Результат интеллектуальной деятельности: Осушительно-увлажнительная система

Изобретение относится к области сельского хозяйства и найдет применение при орошении небольших площадей за счет накопления местного стока и дренажных вод.

Известна осушительно-увлажнительная система включающая систему дрен сопряженных с дренажным коллектором, связанным с прудом накопителем дренажного стока и оросительную сеть. При эксплуатации этой системы в период весеннего паводка производится накопление в пруду воды, поступающей из дрен в коллектор. В засушливый период вегетации воду из пруда подают через оросительную сеть на поле (Авторское свидетельство СССР №1631121, МПК Е02В 11/00, 28.02.1991 г.)

Недостатками этой системы являются высокие оросительные нормы и низкий коэффициент использования накопленной воды из-за необходимости расходования ее не только для орошения, но и на испарение с поверхности пруда и поддержание мертвого запаса воды, а также значительная площадь занимаемая прудом.

Известна водооборотная система, включающая дренажную сеть, сопряженную с прудом накопителем дренажного стока, насосную станцию, подключенную через фильтр тонкой очистки воды к сети водораспределительных трубопроводов связанных с оросительными трубопроводами, снабженными капельницами-водовыпусками. Эта система позволяет значительно снизить поливные и оросительные нормы и соответственно уменьшить площадь занимаемую прудом (Б.С. Маслов, B.C. Станкевич, В.Я. Черненок, Осушительно-увлажнительные системы, М. Колос, 1981 г., с 98, 129-130). Это техническое решение принято в качестве прототипа.

Недостатком этой системы является также низкий коэффициент использования воды в связи с необходимостью расходования ее запаса на возмещение испарения с поверхности пруда. Для предотвращения зарастания и заиливания пруда необходимо сохранять мертвый запас воды на глубину 1,5-2 м. Кроме того удобрения, вымытые с полей и содержащиеся в накопленной воде, способствуют активному развитию зеленых водорослей, которые забивают фильтры тонкой очистки воды, снижая надежность работы системы капельного орошения. Восстановление работоспособности фильтров требует промывки их водой очищенной от водорослей и удаления промывной воды с территории пруда.

Техническим результатом изобретения является снижение потерь воды на испарение с поверхности пруда-накопителя и уменьшение объема мертвого запаса воды в нем, повышение надежности работы фильтра тонкой очистки воды.

Технический результат достигается тем, что осушительно-увлажнительная система содержит дренажную сеть, сопряженную с прудом-накопителем дренажного стока, насосную станцию, подключенную через фильтр тонкой очистки воды к сети водораспределительных трубопроводов, связанных с оросительными трубопроводами с водовыпусками-капельницами, при этом пруд-накопитель снабжен защитным экраном, установленным на поплавках, закрепленных на тросах, подключенных к барабанам лебедок, расположенных на двух противоположных сторонах пруда-накопителя, экран выполнен из ряда полотнищ светонепроницаемого мембранного материала, один край которых закреплен на поплавках соседних тросов, а другой соединен быстроразъемными соединениями со смежным полотнищем, а по линии быстроразъемных соединений полотнища скреплены байонетными соединениями в виде болтов с осевыми отверстиями и гаек.

Новый технический результат от применения предложенного устройства состоит в том, что экран из светонепроницаемого мембранного полотнища позволяет снизить испарение с поверхности пруда, при этом тросы с поплавками удерживают полотнища над ее поверхностью, а выполнение их из мембранного материала позволяет задерживать пары воды при сохранении газообмена пруда с атмосферным воздухом. Светонепроницаемость экрана препятствует развитию зеленых водорослей, что обеспечивает предотвращение засорения фильтров системы капельного орошения, кроме того недостаток освещения препятствует зарастанию акватории пруда водной растительностью, что позволяет уменьшить величину мертвого запаса воды в пруду- накопителе. При этом быстроразъемные соединения обеспечивают сток дождевых осадков с поверхности экрана в пруд-накопитель. Таким образом, обеспечивается повышение коэффициента использования накопленной воды и надежности работы фильтра тонкой очистки.

Сущность предложения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен общий вид осушительно-увлажнительной системы; на фиг. 2 - защитный экран, вид сверху; на фиг. 3 -. пруд при полном заполнении, в разрезе по А-А; на фиг 4. - пруд при снижении уровня воды до мертвого объема, в разрезе по А-А; на фиг. 5 - фрагмент разреза защитного экрана по линии быстроразъемных соединений типа «липучка»; на фиг. 6 - фрагмент разреза защитного экрана по линии байонетного соединения.

