Изобретение МГУ для предотвращения наводнения от ледовых заторов

31 Мая 2020 11:41 15

Как избежать катастроф от ежегодного разлива рек при весенних паводках.

Каждый год в начале весны главными новостями всегда являлись сообщения о наводнениях и тяжелейших последствиях для целых регионов, аж с выездом на место первых лиц государства. До появления коронавируса. Но ситуация этого года с наводнениями ничем не отличается от предыдущих, просто информации о подтоплениях стало гораздо меньше. Подъём паводковой воды обусловлен образованием ледовых заторов в руслах рек и при ледоходах заторы создают крупногабаритные обломки ледовых полей при их взаимодействии с береговым припайным льдом, с опорами мостовых переходов и гидротехническими сооружениями, при сужении русла ледохода, при изменения направления течения в излучинах рек, и т. д., что и является причиной наводнений и устранить ледовые заторы можно лишь взрывами.

Такой работой должен заниматься МЧС, но специалисты МЧС взрывают лишь ледовые поля вблизи мостовых переходов, а сами заторы остаются не тронутыми, т.к. закладка ВВ — это опасный вид работ и заложить в колышущую гору льда ледового затора сотни лунок для ВВ — на это взрывники не идут. Проще, как уже бывало, хоть и запоздало, с разрешения самых высших чинов, вызвать фронтовую авиацию и разбомбить ледовый затор. Поэтому количество ежегодных заторов в общем числе не уменьшаются и на величину ущерба от паводковых вод деятельность МЧС не сказывается. Наоборот — может появится повод для запроса дополнительного финансирования для устранения последствий паводка.

Поскольку, каких-либо тенденций для изменения сложившейся практики по борьбе с наводнениями от паводковых вод не предвидится, то решает эту проблему с использование недавнего патента МГУ им. М.В. Ломоносова № 2629569 «Способ разрушения ледяного покрова». Способ основан на эффектах изменении энтропии, детонации и конденсации продуктов водородно-кислородной реакции и оптимальным образом подходить для наиболее полного использования таких слабых сторон льда, как хрупкость и способность к трещинообразованию от детонационного (ударного) воздействия и низкую сопротивляемость разрушению от приложенных знакопеременных нормальных к поверхности льда сил. Такие условия можно создать, используя подледную или надледную объемную детонацию гремучего газа, при этом, такой способ разрушения льда обладает рядом неоспоримых преимуществ, по сравнению с существующими способами разрушения:

— для дробления льда в любых водных бассейнах применяется абсолютно экологически чистая технология, так как в результате реакции гремучего газа получается только чистая вода,

— для дробления применяется объемная детонация гремучего газа, в отличие от применяемых на сегодня точечных взрывов в теле льда экологически грязных твердых взрывчатых веществ (ВВ),

— для создания определенного объема гремучего газа применяются экологически чистые, биоразлагаемые, самораскатывающиеся подо льдом или на льду пластиковые рукава, раздувающие под давлением газа, и с диаметром от долей метра до нескольких метров, в зависимости от условий применения,

— детонация гремучего газа является экзотермической реакцией с выделением на моль вещества энергии больше, чем многие твердые и иные ВВ. Для наглядной

Демонстрации этого факта образовательный телеканал «Da Vinci Kids» провел такой эксперимент: — На газон были опрокинуты вверх дном 3 стальные бочки в один баррель без крышки. Под каждой бочкой заложили в отдельности по 2 грамма пороха, бензина и гремучего газа и взорвали электрокабелем. От взрыва пороха бочка чуть вздрогнула, от реакции бензина бочка приподнялась на полметра, а от гремучего газа — взлетела на десяток метров!

— после окончания реакции и выброса части газов в атмосферу, в подледном объеме детонировавшего гремучего газа, давление резко падает ниже атмосферного, в следствии уменьшения энтропии, а также конденсации образовавшей воды, и под влиянием силы тяжести и атмосферного давления в образовавшую разреженную полость обрушивается расколотый лед, полностью лишенный способности оказывать давление в миллионы тонн из-за потери монолитности. Такого характера не носит ни одна реакция других детонирующих газовых смесей и твердых ВВ, энтропия которых увеличивается и в объеме детонации после реакции и выброса части газов в атмосферу образуется высокое осмотическое давление, — выше атмосферного, что уменьшает вероятность возникновения многократных знакопеременных напряжений в теле льда, как от самого взрыва, так и отхлынувшей воды,

— детонирующую смесь гремучего газа можно получить на месте применения электролизом любой воды в неограниченном объеме, в то время, как для дробления льда взрывом надо завозить разнообразные ВВ, опасные в обращении, транспортировке и хранении (известен случай гибели в воздухе подрывников и членов экипажа вертолета при производстве таких работ),

