Способ регулирования накоплений подземных вод

Изобретение относиться к водоснабжению и может использоваться при регулировании подземного и надземного стоков, приуроченных к долинам горных рек с периодически пересыхающими водотоками для повышения надежности водоотбора или его увеличения.

Известен способ регулирования запасов подземных вод, заключающийся в создании водонепроницаемого барража в поперечном створе долины реки, полностью по мощности и ширине перекрывающего водоносный горизонт, накоплении подземных вод в подземном водохранилище в многоводные периоды года и расходовании их в маловодные периоды (Гидрогеология. Инженерная геология // Итоги науки и техники. - М.: ВИНИТИ, 1974, т. 3, с. 15-16, рис. 5б).

Недостатком известного способа является невозможность обеспечения надежного водоотбора в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации, в том числе и в маловодные периоды года в долинах горных рек с периодически пересыхающим водотоком. Потребность больших площадей затопления при недостаточной эффективности использования земли.

Известен способ регулирования запасов надземных вод, заключающийся в создании гидротехнического сооружения для регулирования запасов воды для целей водоснабжения и орошения - надземная плотина - водоподпорное сооружение, перегораживающее водоток и его долину для подъема уровня воды и накопления поверхностного стока вод в надземном водохранилище в многоводные периоды года и расходовании их в маловодные периоды (Свод правил СП 40.13330.2012 Плотины бетонные и железобетонные: нормативно-технический материал. - М.: ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», 2013, с. 4-5, рис. 1а-г).

Недостатком известного способа является невозможность обеспечения накопления и поддержания объема воды в водохранилище в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации, в том числе и в маловодные периоды года, в долинах рек с периодически пересыхающим водотоком. Потребность больших площадей затопления при недостаточной эффективности использования земли.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ регулирования запасов подземных вод (Патент на изобретение RU №2569035, МПК Е03В 3/32, 3/06, опубл. 20.11.2015. Бюл. №32), включающий накопление в поперечном створе долины реки, полностью по мощности перекрывающем водоносный горизонт, когда в поперечном створе долины реки выше зоны влияния подземного водохранилища осуществляют дополнительное накопление подземных вод в дополнительное подземное водохранилище и управляют уровнем подземных вод при его падении на участке подземного водохранилища путем регулируемого пропуска воды из дополнительного подземного водохранилища в основное подземное водохранилище, обеспечивая возможность надежного водоотбора в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации.

Недостатком известного способа является невозможность обеспечения надежного водоотбора в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации, в том числе и в маловодные периоды года, в долинах горных рек с периодически пересыхающим водотоком ввиду не эффективного использования и без того ограниченного объема горного ущелья и не использования поверхностного стока.

Техническим результатом является обеспечение возможности надежного водоотбора в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации, в том числе в маловодные периоды года, в долинах горных рек с периодически пересыхающим водотоком ввиду эффективного использования подземного и надземного стоков, а также подземного и надземного объемов долины горной реки.

Технический результат достигается тем, что способ регулирования накоплений подземных вод, заключающийся в накоплении в долине реки, полностью по мощности и ширине перекрывающем водоносный горизонт подземных вод в подземном водохранилище в многоводные периоды года, расходовании их водозабором в маловодные периоды и управлении уровнем подземных вод, согласно изобретению над подземным водохранилищем образуют надземное водохранилище, осуществляют одновременно накопление вод подземного и поверхностного стоков, соответственно в подземном и надземном водохранилищах, и управляют уровнем подземных вод при его падении на участке подземного водохранилища путем регулируемого пропуска воды из надземного водохранилища, расположенного над ним, а при падении на участке надземного водохранилища осуществляют регулируемую подачу воды из подземного водохранилища, расположенного под ним.

Отличительными от прототипа признаками являются:

- одновременное накопление вод подземного и надземного стоков;

- эффективное использование объема горной долины для накопления вод подземного и надземного стоков ввиду расположения объема надземного водохранилища над объемом подземного водохранилища;

- управление уровнем подземных вод при его падении на участке подземного водохранилища путем регулируемого пропуска воды из надземного водохранилища, расположенного над ним;

- управление уровнем надземных вод при его падении на участке надземного водохранилища осуществляют путем регулируемой подачи воды из подземного водохранилища, расположенного под ним.

Указанная совокупность отличительных от прототипа признаков позволяет обеспечить возможность надежного водоотбора в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации, в том числе в маловодные периоды года, в долинах горных рек с периодически пересыхающим водотоком.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на рис. 1 схематично изображен продольный разрез безнапорного водоносного горизонта, на котором реализован способ регулирования накоплений подземных вод.

Способ регулирования накоплений подземных вод осуществляется следующим образом.

В поперечном створе долины реки, полностью по мощности и ширине перекрывающем или подземный водоносный горизонт, методом "стена в грунте" или поверхностный сток устройством надземной плотины, по ширине створа долины, происходит в многоводные периоды года накопление или подземных вод в подземном водохранилище, или поверхностного стока в надземном водохранилище и расходовании их водозабором в маловодные периоды.