Осушительно-увлажнительная система расположена на участке 1 и состоит из закрытых дрен 2, подключенных к коллекторам 3, сопряженным с собирателем 4, выведенным в пруд-накопитель 5 дренажного стока. На поверхности пруда - накопителя 5 размещен защитный экран 6. На берегу пруда - накопителя 5 установлена насосная станция 7 подключенная через фильтр 8 к сети распределительных трубопроводов 9, к которым присоединены поливные трубопроводы 10 с водовыпусками-капельницами 11. На берегах пруда-накопителя 5 установлены лебедки 12 с тросами 13, на которых смонтированы поплавки 14. К поплавкам 14 прикреплены полотнища 15, соединенные между собой быстроразъемными соединениями 16 выполненные из материала «липучка». Через расстояние 1-1,5 м по линии соединений 16 вмонтированы быстроразъемные байонетные соединения 17 состоящие из болта 18 с отверстием 19 и гайки 20. В верхней части пруда на отметке максимального уровня его заполнения установлен сбросной трубопровод 21, а короткие стороны пруда 5 выполнены вертикальными, из габионных ящиков 22.

Работа предложенной осушительно-увлажнительной системы выполняется в следующей последовательности.

На осушаемом участке 1 при строительстве осушительной системы укладывают закрытые дрены 2, сопрягая их с коллекторами 3, объединяемыми собирателем 4, выведенным в пруд-накопитель дренажного стока 5. Этот пруд, устраивают в самой нижней части осушаемого участка 1. Для удобства эксплуатации экрана 6 пруд-накопитель 5 имеет прямоугольную вытянутую форму. Размеры пруда определяются объемом собираемого стока и допустимой глубиной, характером грунтов. При этом его короткие стороны выполняют в виде вертикальных стенок (например, из габионных ящиков). На берегу пруда устанавливают насосную станцию 7, заборную линию которой опускают в пруд до уровня мертвого объема. Напорную линию насоса подключают к фильтру тонкой очистки воды 8, связанному с распределительным трубопроводом 9, к которому подключают гибкие поливные трубопроводы 10 с водовыпусками-капельницами 11. Сборку защитного экрана 6 производят до начала заполнения пруда. По длинным сторонам пруда через расстояние 3-4 м, в зависимости от ширины полотнища мембранного материала, устанавливают лебедки 12 с тросами 13, на которых через расстояние 2-3 м монтируют поплавки 14. Длину тросов фиксируют на высоте уровня мертвого запаса воды в пруду. Для изготовления экрана 6 могут быть использованы полотнища 15 из пленки, например, «Изоспан Д» или «ПВХ мембрана армированная синтетической сеткой». Одна сторона полотнища 15 крепится к поплавкам 14 с помощью степлера, а на его другой стороне крепят быстроразъемное соединение типа «липучки» 16. Два смежных полотнища соединяют между собой «липучкой» и скрепляют байонетным соединением 17, пропуская через полотнища 15 болт 18. и навинчивая гайку 20. Преимущество байонетного соединения быстрота и надежность крепления. Края экрана 6 фиксируют на берме пруда 5.

Весной вода поступает из дрен 2 через коллекторы 3 и трубопровод 4 в пруд 5, заполняя его. Поплавки 14 всплывают и поднимают экран 6, тросы 13 наматывают на барабаны лебедок 12. При этом экран 6 на берегу у лебедок 12 собирается складками. Заполнение пруда происходит до достижения максимального уровня, а избыток воды стекает по трубопроводу 21 за пределы участка 1. При выпадении осадков вода собирается на поверхность экрана 6 и, просачиваясь через соединения 16, поступает в пруд-накопитель 5. При ливневых осадках вода стекает в пруд-накопитель 5 также через отверстия 19 в болтах 18. Поступление в пруд этой воды компенсирует фильтрационные потери, а ее избыток стекает по трубе 21 за пределы участка 1. Наличие экрана 6 сводит к минимуму расходование воды на испарение с поверхности пруда-накопителя 5, так как пары воды конденсируются на поверхности внутреннего слоя мембранного материала и стекают в виде капель обратно в воду пруда-накопителя 5. При этом воздух проходит через верхний слой материала, обеспечивая газообмен пруда с атмосферой. Светонепроницаемость мембранного материала препятствует развитию зеленых водорослей (типа хлореллы, хламидомонады и др.). Недостаток освещения препятствует зарастанию акватории пруда 5 осоками и другой водной растительностью.

При наступлении засушливого периода, когда подпитка запаса воды в пруду дренажными водами прекращается и возникает необходимость начала капельного орошения, включают насосную станцию 7 и подают воду в фильтр 8, где проводится ее очистка от включений крупнее 0,1 мм. Очищенная вода поступает в трубопровод 9, из него в поливные трубопроводы 10 и водовыпуски-капельницы 11, а из них непосредственно к корням растений. Поскольку вода в пруду до начала поливов отстаивается в течение 1-2 месяцев, а экран 6 препятствует развитию в воде пруда зеленых водорослей, то количество частиц крупнее 0,1 мм в ней резко сокращается. Соответственно увеличивается продолжительность работы фильтра 8 без проведения промывки. Для промывки фильтра 8 используют воду из пруда с возвращением ее обратно в пруд.

