Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОСУШЕНИЯ ПРИЛЕГАЮЩИХ К ВОДОПРИЕМНИКУ ТЕРРИТОРИЙ С ПОЙМЕННЫМ УЧАСТКОМ

Изобретение относится к комплексной мелиорации агроландшафта территорий, прилегающих к водоему у пойменных участков, подвергающихся длительным затоплениям.

Известна осушительная система, преимущественно для торфяников, включающая регулирующую и проводящие сети, элементы регулирующей сети расположены в плане перпендикулярно направлению максимального коэффициента фильтрации грунтов (Авторское свидетельство SU №657114, Е02В 11/00 от 15.04.1979).

Недостатком является то, что коэффициент фильтрации характеризует только фильтрующую способность грунтов, но не учитывает уклон поверхности. Кроме того, анализ известных материалов по коэффициентам фильтрации неосушенных болот, определяемым на болотных станциях гидрометеослужбы, показывает, что уклон грунтовых вод, соответствующий уклону местности, для большинства неосушенных болот совпадает с направлением минимального коэффициента фильтрации. Другим недостатком является, в известной системе необходимы трудоемкие и сложные гидравлические расчеты движения грунтовых вод для прокладки осушителей, а также ограниченность их пропускной способности.

Известен способ осушения болот путем отвода дренажных вод регулирующей сетью, при этом определяют максимальные фильтрационные расходы, по которым строят сетку линий стекания грунтовых вод, а элементы регулирующей сети в плане располагают перпендикулярно направлению указанных линий (Авторское свидетельство SU №1062337, Е02В 11/00 от 23.12.1983).

Однако данный способ осушения является перпендикулярной схемой направлений линий стекания грунтовых вод и проложен с большой длиной осушительных каналов, что лишает систему универсальности на прилегающих к водоему отвода грунтовых вод на пойменных участках. Сброс в водоприемник с границ участка зависит от сброса конкретных впадин и необходимо проводить сложные гидравлические расчеты для построения сеток линий стекания грунтовых вод, что вызывает невозможность учета сложных пойменных участков по расположению к рельефу местности таких участков, а также не позволяет аккумулировать воды дренажного стока с пойменных участков рек, когда паводки таких рек длятся в среднем около двух месяцев, при этом уровень в реке поднимается, а затем вновь спадает, и пойма участка остается затопленной на длительное время. При этом отсутствие водоемов с регулирующими сооружениями значительно снижает экологичность всей территории, происходит неконтролируемое зарастание поймы.

Известен способ противоэрозионной защиты рельефа на польдерах для выращивания трав, включающий сброс воды с площади польдеров, которую разделяют на участки, и сброс осуществляют проводящими каналами, при этом площадь польдеров разделяют на полосовые ленты шириной 50…60 м друг от друга параллельно течению реки по продольной схеме, посредством которых осуществляют задержание стока поверхностных вод, дополнительно сток избыточных поверхностных вод и фильтрующий из толщи почвы отводят открытыми сбросными коллекторами, размещенными вдоль уклона реки, при этом осуществляя выпуск грунтовых вод из полосовых лент через пологие откосы коллекторов с одновременной самоочисткой их от накопившегося грунта за период затопления, коллекторы которых размещены по границам полосовых лент, по бегам их на верхней бровке коллектора шириной 1,0 м высаживают кустарниковые насаждения, причем сбросные коллекторы соединяют с собирательным открытым сбросным каналом, в конце которого устраивают укрепляющие сооружения, при этом собирательный сбросной канал устраивается с уклоном вниз к реке в сторону с удалением от мест сброса дренажной воды в таком месте, где отсутствует его влияние на подтопление коллекторов (Патент RU №2563146, Е02В 11/00, А01В 13/16 от 20.09.2015).

Недостатком данного способа является то, что сток продолжает поступать в открытые коллекторы и сброс происходит вниз по течению реки на длительном расстоянии. Кроме того, усложняются работы ежегодно при затоплении поймы паводковыми водами, в результате чего устройство открытых коллекторов и кустарниковые насаждения удорожают эксплуатацию и требуют постоянного ухода за ними, а это дополнительные затраты и время. Кроме того, он не учитывает накопление дренажных вод в паводковый период полностью и дальнейшую подачу на вышерасположенные орошаемые участки.

