Результат интеллектуальной деятельности: ОСУШИТЕЛЬНО-УВЛАЖНИТЕЛЬНАЯ ПОЛЬДЕРНАЯ СИСТЕМА

Изобретение относится к комплексной мелиорации агроландшафта и может быть применено к созданию регулирования водного режима почв на основе ресурсосберегающих технологий.

Предлагаемое техническое решение предназначено, прежде всего, для проведения осушительных мероприятий увлажненных участков, в том числе увлажнения после спада уровней в пойме реки. Оно применено для создания новых и реконструкции эксплуатируемых технологий. Наиболее рационально ее применение при осушении земель по так называемой ландшафтной технологии мелиорации.

Известен способ осушения польдеров, включающий последовательный сброс воды с площади польдера самотеком и механической откачкой, площади польдера разделяют на участки и сброс воды с них механической откачкой осуществляют поочередно с одновременным перепуском воды с участка на участок самотеком (Авторское свидетельство SU №487980, Е02В 11/00 от 15.10.1975).

Избыточная влага поверхностных и грунтовых вод постоянно сбрасывается насосной станцией за пределы осушаемых польдеров, даже после спада уровней воды в пойме реки. В этом присутствует дефицит влаги почвы для увлажнения ее, особенно в летние месяцы года. При такой конструкции осушения польдеров невозможно сохранение в каналах заполнения водой даже при наличии паводковых вод, т.е. он ограничен в применении, т.к. предназначен только для осушения польдеров.

Известен способ противоэрозионной защиты рельефа на польдерах для выращивания трав, включающий сброс воды с площади польдеров, которую разделяют на участки, и сброс с них осуществляют проводящими каналами, 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 полосовых лент, по берегам 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 сбора дренажной воды в таком месте, где отсутствует его влияние на подтопление коллектора (Патент RU №2563146, Е02В 11/00, А01В 13/16 от 28.07.2014).

Способ позволяет поглотить часть стока воды в толщу грунтовых вод, а другая часть воды стекает медленно в открытые сбросные коллекторы ручейками через приколлекторную кустарниковую полосу в полосовой ленте затопляемой площади, при этом она также накапливается на водозадерживающей полосовой площади с кустарниковой растительностью размещенных по берегам бровок коллекторов, в результате чего уменьшаются потери питательных веществ. Избыточная влага поверхностным и грунтовым стоком беспрепятственно дренируется в коллекторы с дальнейшим его сбросом.

Известное техническое решение ограничено в применение, т.к. предназначено только для уменьшения потерь питательных веществ, но не интенсивным осушительно-увлажнительным процессом осушки почвы после спада уровней воды в пойме и наступлением дефицита влаги в почве воды, в частности в сухое летнее время года, т.е. при резкой повышенной положительной температуре воздуха (особо в засушливые годы).

Наиболее близким техническим решением является осушительно-увлажнительная польдерная система, включающая дамбу обвалования, аккумулирующую емкость, коллекторно-дренажную сеть, насосную станцию и водоприемник и снабженная дополнительной дамбой обвалования, проложенной параллельно основной, и выполнена затопляемой при этом аккумулирующая емкость, выполненная в виде канала, проложенного между дамбами и связанного с коллектором дренажной сети (Авторское свидетельство SU №1612050, Е02В 11/00 от 07.12.1990).

Недостаток этой системы является ее недостаточно эффективная работа вследствие вероятности размыва затопляемой дамбы в сторону незатопляемой дамбы (образование промоин) из-за низкой прочности грунта, при чередующихся спадах или повышениях уровней, т.е. вначале уровень воды повышается, затем уровень воды понижается со стороны затопляемой дамбы, а это в свою очередь и ведет к размыву гребня дамбы; снижение эксплуатационной надежности работы для управления уровнями в почве на коллекторе, в устье которого устанавливается водовыпуск верхнего бьефа, при этом в канале устанавливается водовыпуск нижнего бьефа.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является обеспечение надежной защиты гидротехнических сооружений в повышении снижения размыва гребня затопляемой дамбы и окружающей среды при упрощении и удешевлении производства работ по возведению всего комплекса гидротехнических сооружений, что особенно актуально при строительстве польдерной системы, где восстановление нарушенной части затопляемой дамбы требует большего времени и средств, нежели устройство специальных выпусков в сторону водоприемника с аккумулирующей емкостью.

Поставленная задача достигается тем, что осушительно-увлажнительная польдерная система, включающая незатопляемую дамбу обвалования, аккумулирующую емкость, коллекторно-дренажную сеть, насосную станцию и водоприемник и снабженная дополнительной затопленной дамбой обвалования, проложенной параллельно основной аккумулирующей емкостью, выполненной затопляемой в виде канала, проложенного между дамбами и связанного с коллектором дренажной сети, отличается тем, что гребень затопляемой дамбы выполнен дополнительно высотой на одной отметке с гребнем основной незатопляемой дамбы и выполнен в виде множества ниже этого гребня выпусков прямоугольного поперечного сечения, общий фронт выпусков определяется из условия распределения расчетного расхода потока перед гребнем с отдельными участками затопляемой дамбой, при этом выпуски прямоугольного поперечного сечения снабжены поворотной подпорной стенкой, установленной с наклоном в сторону от аккумулирующей емкости со стороны внешней части выпуска через отдельные участки затопляемой дамбы с расположенными между ее дополнительными незатопляемыми гребнями участков, и водонепроницаемо сопряжены с дном выпуска посредством бетонного порога, причем нижний конец поворотной стенки снабжен упорным сектором, а со стороны паводковых вод верхнего бьефа поворотная стенка снабжена подпоркой и к ней присоединена изменяемая по вертикали тяга регуляции верхнего бьефа уровня воды паводка со стороны выпуска через отдельные участки затопляемой дамбы в аккумулирующую емкость.