По мере отбора воды на орошение уровень ее в пруду-накопителе 5 снижается, поплавки 14 опускаются в соответствии с понижением уровня и увлекают за собой экран 6. При этом происходит сматывание тросов 13 с барабанов лебедок 12. Понижение воды по мере откачки ее насосной станцией 7 продолжается до окончания оросительного периода или понижения уровня до мертвого запаса. При этом часть экрана 6, собранная в складки при заполнении пруда, расправляется, образуя светонепроницаемое покрытие берега, препятствующее произрастанию водной растительности. Перекрытие акватории пруда-накопителя 5 светонепроницаемым экраном позволяет предотвратить зарастание прибрежной зоны водной растительностью и уменьшить величину мертвого запас воды в пруду-накопителе 5 до минимально допустимого уровня. После прекращения засушливого периода при выпадении осадков происходит пополнение запасов воды в пруду-накопителе 5, а в случае необходимости продолжение проведения поливов. Демонтаж экрана 6 проводят после завершения оросительного сезона и опорожнения пруда или после замерзания воды в пруду по льду.

Для оценки эффективности предложенного технического решения приведем приблизительный расчет результатов его применения по сравнению с дождеванием в средней полосе России, в условиях небольшого фермерского хозяйства площадью 100 га. Такое хозяйство при отсутствии естественных водоисточников для применения орошения вынуждено рассчитывать на использование воды местного стока, собираемого в пределах собственных землевладений. В условиях пересеченного рельефа среднерусской возвышенности реальная площадь пригодная для орошения овощных культур в масштабах такого фермерского хозяйства может составлять 10-15 га. В орошении это поле нуждается, как правило, в июле - августе, когда прекращается отток дренажных вод, уровень грунтовых вод опускается, а влажность пахотного слоя снижается ниже 60% НВ. Такой засушливый период может продолжаться 30-50 дней и оказать значительное влияние на урожайность. Для предотвращения этого влияния на участке проводят 4-5 поливов с помощью дождевальной техники. Поливы проводят нормой 200-250 м³/га. Оросительная норма составит 800-1200 м³/га.

Для участка площадью 10 га в пруду требуется накопить 12000 м³ воды. При минимальной глубине пруда 2 м необходимой для предотвращения зарастания пруда водной растительностью и последующего заболачивания, его площадь составит 6000 м² при ширине 30 м и длине 200 м. Однако с учетом средней величине испарения воды с поверхности пруда его глубину следует увеличить на 0,5 м и, соответственно, запас воды на 3000 м³. Потери на фильтрацию, даже на слабоводопроницаемых грунтах, принимают также 3000 м³, что требует увеличение глубины пруда еще на 0,5 м. После отбора оросительной нормы в пруду доложен остаться мертвый санитарный объем, предотвращающий его заиление и зарастание. Его размеры в данном случае составляют 2 м или 12000 м³. Таким образом, общая глубина пруда должна составлять 5 м, а запас воды - 30000 м³.

При капельном орошении увлажняют только полосы вдоль рядков растений от 30 до 50% общей площади поля. Поливы проводят небольшими нормами с интервалом 2-3 дня. Оросительная норма благодаря этому может снизиться на 50% до 600 м³/га. Соответственно, запас воды в пруду может быть сокращен на 6000 м³, а использование экрана предотвращающего испарение позволяет сократить этот запас еще на 3000 м³. Снижение освещенность акватории пруда, препятствует зарастанию его водной растительностью, что позволяет уменьшить глубину мертвого запаса с 2,0 м до 1,0 м и уменьшить необходимый запас воды еще на 6000 м³. В результате общий объем воды в пруду сокращается до 15000 м³, а его глубина может быть уменьшена до 2,5 м.

Благодаря подавлению жизнедеятельности зеленых водорослей и, отстаиванию воды в пруду в течение 1-2 месяцев предшествующих оросительному периоду вода значительно осветляется и при заборе ее с глубины верхней отметки мертвого запаса создает благоприятные условия для работы фильтра и системы капельного орошения. При этом удобрения, вынесенные с поля дренажной водой, при проведении полива возвращаются через капельницы непосредственно к корневой системе растений.

Таким образом, применение предложенной осушительно-увлажнительной системы обеспечивает повышение надежности работы фильтра тонкой очистки воды, увеличение коэффициента использования накопленной в пруду воды за счет снижения потерь воды на испарение с поверхности пруда и уменьшения объема мертвого запаса воды в пруду.