Для того чтобы обеспечить возможность надежного водозабора в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации, в том числе и в маловодные периоды года, в долинах горных рек с периодически пересыхающим водотоком, в ограниченном поперечном объеме долины реки, одновременно осуществляют накопление вод подземного и поверхностного стоков, соответственно в подземном и надземном водохранилищах, и управляют уровнем подземных вод при его падении на участке подземного водохранилища путем регулируемого пропуска воды из надземного водохранилища, расположенного над ним, при необходимости управлять уровнем надземных вод при его падении на участке надземного водохранилища осуществляют регулируемую подачу воды из подземного водохранилища, расположенного под ним.

Пример конкретного осуществления способа регулирования накоплений подземных вод.

В поперечном створе долины реки в водоносном горизонте создают, например, методом "стена в грунте" водонепроницаемый барраж 1, полностью по мощности и ширине перекрывающий водоносный горизонт 2. Данным действием обеспечивают предотвращение подземного стока за пределы барража 1, подпор подземных вод и благоприятные условия для их накопления в водоносном горизонте 2, выше створа расположения этого барража, образуя подземное водохранилище 3. На участке подземного водохранилища 3 устраивают водозабор подземных вод, например, в виде шахтного колодца 4 с трубопроводной системой 5 обеспечивающей возможность забора воды из подземного водохранилища 3 и ее подачи как потребителям, так и в надземное водохранилище 6. Надземное водохранилище 7 получается путем одновременного возведения в поперечном створе долины реки, выше участка расположения водозабора, в пределах зоны его влияния надземной плотины 7 с трубопроводной системой 8, обеспечивающей возможность забора воды из надземного водохранилища 7 и ее подачи как потребителям, так и в подземное водохранилище 3.

В многоводный период года перед маловодным периодом притоки подземных и надземных вод аккумулируют соответственно в подземном водохранилище 3 и в надземном водохранилище 6, расположенном над подземным водохранилищем, за счет инфильтрации атмосферных осадков и паводковых вод, затопляющих часть долины, непосредственно на площадях водосбора обоих водохранилищ. Таким образом, при условии притока подземных вод над другими составляющими баланса, в частности над водоотбором из шахтного колодца 4 по трубопроводу 5, происходит накопление подземных вод в подземном водохранилище 3. При условии преобладания надземного стока над водоотбором из надземного водохранилища 6 по трубопроводу 8 происходит накопление надземного стока в надземном водохранилище 6. В многоводный период года в результате накопления пресных вод в подземном водохранилище 3 и надземном водохранилище 6 уровень их повышается и соответствует максимальным уровням воды: 9 - в надземном водохранилище 6 и 10 - подземном водохранилище 3.

В начальный период маловодности, при пересыхании поверхностного водотока реки, в подземном водохранилище 3 поверхность подземных вод, соответственно, занимает положение 10, так как излишний объем воды переливается через барраж 1 и далее стекает по руслу реки, а в надземном водохранилище 4 уровень воды соответствует положению 9, так как излишний объем воды сбрасывается через катастрофический водосброс в плотине 7.

Когда приток воды в подземное водохранилище 3 за счет инфильтрации атмосферных осадков уменьшается, возникает ситуация, что водоотбор для целей питьевого водоснабжения из шахтного колодца 4 по трубопроводу 5 превосходит внешний приток воды. В этом случае уровень подземных вод постепенно падает и может дойти до минимальных отметок, представленных кривой депрессии в положении 11. Однако в это же самое время, в начальный период маловодности, объем воды в надземном водохранилище 6 остается неизменным и соответствует своим максимальным значениям, при уровне воды на отметке 9. Чтобы не допустить падения уровня кривой депрессии до минимальных значений положения 10, в подземном водохранилище 3 осуществляют слежение за уровнем воды путем дополнительного попуска объемов из надземного водохранилища 6 посредством трубопровода 8. Подача воды из подземного источника шахтного колодца 4 ориентирована на цели питьевого водоснабжения через трубопроводную систему 5.

При ориентировании системы водопотребления на орошение, когда нужна более теплая воды, ее рациональнее подавать из надземного водохранилища 6 через трубопровод 8, когда приток в него за счет стока поверхностных вод уменьшается, возникает ситуация, что уровень надземных вод постепенно падает и может дойти до минимальных отметок, представленных уровнем «мертвого» объема водохранилища 12. Однако в тоже самое время, в начальный период маловодности, объем воды в подземном водохранилище 3, расположенном под надземным водохранилищем 4, остается неизменным и соответствует своим максимальным значениям. Чтобы не допустить падение уровня воды в надземном водохранилище 6 до «мертвого» объема, соответствующего отметкам 12, в надземное водохранилище 6, осуществляют попуск воды из подземного водохранилища 3 посредством трубопроводной системы 5 через шахтный колодец 4.