Отметка гребня выполнена отдельными участками как затопляемых, так и незатопляемых участков дамбы и гребня, расположенного на одной отметке с основной незатопляемой дамбой, создают общий фронт расположения по периметру канала в виде множества выпусков прямоугольного поперечного сечения и они подобраны из условия распределения перелива (выпуска)расчетного расхода потока в сторону аккумулирующей емкости в виде канала. В результате этого происходит недопущение непосредственного перелива воды через гребень затопляемой дамбы.

Создание ниже дополнительного гребня в виде множества выпусков с подпорными стенками, установленных через гребень участков затопляемой дамбы, и вес каждой из них подобраны гидравлическим известным расчетом по формулам гидравлики, обеспечивающей предельное состояние стенки на опрокидывание в сторону от аккумулирующей емкости в виде канала при достижении в верхнем бьефе заданного уровня воды со стороны впуска паводка над отдельными участками затопляемой дамбы с дополнительными гребнями, являются отличием от прототипа и свидетельствуют о новизне заявляемого технического решения.

Рассредоточеность впускного потока в аккумулирующую емкость в виде канала по всему его периметру с возможностью обеспечения допустимых удельных расходов перелива через подпорную поворотную стенку с неразмывающей скоростью обеспечивает сохранность почвенного покрова дополнительного гребня незатопляемых его участков и его склонов (стенок). Таким образом, выпуски прямоугольного поперечного сечения с подпорными поворотными стенками в весенний период, в период прохождения паводка, позволяют в автономном и автоматическом режимах обеспечить достаточно надежную защиту от разрушения переливных участков дамбы обвалования при нарастании расхода.

Выполнение системы подобной конструкции не выявлено из изученной научно-технической информации и патентной документации, что позволяет судить об изобретательском уровне заявленного технического решения.

На фиг. 1 представлена общая схема осушительно-увлажнительной польдерной системы; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 2; на фиг. 4 - узел II на фиг. 2; на фиг. 5 - продольный разрез с выпусками между гребнями переливной дамбы; на фиг. 6 - схема действия сил на подпорную стенку, момент ее предельного действия.

Осушительно-увлажнительная польдерная система включает в себя дрены 1, которые соединены с коллектором 2, а последний - с магистральным каналом 3, в устье которого установлена насосная станция 4 для перекачивания воды из польдерной системы через незатопляемую дамбу 5 обвалования в аккумулирующую емкость, выполненную в виде канала 6, огражденную со стороны водоприемника затопляемой дамбы 7, выполненной из дополнительной верхней части незатопляемой дамбы с гребнями 8 на одной отметке с гребнем основной незатопляемой дамбы 5. В дамбе 7, снабженной расположенными между гребнями 8 по нормали его горизонтальной плоскости затопления выпусками 9 с отметкой этой плоскости ниже подпорного сооружения 10 и заключенного с боков и снизу посредством выпуска 9 прямоугольного поперечного сечения в бетонную одежду, выполненную в виде порога 11. Фронт выпусков 9 конструктивно разбивают на n участков равной длины по всему периметру канала 6. На каждом отдельном участке выпуска 9 устраивается подпорное сооружение 10 в виде водослива с широким порогом, пропускной способностью Q_расч./n=q, м³/с каждого выпуска.

Для расхода q определяется необходимый напор Н наполнения перед затопляемыми участками дамбы 7 с дополнительными незатопляемыми участками ее гребня 8, последний расположен на одной отметке с основной незатопляемой дамбой 5 при Q_расч., определяют отметку порога 11 из бетонной одежды каждого выпуска 9 по периметру дамбы 7 с гребнем 8. Между незатопляемыми гребнями 8 участков дамбы 7 выполнены выпуски 9, порог 11 которых имеет бетонную одежду и снабжен поворотной подпорной стенкой 12 с изогнутым упором 13, установленной с наклоном в сторону поступления паводка от аккумулирующей емкости, выполненной в виде канала 6 с незатопляемой дамбой 5 и незатопляемых участков гребня 8 с фронтом выпусками 9 дамбы 7, при этом участки гребней 8 разделены между собой посредством бетонных порогов 11 с выпусками 9. Кроме того, подпорная стенка 12 через уплотнительную прокладку (не показано) водонепроницаемо соединена с осью 14 вращения на пороге 11.