Наиболее близким техническим решением является способ осушения прилегающих к водоприемнику территорий с пойменным участком, включающий понижение уровня грунтовых вод путем сброса их в водоприемник через дренажную сеть, перед понижением уровня грунтовых вод на пойменном участке осуществляют перехват грунтового потока со стороны материковой части территории ловчим каналом с отводом грунтового потока в водоприемник, причем ловчий канал выполняют в плане огибающим пойменный участок с выводом его концов в водоприемник, а понижение уровня грунтовых вод в пределах пойменного участка осуществляют через дренажную сеть с нулевым уклоном, состоящую из ряда искуственных водоемов, соединенных между собой каналами, впадающими в ловчий канал (Авторское свидетельство SU №1693196, Е02В 11/00 от 23.11.1991).

Однако известное разветвление дренажной системы хотя и связано со снижением общего уровня поймы, но при этом значительно увеличивают ее густоту и осуществляют открытыми каналами путем сброса от материковой части (вышерасположенной) и, с пойменной частью инфильтрационных и техвод. Кроме того, строительство многочисленных искуственных водоемов на дренажной сети в виде ветвей открытых каналов с нулевым уклоном дна вызывает в них отложение наносов и заиливание. Все это требует дополнительных механизированных затрат и времени после спада уровня воды в пойме, которое происходит только со снижением уровня в реке в летний период времени. Все это лишает систему осушения регулированием уровня по нижнему бьефе вблизи водоема. Кроме того, основное затопление при наличии многочисленных водоемов на открытой ветви канала происходит в паводковый период, а после спада уровня воды необходимо производить очистку от твердого стока (наносов), ремонтные работы, а в других случаях и восстановление водоемов из-за обрушения их стенок (откосов), при этом необходимо производит сброс воды вновь в реку, что лишает систему универсальности на прилегающих пойменных участках и сбор для подачи воды на вышерасположенные орошаемые участки, все это в целом значительно снижает экологичность всей территории, происходит неконтролируемый процесс осушения.

Сущность изобретения - разработка способа осушения, позволяющего эффективно использовать на пойменных участках рек аккумулирование паводковых вод путем дренирования через толщу почвы и их рационального распределения вблизи территории поймы за счет работы дифференцированных узлов водораспределения с накоплением в накопительном водоеме (пруда-накопителя).

Технический результат - повышение эффективности поддержания равновесия водосбора, улучшения экологической обстановки на прилегающих пойменных землях, сохранения естественного и гидрологических режимов.

Технический результат достигается тем, что способ осушения прилегающих к водоприемнику территорий с пойменным участком, включающий понижение уровня грунтовых вод путем сброса их в водоприемник через ветвь дренажной сети, площадь пойменного участка состоит из ветвей дренажной сети, которую выполняют с положительным уклоном и сходящейся у основания водоема-собирателя, при этом для эффективного сбора воды в аккумулирующий водоем водоем-собиратель посредством закрытого трубопровода соединяют с колодцем и связывают с передвижной насосной станцией, ветви дренажной сети сверху снабжают вертикальными перегородками, которые делят каждую ветвь дренажной сети на отдельные камеры для перераспределения общего объема по длине каждой ветви дрены, а между перегородками устанавливают фильтрующие трубы с перфорированными отверстиями, причем фильтрующие трубы располагают над заглубленными в грунт ветвями дренажной сети, а открытые концевые сбросы фильтрующих труб соединяют в направлении уклона с дреной, при этом аккумулирующий водоем расположен выше водоема-собирателя и разделен с пойменным участком - насыпной дамбой.

Кроме того, схема размещения фильтрующих труб с перфорированными отверстиями между перегородками начинается с тупикового конца истока дрены.

