Результат интеллектуальной деятельности: Дренажный канал для транспортирования дренажного стока

Предполагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к утилизации минерализованного дренажного стока гидромелиоративных систем.

При минерализации дренажных вод выше 10 г/л практически отсутствуют экономически оправданные варианты их полезного использования в отраслях экономики. При отсутствии возможности сброса дренажных вод в водоприемники (реки, водоемы) предусматривают строительство искусственных сооружений для их аккумуляции и естественного испарения (СТО НОСТРОЙ 2.33.20-2011. Мелиоративные системы и сооружения. Часть 1. Оросительные системы. Общие требования по проектированию и строительству. - М., ООО Издательство «БСТ», 2012 - С 28).

Сооружения для аккумуляции дренажных вод выполняют в виде открытого канала длиной несколько километров, сопряженного с накопителем-испарителем.

Известен мелиоративный канал с поперечным сечением трапецеидальной формы для очистки поверхностных и дренажных вод. Его нижняя берма выполнена на отметке уровня воды в канале в бытовой период, а верхняя на отметке уровня воды в канале в период летне-осеннего дождевого паводка. Причем на дне канала высажены высокостебельные высшие водные растения (рогоз узколистный). На нижней берме и расположенном между нижней и верхней бермой откосе канала высажены растения, допускающие подтопление корневой системы и кратковременное затопление их в период вегетации (осока). На верхней берме осуществлена посадка кустарниковой растительности, а на откосах канала выше верхней бермы посев многолетних трав с увеличенной в 2 раза нормой высева. Русло канала выполнено со средним уклоном в сторону водоприемника. (RU, пат. №2092455, МПК C02F 3/32 (1995.01, Способ очистки сточных загрязненных поверхностных и дренажных вод, а также устройство для его осуществления, опубл. 10.10.1997, Бюл. №28)

Недостатком этого сооружение является непригодность для очистки дренажного стока с минерализацией более 8-10 г/л вследствие угнетения и гибели высших водных растений, заполняющих русло канала.

Известна оросительная система, в которой минерализованный дренажный сток с орошаемых земель отводят в накопитель-испаритель по открытому дренажному каналу с противофильтрационным покрытием. (Строительство магистральных коллекторов в Туркменистане / Б.К. Балакаев, Н. Тайлыев, К.Б. Гулманов // Проблемы освоения пустынь. - 2008. - №1, с. 11-15).

Недостатком этого канала является незначительная величина испарения с поверхности зеркала воды в канале в процессе ее транспортирования к накопителю-испарителю.

Наиболее близкими к предлагаемому устройству является выполненный с положительным уклоном профилированный дренажный канал с противофильтрационным покрытием, выполняющий функцию сбора и отвода дренажных вод в водоприемник - накопитель-испаритель (Мелиорация и водное хозяйство. Сооружения. Строительство: Справочник / Под ред. А.В. Колганова, П.А. Паладзаде. - М.: «Ассоциация Экост», 2002. с. 293-296).

Недостатком данного технического решения является также незначительная величина естественного испарения с поверхности зеркала воды в канале в процессе транспортировки ее к накопителю-испарителю.

Устранить указанный недостаток позволяет дренажный канал для транспортирования дренажного стока, включающий профилированное русло, выполненное с положительным уклоном и снабженное противофильтрационным покрытием, который согласно изобретению, разделен на несколько отсеков, каждый из которых снабжен водоподъемным устройством для забора части расхода воды из канала и распределительным трубопроводом, размещенным на верхней части каждого отсека канала и имеющим щелевые водовыпуски, направленные по откосу канала в сторону его дна.

Положительный технический результат от реализации данного предложения состоит в том, что подача воды из трубопроводов с щелевыми водовыпусками обеспечивает ее стекание по откосу канала в виде тонкой пленки, что позволяет в несколько раз увеличить площадь испарения дренажных вод в процессе движения их по дренажному каналу, соответственно уменьшить объем дренажной воды, поступающий в накопитель-испаритель, что в свою очередь позволяет уменьшить его размеры.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен дренажный канал для транспортирования дренажных вод, оборудованный системой увлажнения откосов (поперечное сечение). На фиг. 2 - разрез по А-А.

На фиг. 3 - поперечное сечение дренажного канала для пояснения результатов примеров 1 и 2 (B_верх - ширина канала поверху, b - ширина канала по дну; m=ctg С - коэффициент заложения откоса; а - превышение бровки над максимальным уровнем воды в канале воды в канале; Н - строительная глубина канала; - отметка уровня воды в канале; Δ - расстояние от бровки канала до трубопровода 6 для увлажнения откосов; L - расстояние от трубопровода 6 до текущего уровня воды в канале (ширина увлажнения); h - глубина воды в канале.

На фиг. 4 приведены осредненные формы гидрографов дренажного стока на орошаемых объектах с закрытым горизонтальным дренажем.