 — экономически выгодно произвести на месте потребления гремучий газ, в пересчете на 1 Мдж выделяемой энергии, чем применение любых других ВВ с учетом стоимости их производства, транспортировки, хранения и применения, особенно с использование бомб фронтовой авиации, тем более, что завозимые ВВ всегда ограничены по объему или весу, в отличие от гремучего газа, который можно получит в неограниченном объеме, с использованием мобильного электролизера воды и переносного электрогенератора мощностью в несколько кВт,

— дробление льда гремучим газом гораздо безопасней и производительней, чем применяемые на данный момент способы дробления с использованием твердых ВВ, устанавливаемые в теле льда с помощью ручного труда и выхода людей на лед. Из-за имплозивного характера реакции гремучего газа на конечной стадии, дробления льда гремучим газом можно производить даже в непосредственной близости от защищаемых объектов, например, вплотную у быков мостовых опор и под самым мостовым переходом, а эти самые проблемные места при ледоходах, что не сделаешь другими ВВ, которые выбрасывают глыбы льда на сотни метров вверх.

Способ на реках осуществляется следующим образом: Мобильной бригадой, а на судах — командой судна, прибывшей на место устранения угрозы, предварительно вырабатывается гремучий газ на месте применения в нужном объеме, в зависимости от производительности электролизера и потребного количества, который накапливается в газонепроницаемых тканевых мобильных емкостях под давлением в несколько атмосфер, причем газ может хранится и в виде чистого кислорода и водорода. В момент использования гремучий газ или его компоненты подается по гибким морозостойким шлангам в скатанный газонепроницаемый, биоразлагаемый пластиковый рукав. Под давлением подаваемого газа рукав раскатывается в нужном направлении на поверхности льда, а при подледном использовании — по ходу течения воды, через выпиленную лунку выше по течению реки. При стоячей воде рукав подо льдом можно раскатывать в любом направлении, так же как и на льду. На месте входа в рукав гибкие шланги снабжены обратными клапанами и там же может находится устройство инициации детонации, представляющий собой искровой разрядник, нагревательный элемент с электрокабелем и т. д. или другое устройство для локального разогрева гремучего газа выше 600 градусов Цельсия, например, огнепроводный шнур. Пластиковые рукава целесообразней применять на реках и внутренних водоемах, а в морях и в океане газ можно выпускать залпом под лед в большом объеме с подводной лодки, судна или с морской платформы, с инициацией еще не рассосавшего газового пузыря. Любое судно ледового класса (да и не только ледового класса) может таким способом разрушать лед вокруг корпуса судна, так как задача подачи газа под лед с борта судна не представляет трудности и есть изобретения, решающие эту задачу. Так можно образовывать ледовый канал по ходу судна, не зависимо от скорости движения, и тогда лед любой толщины лишь несколько увеличить сопротивление движению из-за трения, но не окажет давление на корпус судна, так как ледовый канал можно создать гораздо большей ширины, чем корпус судна (ледокол не в состоянии решать подобную задачу), а также освобождать суда из ледового плена, например, четыре судна, из них два ледокола, попавшие в ледовый плен у Певека в период навигации 2016-17г., можно было бы легко освободить, с применением предлагаемой технологии. Дробления льда по патенту МГУ им М.В. Ломоносова № 2629569 для ведения хозяйственной деятельности в акватории северных морей, для устранения угроз образования ледовых заторов на реках и внутренных водоемах, практически, на всей территории РФ является наиболее эффективным способом по следующим основаниям:

 — электролиз воды является хорошо изученным процессом и разница между расходом энергии для получения гремучего газа и выделением энергии при реакции детонации полученного гремучего газа составляет не более 15%, что в разы дешевле по энерговыделению, по сравнению с другими ВВ с учетом производства, хранения и транспортировки их к месту применения,

— гремучий газ можно производить в любом месте и в любое время с применением существующего простого и надежного оборудования для выполнения огневых (сварочных) работ водородно-кислородной горелкой (в интернете масса предложений на такие устройства), водородных генераторов, малогабаритных электролизеров воды, но со временем нужно наладить выпуск и специализированного оборудования, что будет хорошим подспорьем для предприятий ВПК для которых откроется обширный рынок по выпуску новой и востребованной продукции,