Орошаемые участки устраиваются на пологих склонах и выше поймы вдали от аккумулирующего водоема (пруда-накопителя). Такое расположение позволяет направить поступающие с нижерасположенной поймы водосборной дренажной площади паводковые воды для накопления аккумулирующего водоема на летний период для орошаемых участков, т.е. аккумулирование вод в аккумулирующем водоеме, паводковые дренажные воды могут быть использованы для орошения, например, дождеванием. Аккумулирующий водоем расположен выше водоема-собирателя и разделен с пойменным участком - насыпной дамбой.

Ветви дрен дренажной системы устраивают с положительным уклоном и сходящимися у основания водоема-собирателя, что позволяет с помощью колодца, совмещенного с передвижной насосной станцией, подавать воду в аккумулирующий водоем, что в свою очередь дополнительно позволит уменьшить заиливание наносами ветви дрен и осуществить промывку их большим стоком дренажной воды, поступающей из фильтрующих труб с перфорированными отверстиями и расположенными параллельно над заглубленными в почву ветвями дренажной системы, не создающими препятствий для обработки и выращивания сенокосных трав и других сельскохозяйственных культур (например, овощных) на пойменных участках после спада паводковых вод в реке.

Дренажная закрытая система связана между собой водоемом-собирателем, устраиваемым от прилегающего берега реки ближе к пологому склону орошаемого участка и уклону местности границам полей, где устраивают колодец, совмещенный с передвижной насосной станцией, с аккумулирующим водоемом, огражденными расположением насыпной дамбы.

Таким образом, избыточные паводковые воды (образованные при затоплении пойм), дренируемые через толщу почвы после спада уровня воды в реке, аккумулируются в аккумулирующем водоеме (пруд-накопитель), откуда они могут быть поданы на орошение данного поля через дифференцированные узлы водораспределения к дождевальным машинам (эти узлы не показаны).

Предложенный способ обеспечивает ряд преимуществ, позволяющих эффективно использовать паводковые воды: они могут быть саккумулированы непосредственно на территории пологих откосов территории поймы в сторону орошаемых участков, огражденных насыпной дамбой; в случае недостатка поверхностных дренируемых паводковых вод после спада уровня в пойме, в толще почвы еще достаточно сохранившейся воды, а также при фильтрации дамбы берега реки при постепенном снижения уровня воды в реке. Эти дренирующие воды еще могут поступать в закрытые ветви дренажной системы, насыщенные водорастворимыми удобрениями, и могут быть поданы на орошение с помощью дождевальной техники. Управление водораспределением осуществляется обслуживающим персоналом данного объекта.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружено аналогичное техническое решение, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.

Изобретение иллюстрируется чертежом, поясняющим предложенный способ.

На фиг. 1 схематично изображена территория с пойменным участком описываемого способа, план; на фиг. 2 приведен продольный разрез по длине ветви закрытой дрены с установленными перегородками фильтрующих труб с перфорированными отверстиями.

По ширине поймы подлежащей осушению территории с пойменным участком определяют границу периодического длительного затопления и контур площади 1. Затем в пределах известных границ создают известными землеройными механизмами прокладку ветвей 2 дренажной сети, которые выполняют закрытыми дренами, например, из полиэтиленовых труб с повышенной прочности. Известные разветвленные дренажные системы позволяют снизить общий уровень путем дренирования через толщу почвы и их густоты расположения, однако полезность такой системы эксплуатации низка для пойменного участка.