Дренажный канал для самотечного транспортирования дренажного стока выполняют в выемке или полувыемке-полунасыпи, или из сборных элементов, уложенных на поверхности земли или на опорах (лоток), с трапецеидальной (фиг. 1 и 2), параболической, круговой, прямоугольной или полигональной формой поперечного сечения. Профилированный дренажный канал 1 выполнен с положительным уклоном, снабжен противофильтрационным покрытием 2, например из бетона, железобетона или иных материалов, неразрушающихся при контакте с минерализованной водой, и разделен на отсеки. Каждый отсек оборудован насосом 3 с всасывающей линией 4 и трубопроводом 5 для подачи воды в размещенные в верхней части каждого откоса распределительные трубопроводы 6 с щелевыми водовыпусками 7, обеспечивающими распределения воды по надводной части откосов канала 1 в виде пленки 8.

Дренажный канал работает следующим образом:

В процессе движения дренажной воды по каналу 1 часть ее забирают всасывающей линией 4 насоса 3 и подают в трубопровод 5, подающий воду на оба откоса каждого отсека в трубопроводы 6, из которых она вытекает через щелевые водовыпуски 7 в виде тонкой пленки 8, покрывающей надводную поверхность откосов каждого отсека канала 1. Таким образом формируют смоченную поверхность откоса канала, равную L×d, где L - ширина увлажняемой зоны от водовыпусков 7 до уровня воды в канале; d - длина канала 1, покрытая водяной пленкой 8, что создает условия для повышения испарения воды из канала.

Пример 1. Дренажный канал с системой увлажнения откосов (фиг. 1 и 2) имеет трапецеидальное поперечное сечение, снабжен бетонной облицовкой и имеет следующие параметры: строительная глубина Н=2 м; ширина по дну b=1,5 м; заложение откосов m=1,5 (tg С = 1,5); уклон дна канала 0,001; превышение бровки над максимальным уровнем воды в канале, а=0,3 м; Δ - расстояние от бровки канала до трубопровода 6 для увлажнения откосов; максимальная глубина воды h_мах=Н-а=1,7 м; коэффициент шероховатости бетонной облицовки n=0,013.

Для заданных глубин воды h=1,7; 1,5; 1,22; 1,0; 0,7; 0,55 и 0,2 м были рассчитаны гидравлические параметры потока при равномерном безнапорном установившемся движении воды в канале: площадь живого сечения потока воды в канале, смоченный периметр, гидравлический радиус, коэффциент Шези по формуле Н.Н. Павловского, расход воды; ширина потока поверху, ширина дополнительно увлажняемой зоны (Чугаев P.P. Гидравлика. - Л.: «Энергия», 1975. - С. 206-214). В таблице 1 приведены результаты расчетов увеличения площади испаряющей поверхности.

Основные расчетные формулы: а) расчет ширины потока поверху при глубине h_i

(1) б) расчет ширины увлажняемой зоны для двух откосов при глубине h_i

Из материалов таблицы 1 следует: при уменьшении глубины воды в канале от 1,7 до 0,2 м площадь испаряющей поверхности по сравнению с традиционной конструкцией канала возрастает от 13 до 400%, что обеспечивает соответствующее увеличение испарение воды.

Пример 2. Исходные данные - см. пример 1. Обработка систематических наблюдений за динамикой модуля дренажного стока на 16 участках горизонтального дренажа в Украине (Методические рекомендации для определения дренажного стока на орошаемых землях. - Киев: Укрводпроект, 1992. - 55 с.) и в Поволжье, Волгоградская область (Болотин А.Г., Морозова А.С. Экологические аспекты повторного использования дренажно-сбросных вод оросительных систем Волгоградской области // Агроэкологические аспекты орошаемого земледелия в аридной зоне Поволжья / Сб. н. тр. ВНИИОЗ. - Волгоград, 1999. - С. 28-37. Генералов В.И. Основные направления и результаты исследований по утилизации дренажных вод в ландшафтах сухих степей Поволжья // Орошаемое земледелие в агроландшафтах степей Поволжья / Сб. н. тр. ВНИИОЗ, 1994. - С. 66-79.) за 35 лет (суммарно по всем объектам) позволила определить осредненные формы гидрографа модуля дренажного стока при различных положениях его максимума во времени, которые приведены на рисунке 3.

Установлено, что модуль дренажного стока подвержен существенной изменчивости в течение года: отношение максимального значения среднемесячного модуля к минимальному составляет 2,0…5,6.

Выявленная закономерность позволила смоделировать динамику глубины воды в канале в течение теплого периода года и рассчитать средневзвешенное во времени увеличение площади испаряющей поверхности за счет реализации предлагаемого изобретения - таблица 2.

Из приведенных расчетов следует: средневзвешенное во времени (за период апрель - ноябрь) увеличение площади испаряющей поверхности за счет реализации предлагаемого технического решения составило 228%, что обеспечивает соответствующее увеличение испарения воды.

Таким образом, применение предложенной конструкции дренажного канала позволяет в несколько раз увеличить площадь испарения дренажных вод в процессе их движения от поля к стационарному накопителю-испарителю и, соответственно, уменьшить объем воды, подлежащей испарению в пределах накопителя-испарителя, что в свою очередь позволяет уменьшить его размеры.