Со стороны подхода паводка к дамбе 7 поворотная подпорная стенка 12 снабжена подпорками 15 и 16, отметка гребня 17 подпорной стенки 12 расположена ниже отметки гребня 8 дамбы 7, а вес стенки 12 подобран расчетом по известной формуле гидравлики (исходя из: объемного веса воды - γ; ширины стенки - В, смачиваемой водой со стороны паводка в момент ее предельного равновесия; длина стенки - , расстояние от центра тяжести - а стенки до ее упора в порог; угол - α, между стенкой и линией горизонта порога).

При превышении уровня воды при паводках до некоторого расчетного создается опрокидывающий момент, превышающий удерживающий момент от веса подпорной стенки 12 (G), и происходит опрокидывание подпорной стенки 12 за счет давления воды W относительно оси 14 вращения (точка А на фиг. 6). На подпорке 15 со стороны паводковых вод закреплена тяга 18 (например, из тросика или лески), которая соединена с отметкой гребня 17 подпорной стенки 12 в точке приложения силы для поворота стенки 12, которая поворачивается в сторону пропуска воды через затопляемые участки дамбы 7 в канал 6. Тяга 18 испытывает постоянную раскрутку на барабане 19, размещенном на рычаге 20, или может быть выполнена в виде гибкой спирали с регулируемой длиной в зависимости от поворота стенки 12, соответственно, стенка 12 снабжена изогнутым упором 13, размещенным с противоположной стороны подпорной стенки 12.

Для управления уровнями воды в почве на коллекторе 2 в устье водовода 21 устанавливают водовыпуск 22 нижнего уровня, а в канале 6 - водовыпуск 23 верхнего бьефа. Из канала 6 регулятор забирает воду для целей увлажнения. На выходе из водовыпуска 22 устанавливается портальная стенка 24 для придания жесткости водоводу 21 и установки корпуса 25 регулятора нижнего бьефа. В корпусе 25 (фиг. 3) устанавливается дроссельная заслонка 26 с противовесом, выполненным в виде сектора 27, и заслонка 26 имеет ось 28 вращения. Дроссельная заслонка 26 с помощью шарнира 29 соединяется с коромыслом 30, имеющим в центре ось 31 вращения. К другому концу коромысла 30 прикреплена шарнирно тяга 32, на которой закреплен поплавок 33. На входе в водовыпуск 24 устанавливается регулятор, состоящий из корпуса 34 (фиг. 4), на котором установлен дроссель 35 с противовесом, выполненным в виде сектора 36, и дроссель 35 имеет ось 37 вращения.

Осушительно-увлажнительная польдерная система работает следующим образом.

В весенний период, когда в почве наблюдается избыток влаги, вода из регулирующей сети 1 поступает в коллектор 2, потом в магистральный канал 3, а из последнего перекачивается насосной станцией 4 и сбрасывается в канал 6, который в это же время заполняется и паводковыми водами. Уровень воды паводка в верхнем бьефе повышается перед гребнем 8 дамбы 7 до некоторого расчетного, при котором происходит опрокидывание поворотной подпорной стенки 12 давлением воды W со стороны поступления паводковых вод, создающим опрокидывающий момент от веса G подпорной стенки 12 относительно оси 14 вращения, закрепленной в бетонном пороге 11. По мере перелива воды тяга 18 продолжает разматываться на барабане 19 и стенка 12 ложится с упором 13 на порог 11, тяга 18 полностью оказывается размотанной на барабане 19, а поворотная стенка 12 продолжает оставаться в открытом положении, когда работают все выпуски 9, что особенно будет иметь место в пик паводка. По окончании спада паводка произойдет отключение выпусков 9 в обратном порядке, тяга 18 наматывается на барабан 19 и полностью оказывается намотанной на него, а поворотная подпорная стенка 12 вновь ложится с наклоном на подпорки 15 и 16, продолжая оставаться в закрытом положении за счет усилия постоянной закрутки барабана 19 при снижении паводкового уровня, ослабляя при снижении давление воды W со стороны паводковых вод.

Варьируя упругостью тяги 18 на барабане 19, его местом размещения на гребне 17 поворотной стенки 12, можно регулировать высоту открытия стенки 12 по отношению к моменту веса G поворотной подпорной стенки 12, благодаря чему обеспечивается также и притягивание стенки 12 к подпоркам 15 и 16 и плотное прилегание стенки 12 к боковым стенкам выпуска 9 прямоугольного поперечного сечения между гребнями 8 дамбы 7.

Описываемая конструкция системы имеет ряд технико-экономических преимуществ по сравнению с аналогом. Отличие заключается прежде всего, в том, что позволяет обеспечить достаточно надежную защиту от паводковых вод и разрушения переливной дамбы с помощью поворотной подпорной стенки, размещенной в выпуске прямоугольного поперечного сечения между гребнями переливной дамбы в автономном и автоматическом режимах, даже при незначительных перепадах высот между открытием и закрытием подпорной стенки. Кроме того, обеспечивает минимальный ущерб для гидротехнических сооружений и окружающей среды при снижении затрат на возведение затопляемой дамбы и гидротехнических сооружений, ограничиваясь только первоначальными затратами на земляные работы и строительство выпусков между гребнями дамбы.