно снижают ущерб от паводков, но далеко не устраняют его полностью. Разумеется, лучший способ предотвратить ущерб от паводков – это предотвратить сами паводки. Для этого нужно найти нестандартное решение. Такому решению и посвящена настоящая работа.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С ПОМОЩЬЮ ТРИЗ
Чтобы решить такую важную и сложную проблему, применим эффективное средство – теорию решения изобретательских задач
(ТРИЗ) [1 – 6].
Прежде всего, построим для нашей задачи таблицу, которая называется «системный оператор» (СО), или «9-экранная схема талантливого мышления» (табл. 1).
Таблица 1
Прошлое | Настоящее | Будущее | |
Надсистемы | Старинные средства зашиты от стихийных бедствий. | Средства зашиты от стихийных бедствий. | Будущее, совершенные средства зашиты от стихийных бедствий. |
Система | Эвакуация людей и имущества во время паводков. | Современные средства зашиты от паводков. | Средства зашиты от паводков предотвращающие выход рек из берегов. |
Подсистемы | Эвакуация населения. Строительство примитивных дамб. Укрепление берегов рек. | Очистка русел рек. Укрепление берегов рек. Строительство дамб. Снос строений около рек. Вывоз снега (где это возможно). Взрывы заторов на реках. | ??? (Будут определены в процессе решения задачи). |
Сформулируем противоречия в существующей системе зашиты от паводков, которая не позволяет полностью предотвратить выход рек из берегов.
1. Административное противоречие: Нужно, чтобы реки, несмотря на обильные зимние снегопады, весной не выходили из берегов, но не знаем, как это сделать.
2. Техническое противоречие: Если сильнее очищать и углублять реки и строить больше дамб, то затраты превысят ущерб от наводнений.
3. Физическое противоречие: Нужно сильнее очищать реки и строить больше дамб, чтобы не было наводнений, и нельзя этого делать, так как затраты превысят ущерб от наводнений.
Воспользуемся принципом ТРИЗ №20 – принципом непрерывности полезного действия:
Вести работу непрерывно:
А) Все части объекта должны работать с полной нагрузкой.
Б) Устранить холостые и промежуточные ходы.
Анализируя современные системы зашиты от паводков, видим, что они работают в течение короткого времени – во время таяния снега, а все остальное время они простаивают. Если бы эти средства действовали в течение всего теплого сезона, то они пропустили бы всю талую воду без паводка.
Чтобы это сделать, применим также принцип ТРИЗ №19 – принцип периодического действия:
а) Перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсному).
б) Если действие уже осуществляется периодически – изменить периодичность.
в) Использовать паузы между импульсами для другого действия.
Будем периодически (1 раз в год) накапливать паводковую воду в тех местах, где это не вредит людям, и непрерывно выпускать её в реки в таком количестве, чтобы реки не выходили из берегов.
Давно известен такой способ: строительство небольших плотин или запруд на ручьях. Но запруды можно строить без чрезмерных затрат только рядом с жильем и автомобильными дорогами, т. е. на относительно ровной местности, где они приводят к разливам воды. А нам нужно, наоборот, предотвратить разливы воды. Поэтому нужно строить плотины, преграждающие свободный путь талой воде, в ущельях гор, которые к тому же часто покрыты лесом, т. е. в труднодоступных местах.
Для решения этой проблемы применим ещё один интеллектуальный инструмент ТРИЗ – принцип №29 – использование пневмо - и гидроконструкций:
Вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные
В наше время бывает, что люди строят надувные здания, особенно когда их нужно построить временно и быстро. Например, выставочные павильоны. Аналогично можно изготовить надувную плотину (рис. 1). Такую плотину можно доставить в труднодоступное место, если первоначально накачать её газом легче воздуха, например, гелием. В это время плотина станет своеобразным дирижаблем, поэтому на ней нужно установить двигатели, а также кабину, которая во время перелёта будет кабиной пилотов, а во время работы плотины станет пультом управления.
Рис. 1. Cхема надувной плотины с мини-ГЭС.
Внутри плотины должны быть трубы с регулировкой потока воды, чтобы выпускать ровно столько воды, сколько не опасно, и не допустить наводнения. Чтобы плотина плотно прилегала ко дну ущелья, необходимо её нижнюю часть наполнить водой из того потока, который начинает течь по ущелью. А чтобы она плотно прилегала к склонам ущелья, надо накачать ее остальной объем воздухом. Во избежание разрушения, плотину необходимо разделить внутри на отсеки, в каждый из которых гелий, воздух и вода подаются и выпускаются через специальные клапаны. При повреждении одного отсека или небольшого количества отсеков вся плотина сохранит свою целостность. Клапаны могут управляться, например, от компьютера, установленного в пульте управления. Гелий, воздух, вода к клапанам будут подводиться по системе эластичных трубок.
