Устройство для регулирования накоплений подземных вод

Изобретение относится 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.

Известно устройство для регулирования запасов подземных вод, включающее водонепроницаемый барраж в поперечном створе долины реки, полностью по мощности и ширине перекрывающий водоносный горизонт и образующий подземное водохранилище, и расположенный выше водозабора (Гидрогеология. Инженерная геология // Итоги науки и техники. – М.: ВИНИТИ, 1974, т. 3, с. 15-16, рис. 5б).

Недостатком известного устройства 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.

Известно гидротехническое сооружение для регулирования запасов воды для целей водоснабжения и орошения - надземная плотина - водоподпорное сооружение, перегораживающее водоток и его долину для подъема уровня воды (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 устройства является невозможность обеспечения накопления и поддержания объема воды водохранилища в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации, в том числе и в маловодные периоды года в долинах рек с периодически пересыхающим водотоком.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для регулирования запасов подземных вод (Патент на изобретение RU №2569004, МПК Е03В 3/32, 3/06, опубл. 20.11.2015. Бюл. №32), включающее водонепроницаемый барраж в поперечном створе долины реки, полностью по мощности и ширине перекрывающий водоносный горизонт и образующий основное подземное водохранилище, и расположенный выше водозабор, также содержащий дополнительный водонепроницаемый барраж, расположенный в поперечном створе долины реки выше зоны влияния основного подземного водохранилища, в верхнем его бьефе и образующий дополнительное подземное водохранилище, водоприемное устройство, расположенное в верхнем бьефе дополнительного водонепроницаемого барража, и соединяющий дополнительное и основное водохранилища трубопроводом с затвором для регулирования расхода воды из водоприемного устройства в основное подземное водохранилище.

Недостатком известного устройства 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 неэффективного использования и без того ограниченного объема горного ущелья.

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 объема долины горной реки.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для регулирования накоплений подземных вод, включающем водонепроницаемый барраж в поперечном створе долины реки, полностью по мощности и ширине перекрывающий водоносный горизонт и образующий подземное водохранилище, подземные водоприемные скважины или колодцы и запорно-регулирующие трубопроводы, согласно изобретению над подземным водохранилищем расположено надземное водохранилище, образованное надземной плотиной, перекрывающей по ширине поперечный створ долины реки, при этом водонепроницаемый барраж расположен ниже надземной плотины на расстоянии, достаточном для устройства подземных водоприемных скважин или колодцев, при этом оба водохранилища сообщены между собой и с потребителем запорно-регулирующими трубопроводами.

Отличительными от прототипа признаками являются:

- объем надземного водохранилища расположен над объемом подземного водохранилища;

- водонепроницаемый барраж подземной плотины расположен как минимум на расстоянии, достаточном для устройства подземных водоприемных скважин или колодцев от надземной плотины;

- сообщающие подземное и надземное водохранилища трубопроводы, для регулирования объемов воды в них, имеет возможность ее перепуска в обоих направлениях;

- объем хотя бы одного водохранилища связан подающим трубопроводом с потребителем воды.

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, ввиду эффективного использования подземного и надземного объема долины горной реки.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на рис. 1 изображено устройство для регулирования накоплений подземных вод.

Устройство для регулирования накоплений подземных вод включает водонепроницаемый барраж 1, созданный, например, методом «стена в грунте» в поперечном створе долины реки в водоносном горизонте 2, полностью по мощности и ширине, перекрывающий водоносный горизонт 2, что обеспечивает 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 с образованием подземного водохранилища 3. Над подземным водохранилищем 3 расположен объем надземного водохранилища 4, образованный надземной плотиной 5. При этом барраж 1 отстоит вниз по течению реки от надземной плотины 5 на расстоянии, достаточном для устройства между ними водоприемной скважины или колодца 6, сообщенного трубопроводом 7 с объемом надземного водохранилища 4 или с потребителем воды, для целей водоснабжения населенных мест. В свою очередь, объем надземного водохранилища 4 сообщен трубопроводом 8 с потребителями воды для целей орошения или с объемом подземного водохранилища 3 для регулирования объемов воды в обоих водохранилищах.

Регулирование накоплений подземных вод данным устройством реализуется следующим образом.

В многоводный период года перед маловодным периодом притоки подземных и надземных вод аккумулируют соответственно в подземном водохранилище 3 и в надземном водохранилище 4, 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 скважины или колодца 6 по трубопроводу 7, происходит накопление подземных вод в подземном водохранилище 3. При условии преобладания надземного стока над водоотбором из надземного водохранилища 4 по трубопроводу 8 происходит накопление надземного стока в надземном водохранилище 4.

В многоводный период года в результате накопления пресных вод в подземном водохранилище 3 и надземном водохранилище 4 уровень их повышается и соответствует максимальным уровням воды: 10 в надземном водохранилище 4 и 9 подземном водохранилище 3.

В начальный период маловодности, при пересыхании поверхностного водотока реки, в подземном водохранилище 3 поверхность подземных вод соответственно занимает положение 9, так как излишний объем воды переливается через барраж 1 и далее стекает по руслу реки, а в надземном водохранилище 4 уровень воды соответствует положению 10, так как излишний объем воды сбрасывается через катастрофический водосброс в плотине 5.

Когда приток воды в подземное водохранилище 3 за счет инфильтрации атмосферных осадков уменьшается, возникает ситуация, что водоотбор для целей питьевого водоснабжения из скважины или колодца 6, по трубопроводу 7, 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 4 остается неизменным и соответствует своим максимальным значениям, при уровне воды на отметке 10. Чтобы не допустить падения уровня кривой депрессии до минимальных значений положения 11, в подземном водохранилище осуществляют слежение за уровнем воды путем дополнительного попуска объемов из надземного водохранилища 4, посредством трубопровода 8. Подача воды из подземного источника скважины 6 ориентирована на цели питьевого водоснабжения, через трубопроводную систему 7.

При ориентировании системы водопотребления на орошение, когда нужна более теплая воды, ее рациональнее подавать из надземного водохранилища 4, 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 то же 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 падения уровня воды в надземном водохранилище 4 до «мертвого» объема, соответствующего отметкам 12, в надземное водохранилище 4 осуществляют попуск воды из подземного водохранилища 3 посредством трубопроводной системы 7, через скважину или колодец 6.