Результат интеллектуальной деятельности: Способ 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.

Известен способ регулирования запасов подземных вод (Патент на изобретение RU №2569035, МПК Е03В 3/32, 3/06, опубл. 20.11.2015. Бюл. №32), включающий накопление в поперечном створе долины реки, полностью по мощности перекрывающем водоносный горизонт, когда в поперечном створе долины реки, выше зоны влияния подземного водохранилища, осуществляют дополнительное накопление подземных вод, в дополнительное подземное водохранилище и управляют уровнем подземных вод, при его падении, на участке подземного водохранилища, путем регулируемого пропуска воды из дополнительного подземного водохранилища в основное подземное водохранилище. Обеспечивая возможность надежного водоотбора в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации.

Недостатком известного способа 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, в связи с неиспользованием надземной части горного ущелья.

Известен способ регулирования запасов надземных вод, заключающийся в создании гидротехнического сооружения для регулирования запасов воды для целей водоснабжения и орошения - надземная плотина - водоподпорное сооружение, перегораживающее водоток и его долину для подъема уровня воды и накопления поверхностного стока вод в надземном водохранилище в многоводные периоды года и расходовании их в маловодные периоды (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 способа является невозможность обеспечения накопления и поддержания объема воды в водохранилище в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации, в том числе и в маловодные периоды года, в долинах рек с периодически пересыхающим водотоком. Создание риска катастрофических ситуаций, при пропуске максимальных расходов, вследствие устройства надземной плотины -водоподпорного сооружения, перегораживающего водоток и его долину для подъема уровня воды, а также вследствие не эффективного использования объема надземного водохранилища из-за его заиливания.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ регулирования запасов подземных вод (Патент на изобретение RU №2621265, МПК Е03В 3/32, 3/06, опубл. 01.06.2017 Бюл. №16), включающий накопление в долине реки, полностью по мощности и ширине перекрытой барражем в водоносном горизонте, подземных вод в подземном водохранилище и надземных вод в надземном водохранилище полностью по ширине перекрытой плотиной долины реки, в многоводные периоды года и расходовании их водозабором или из подземного или из надземного водохранилища в маловодные периоды года, при регулируемом пропуске воды из одного объема в другой и потребителю посредством механического водоподъема, когда перед барражем устраивают каптаж и интенсифицируют процесс накопления воды в надземном водохранилище в период интенсивного стока атмосферных осадков, путем пропуска в него дополнительно воды регулируемым самотеком из каптажа подземного водохранилища.

Недостатком известного способа 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. Создание риска катастрофических ситуаций, при пропуске максимальных расходов, вследствие устройства надземной плотины - водоподпорного сооружения, перегораживающего водоток и его долину для подъема уровня воды, а также вследствие не эффективного использования объема надземного водохранилища расположенного в русле реки, из-за его заиливания.

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 стоков, а также подземного и надземного объемов долины горной реки, при исключении рисков катастрофических ситуаций.

Технический результат достигается тем, что в способе для регулирования запасов пресных вод, заключающемся в одновременном накоплении в долине реки подземных вод в подземном водохранилище и поверхностного стока в надземном водохранилище и управлении уровнем подземных вод, при его падении, на участке подземного водохранилища, путем регулируемого пропуска воды из надземного водохранилища, при необходимости управлять уровнем надземных вод, при его падении, на участке надземного водохранилища, осуществляют регулируемую подачу воды из подземного водохранилища, согласно изобретению надземное водохранилище располагают в боковом горном ущелье относительно долины реки и выполняют деривационный канал с бесплотинным водозабором для подачи воды из реки в надземное водохранилище в многоводный период года.

Отличительными от прототипа признаками являются:

- эффективное использование объема горной долины для накопления вод подземного и надземного стоков, в виду расположения объема надземного водохранилища в боковом горном ущелье относительно долины реки;

- управление уровнем надземных вод при его падении на участке надземного водохранилища, в многоводный период года, путем регулируемого пропуска воды по деривационному каналу с бесплотинным водозабором;

- исключение рисков катастрофических ситуаций в виду отсутствия перегораживающих сооружений в русле реки, как при устройстве надземного водохранилища, так и при осуществлении водозабора в деривационный канал;

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.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на рис. 1 в плане схематично изображено расположение и взаимосвязь элементов при реализации способа регулирования запасов пресных вод, на рис. 2 схематично изображен продольный разрез безнапорного водоносного горизонта по А-А, по подземному водохранилищу, а на рис. 3 - разрез по Б-Б по надземному водохранилищу.

Способ для регулирования запасов пресных вод включает водонепроницаемый барраж 1, созданный, например, методом «стена в грунте» в поперечном створе долины 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 ущелье расположено надземное водохранилище 4 образованное надземной плотиной 5 и связанное с рекой деривационным каналом 6. При этом перед барражом 1 расположена водоприемная скважина 7, связанная трубопроводом 8 с объемом надземного водохранилища 4 или с потребителем воды, для целей водоснабжения. 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 (НПУ) должен располагаться на отметке 10, а НПУ подземного водохранилища 3 должен располагаться на отметке 11. Уровни «мертвых» объемов подземного водохранилища 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.

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 или в виде поверхностных вод по руслу реки, или фильтрует в грунт. 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 пропуска 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 вода, 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 пропуск воды из подземного водохранилища 3 посредством трубопроводной системы 8, через скважину 7.