Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для регулирования запасов пресных 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.

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 основное подземное водохранилище, и дополнительный водонепроницаемый барраж, расположенный в поперечном створе долины реки выше зоны влияния основного подземного водохранилища и образующее дополнительное подземное водохранилище, водоприемное устройство, расположенное в верхнем бьефе дополнительного водонепроницаемого барража, и соединяющий дополнительное и основное подземные водохранилища трубопроводом с затвором для регулирования расхода воды из водоприемного устройства в основное подземное водохранилище. (Патент на изобретение RU №2569004, МПК Е03В 3/32, 3/06, опубл. 20.11.2015 Бюл. №32).

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. Не эффективное использование надземной части горных ущелий.

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. 1 а-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. Не эффективное использование надземной части горных ущелий, в том числе не исключающее провоцирование катастрофических ситуаций из-за перекрытия створа реки плотиной.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для регулирования стока атмосферных осадков (Патент на изобретение RU №2621267, МПК Е03В 3/32, 3/06, опубл. 01.06.2017 Бюл. №16), включающее подземное водохранилище, образованное водонепроницаемым барражем в поперечном створе долины реки, полностью по мощности и ширине перекрывающий водоносный горизонт, и надземное водохранилище, образованное плотиной, перекрывающей по ширине поперечный створ долины реки, причем водонепроницаемый барраж расположен вне зоны влияния нижележащего подземного водохранилища, при этом перед барражем установлен каптаж для интенсификации процесса накопления воды в надземном водохранилище в период интенсивного стока атмосферных осадков, а подземное водохранилище расположено выше надземного на расстоянии, обеспечивающем высотные отметки каптажа, достаточные для отвода подземных вод самотеком в чашу надземного водохранилища.

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 не эффективного использования и без того ограниченного объема горного ущелья, а перекрытие долины реки надземной плотиной повышает риск катастрофических ситуаций во время прохождения паводков.

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, в виду эффективного использования подземного и надземного объема долины горной реки, при исключении катастрофических ситуаций во время прохождения паводков.

Технический результат достигается тем, что устройство для регулирования запасов пресных вод, включающее водонепроницаемый барраж в поперечном створе долины горной реки, полностью по мощности и ширине перекрывающий водоносный горизонт и образующий подземное водохранилище, и надземное водохранилище, образованное плотиной, при этом объемы обоих водохранилищ связаны между собой, а с потребителем хотя бы один из них, запорно-регулирующими трубопроводами, согласно изобретению надземное водохранилище расположено в боковом горном ущелье относительно долины реки и имеет деривационный канал с бесплотинным водозабором для сообщения с рекой.

Отличительными от прототипа признаками являются:

- расположение надземного водохранилища в боковом горном ущелье;

- устройство связи с рекой надземного водохранилища посредством деривационного канала с бесплотинным водозабором;

- отсутствие плотины в основном русле реки, перегораживающей и сужающей водоток, исключает катастрофические ситуации.

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, в виду эффективного использования подземного и надземного объема долины горной реки, а также исключает катастрофические ситуации.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на рис. 1 в плане схематично изображено расположение и взаимосвязь элементов в устройстве для регулирования запасов пресных вод, на рис. 2, разрез по А-А, по подземному водохранилищу, а на рис. 3, разрез по Б-Б по надземному водохранилищу.

Устройство для регулирования запасов пресных вод по подземному водохранилищу включает водонепроницаемый барраж 1, созданный, например, методом «стена в грунте» в поперечном створе долины горной 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.

В боковом горном ущелье относительно долины реки, в не зоны ее действия, расположено надземное водохранилище 4 образованное надземной плотиной 5 и связанное с рекой деривационным каналом 6 с бесплотинным водозабором.

При этом перед барражом 1 расположена водоприемная скважина 7, связанная трубопроводом 8 с объемом надземного водохранилища 4 или с потребителем воды, для целей водоснабжения или технических нужд населенных мест. В свою очередь объем надземного водохранилища 4 сообщен трубопроводом 9 с потребителями воды для целей орошения или с объемом подземного водохранилища 3, для регулирования объемов воды в обоих водохранилищах. При этом в процессе работы надземного водохранилища 4 его нормально подпертый уровень должен располагаться на отметке 10, а уровень подземного водохранилища 3 должен располагаться на отметке 11. Уровни «мертвых» объемов в подземном водохранилище 3 соответствуют отметкам 12, а надземного водохранилища 4 отметкам 13.

Регулирование запасов пресных 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. В надземное водохранилище 4, сформированное плотиной 5, вода попадает не только за счет атмосферных осадков, но и за счет подачи из русла реки по деривационному каналу 6, функционирующему на основе бесплотинного водозабора. Таким образом, при условии притока подземных вод над другими составляющими баланса, в частности над водоотбором из скважины 7 по трубопроводу 8, происходит накопление подземных вод в подземном водохранилище 3, расположенном в водоносном горизонте 2. При условии преобладания надземного стока и подачи объема воды по деривационному каналу 6 над водоотбором из надземного водохранилища 4 по трубопроводу 9 происходит накопление надземного стока в надземном водохранилище 4.

В многоводный период года в результате накопления пресных вод в подземном водохранилище 3, сформированном подземной плотиной 1 и надземном водохранилище 4 уровень их повышается и соответствует максимальным уровням воды: 10 в надземном водохранилище 4 и 11 в подземном водохранилище 3.

В начальный период маловодности, при пересыхании поверхностного водотока реки, в подземном водохранилище 3 поверхность подземных вод, соответственно, занимает положение 11, так как излишний объем воды переливается через барраж 1, и далее стекает по руслу реки. 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 7, по трубопроводу 8, превосходит внешний приток воды. В этом случае уровень подземных вод постепенно падает, и может дойти до минимальных отметок, представленных кривой депрессии в положении 12. 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 12, в подземном водохранилище 3 осуществляют слежение за уровнем воды, путем дополнительного попуска объемов из надземного водохранилища 4, посредством трубопровода 9. Подача воды из подземного источника скважины 7 ориентирована на цели питьевого водоснабжения, через трубопроводную систему 8.

При ориентировании системы водопотребления на орошение, когда нужна более теплая воды, ее рациональнее подавать из надземного водохранилища 4, через трубопровод 9, когда приток в него за счет стока поверхностных вод уменьшается, а подача воды по деривационному каналу 6 может вовсе отсутствовать, возникает ситуация, что уровень надземных вод постепенно падает и может дойти до минимальных отметок, представленных уровнем «мертвого» объема водохранилища 13. Однако, в тоже самое время, в начальный период маловодности, объем воды в подземном водохранилище 3 остается неизменным и соответствует своим максимальным значениям 11. Чтобы не допустить падение уровня воды в надземном водохранилище 4 до «мертвого» объема, соответствующего отметкам 13, в надземное водохранилище 4, осуществляют попуск воды из подземного водохранилища 3 посредством трубопроводной системы 8, через скважину 7.