Люди, которые будут обслуживать плотину, первоначально могут прилететь на ней. А в дальнейшем их можно заменять с помощью вертолета, если не будет других возможностей.
Кроме пульта управления, в плотине должен быть бытовой отсек с запасом продуктов питания, средствами связи и др. Чтобы обеспечить работу плотины и быт людей электроэнергией, нужно установить мини-ГЭС.
В настоящее время существуют мини-ГЭС, которые могут быть установлены на реках или ручьях. Их можно устанавливать на выходе труб, пропускающих воду, там, где эта вода становится речкой или ручьем. Так как поток воды равномерный (ради этого плотина и установлена), то мини-ГЭС будет постоянно обеспечивать плотину электроэнергией. Если же поток воды будет настолько сильный, что можно выработать много энергии, и плотина находится недалеко от населенных пунктов или, например, садов, то можно к ним провести линию электропередачи, чтобы и их снабжать электроэнергией.
Когда производство надувных плотин станет серийным, можно будет разработать и устанавливать в трубах мини-гидроагрегаты, тогда не потребуется мини-ГЭС снаружи плотины.
Необходимо будет выпускать плотины разных размеров из стандартного набора размеров для установки в ущельях разной ширины. Точная подгонка размеров и формы плотины под конкретное ущелье будет осуществляться различной степенью надува воздухом или наполнения водой наружных отсеков, на которые разделена плотина.
Высота плотины должна быть такой, чтобы спускающаяся с гор талая вода не перехлестнулась через ее гребень. Эту высоту нужно заранее определить по прогнозам гидрологов, с запасом. Может потребоваться устанавливать в длинном ущелье не одну, а каскад надувных плотин.
Теперь можно привести для нашей задачи еще один системный оператор – итоговый, в котором заполнены все экраны (табл. 2).
Таблица 2
Прошлое | Настоящее | Будущее | |
Надсистемы | Старинные средства зашиты от стихийных бедствий. | Средства зашиты от стихийных бедствий. | Будущее, совершенные средства зашиты от стихийных бедствий. |
Система | Эвакуация людей и имущества во время паводков. | Современные средства зашиты от паводков. | Надувные мобильные плотины |
Подсистемы | Эвакуация населения. Строительство примитивных дамб. Укрепление берегов рек. | Очистка русел рек. Укрепление берегов рек. Строительство дамб. Снос строений около рек. Вывоз снега (где это возможно). Взрывы заторов на реках. | Плотина из эластичного материала. Отсеки с эластичными стенками. Клапаны. Трубки для подвода и отвода гелия, воздуха, воды. Гелий, воздух, вода. Пульт управления. Мини-ГЭС или мини-гидроагрегат. |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, проблема паводков в Красноярском крае и в различных регионах мира с горным рельефом решена. Повышена степень идеальности спроектированной системы по сравнению с системой – предшественницей за счёт того, что полезных факторов в системе больше, чем в предыдущих:
– не требует дорог до места установки;
– пропускает воду в нужном количестве;
– получает энергию за счёт мини ГЭС,
тогда как предыдущие системы требовали до места установки плотины провести дорогу и линию электропередачи, для очистки русел рек нужна техника, и не в одном экземпляре, а для укрепления берегов и строительства дамб нужны также материалы.
А по факторам расплаты: дирижабль с гелием гораздо меньше будет стоить, чем все средства, уходящие на реализацию существующей системы, которая требует огромных ресурсов на обеспечении материалами,
техникой и др.
ЛИТЕРАТУРА
1. Альтшуллер, как точная наука: Теория решения изобретательских задач / – Петрозаводск : Скандинавия, 2004.
2. Альтшуллер, идею. Введение в ТРИЗ – теорию решения изобретательских задач / – М : Альпина Бизнес Букс, 2007.
3. Меерович, теории невероятности. Технологии творческого мышления. / – Одесса : ПОЛИС, 1993.
4. Иванов, творчества или как научиться изобретать. / – М. : Просвещение, 1994.
5. Злотин, пришел на урок. / , . А. – Кишинев : Лумина, 1988.
6. Журавлева, в ТРИЗ. Основные понятия и подходы [Электронный ресурс]. Программирование: Консалтинговая фирма «ТРИЗ-ШАНС». / , – Режим доступа: http://www. *****. – Загл. с экрана.