— не найдется ни одного детонирующего твердого, жидкого или газообразного ВВ столь общедоступного, неограниченно по сырью, безопасного при производстве, хранении и использовании (производишь лишь в момент использования), обладающего высокой экзотермичностью и что очень важно, — редкой и уникальной способностью уменьшения энтропии системы после окончания реакции, как гремучий газ. Энтропия при детонации гремучего газа уменьшается, ибо из трех первоначальных молекул: — двух молекул водорода и одной кислорода образуется две молекулы воды. Реакция протекает по такой схеме: 2Н2 + О2 = 2Н2О + энергия. Отсюда видно, что отношение количества молекул в полости детонации гремучего газа после реакции и до реакции соотносятся, как 2/3 и потому объем занимаемый структурными единицами т. е. молекулами после реакции уменьшается на 1/3 (при взрыве других видов ВВ образуются десятки видов структурных единиц — продуктов распада первоначального ВВ, и энтропия системы в полости взрыва возрастает). Кроме того газообразные молекулы воды с большой кинетической энергией, хоть и создают после взрыва давление на лед и воду в десятки атмосфер, но в следующие мгновения они теряют свою энергию в воде и во льду из-за аномально высокой теплоемкости воды, оставаясь в толще одного вида с ними вещества, чего нельзя утверждать относительно продуктов реакции других видов ВВ, создающие высокое осмотическое давление и в воде и в полости взрыва, как инородные вещества. Кроме снижения давления в полости детонации гремучего газа, в следствии уменьшения энтропии, разрежение увеличивается еще в большей степени и по другой причине. Известно, что при переходе жидкости в газообразное состояние, объем занимаемый газом увеличивается в сотни раз и наоборот. В случае реакции гремучего газа образуется вода, которая соприкасаясь со льдом и охлажденной водой моментально конденсируется. Поэтому, в дополнение к уменьшению энтропии, последующее разрежение в полости взрыва гремучего газа еще больше усиливается из-за конденсации, становясь отрицательным, в следствие чего, раздробленное ледяное поле под действием силы тяжести и атмосферного давления, обрушивается в водяную яму, образовавшуюся после подледной детонации гремучего газа из-за оттока воды. С точки зрения предмета «Сопротивление материалов» разрушение ледяного покрова водных поверхностей точечными взрывами, а это самый распространенный способ разрушения льда, является наиболее неэффективным и небезопасным способом устранения опасного воздействия масс льда на гидротехнические сооружения и суда, а также при ликвидации ледяных заторов на излучинах рек и у мостовых переходов при ледоходах. При точечном взрыве твердого ВВ в теле льда, энергия взрыва хоть и будет распространятся во все стороны, но большая часть энергии уйдет туда, где ей будет оказано наименьшее сопротивление, т. е. в воздух и небольшая часть энергии выдавит в сторону воду под местом взрыва и поэтому для более или менее приемлемого качества дробления льда приходится тратить непомерное количество твердого ВВ. Усилия, возникающие при точечном взрыве, и напряжения, вызванные приложенными силами в теле льда, будут распространятся в продольном направлении, вдоль плоскостей надводной и подводной поверхности льда и в теле льда в таком случае не возникают поперечные составляющие напряжений, отсутствуют изгибные моменты сил. Из начал сопромата известно, что именно изгибные моменты, поперечные силы и разрушают наиболее эффективным способом любое одно или двумерное тело, а ледяное поле и относится к двумерным телам. Предлагаемый способ как раз и направлен на создание поперечных сил и появлению изгибных моментов в теле льда вдоль определенных линий или на выбранной площади поверхности льда. При объемной детонации гремучего газа на поверхности льда или подо льдом, тело льда можно рассматривать как тонкую пластину, на которую воздействуют в нормальном направлении (перпендикулярно) сосредоточенной силой. При этом от детонационной волны лед не только прогибается вдоль линии раскатки рукава, но и по причине бризантного (дробящего) действия детонации гремучего газа, еще до образования прогиба, из-за появившихся трещин теряет свою монолитность и несущую способность, в следствии чего уже не будет действовать на гидротехнические сооружения как монолитное массивное тело массой в сотни тысяч тонн и будет оказывать давление на искусственные сооружения не более, чем обычная вода и мелко раскрошенный лед угрозы образования затора не создает. Таким образом для устранения угрозы подтопления надо регулярно разрушать лед на участках рек, где потенциально может образоваться ледовый затор. Но рек в России великое множество и мест для заторов — легион. Бригады взрывников МЧС не в состоянии ликвидировать все заторы, дай бог, если они это сделают в нескольких значимых местах. Следовательно надо изменить подход к ликвидации ледовых заторов и стимулировать администрации местной и региональной власти к созданию добровольных дружин по ликвидации ледовых заторов, путем их вооружения устройствами для подрыва льда по патенту МГУ им. М.В. Ломоносова с применением гремучего газа, который по номенклатуре Ростехнадзора не относится в взрывчатым веществам и для обращения с ним не требуется лицензии. Так как обучить дружинника по обращению с гремучим газом не сложнее, чем обучить газосварщика, то каждый район и каждая область смогут наилучшим образом контролировать состояние речных стоков и совместно с другими заинтересованными органами под руководством МЧС проводить профилактические и аварийные работы по устранению заторов.

Абдуллаев Шамиль Бабугаджиевич.