В данном способе понижение фильтрующего уровня грунтовых вод осуществляется путем выполнения напорной ветви дрены 2 с положительным уклоном, над верхней частью которой в толще почвы устанавливают над дренами 2 вертикальные перегородки 3, которые делят ее длину на отдельные камеры 4. К дренажным дренам 2, между перегородками 3, над дреной 2 устанавливают фильтрующие трубы 5 с перфорированными отверстиями. Свободные верхние концы дрен 2 заглушены, а нижние концы фильтрующих труб 5 соединяют по уклону с корпусом ветви дрены 2. Для лучшего сбора дренируемой воды относительно положительного уклона дрены 2 фильтрующие трубы 5 размещают параллельно сверху каждой дрены 2 ступенчато, начиная с меньшей высоты у истока заглушенной дрены до большей высоты у устья отрытого конца дрены 2, концы дрен направлены в основание водоема-собирателя 6. Водоем-собиратель 6 посредством трубопровода 7 соединяют с колодцем 8, оснащенным передвижной насосной станцией 9. Аккумулирующий водоем 10 ограждают от пойменного участка 1 - насыпной дамбой 11. Использование передвижной насосной станции 9 у аккумулирующего водоема 10 (пруда-накопителя) позволяет далее управлять откачкой воды из колодца 8, который постоянно заполняется водой из водоема-собирателя 6 от закрытых дрен 2. Количество пучка ветвей дрен 2 может быть различным для сбора фильтрационных вод с помощью фильтрующих труб 5 с камерами 4 между перегородками 3. Таким образом, сверху в толще почвы фильтрующие трубы с перфорированными отверстиями в верхней стенке позволяют заполнять фильтрующие трубы 5 с разным напором со сливом ступенчато в дрены 2, постепенно заполняя их до полного объема водой. Одновременно дренажная вода, насыщенная водорастворимыми удобрениями, поступает в устье дрены 2 и заполняет водоем-собиратель 6. Поток переходит из скоростного напорного состояния в спокойное, заполняя при этом колодец 8 с передвижной насосной станцией 9.

При гидравлическом уклоне закрытых ветвей дрен 2 взаимосвязь с водоемом-собирателем 6, колодцем 8 и передвижной насосной станцией 9, аккумулирующим водоемом 10 величина объема накопленных подземных вод в толще почвы и ее декомпрессионной амплитуды колебания уровня стабилизируется и зависит от фильтрационных свойств почвы; уклона ветвей дрен и ступенчато размещенных над дренами фильтрующих труб, размещенных между вертикальными перегородками.

При таком расположении водозадерживающих препятствий в виде вертикальных перегородок для каждой ветви дрены дренирующий сток через толщу почвы поступает в фильтрующие трубы с перфорированными отверстиями и стекает ступенчато вовнутрь ветви дрен, постепенно увеличивая скорость воды в ней, соответственно отсутствуют накопление и отложение наносов и питательных веществ на дно дрены, происходит далее их полный смыв в сторону устья дрены. Накопленный сток воды используют в летний период для полива. Сама пойменная территория, освобожденная от паводковых вод, имеющих повышенную концентрацию растворимых питательных веществ на достаточной глубине залегания грунтовых вод, улучшает естественные сенокосы трав в период их созревания, когда уровень в реке начинает падать, а также позволяет проводить и другие сельскохозяйственные работы по выращиванию культур (например, овощных и т.д.). Это обеспечивает расширение воспроизводство плодородия почвы как в поймах, так и для полей орошения, сохраняя при этом естественный водно-воздушный режим.

Основное заполнение аккумулирующего водоема, отделенного насыпной дамбой от пойменного участка, происходит в паводковый период.

Избыточная вода в закрытых дренах способствует их промывке большим расходом воды, что устраняет опасность полного заиления, при этом скорости течения являются повышенными, незаиливаемыми, которые определяются расчетным путем по известным в гидравлике формулам и строительным нормам (в соответствии со СНиП).

Пример (практические наблюдения)

Практика показала, например, что протекание реки Оби в пригородной зоне от города Рязань, образует большое количество с выраженными пойменными участками, которые могут использоваться для предложенного способа, и исключить затопленные участки от длительного стояния в них воды при спаде уровня в реке до минимального уровня в зависимости от сезонности и жаркого лета, и сбора трав хорошего качества.

Таким образом, будет использоваться не только аккумулирующая площадь пойм, влияющая на рост сельскохозяйственных культур, но и тот аккумулирующий полезный объем стока, накопленный в аккумулирующем водоеме с дренажными водами, который предназначен для орошения полей, при этом предложенный способ обеспечивает расширенное воспроизводство плодородия почвы в естественных условиях, повышает урожайность трав и других сельскохозяйственных культур при осушении затопляемых пойм; значительно повышает экологичность всей территории, так как отсутствует зарастание камышом и другой сорной растительностью, соответственно уменьшает и малярийность.

Использование технологии дренирования воды при затоплении пойм паводками водами обеспечивает эколого-мелиоративную обстановку территории в жаркое лето.