МЕЛИОРАТИВНАЯ СИСТЕМА Российский патент 1994 года по МПК E02B11/00 

Изобретение относится к мелиорации, а более конкретно - к конструкции мелиоративных систем, и может быть использовано в качестве оросительно-дренажной системы совмещенного типа в аридной зоне страны.

Известна оросительно-дренажная система несовмещенного типа, включающая насосную станцию и две не связанные между собой и накладываемые друг на друга закрытые сети: оросительную, включающую напорный транспортирующий, распределительные и оросительные трубопроводы, оснащенные водораспределительными узлами и гидрантами с задвижками для питания дождевальных систем поливочных машин или устройств, и дренажную, состоящую из закрытых дрен, собирателей и коллектора, оборудованные смотровыми ж.б. колодцами. Внутрихозяйственная оросительно-дренажная система, генплан. Минвод СССР, 1987).

Недостатки указанной системы - высокие капитальные и эксплуатационные затраты, сложность конструкции - пересечение трасс трубопроводов оросительной и осушительной сетей, высокий удельный расход трубного материала, наличие в системе многочисленных и дорогостоящих ж.б. смотровых колодцев, низкая эффективность дренажной сети и др.

Многие недостатки аналога устранены в другом техническом решении, принятом в качестве прототипа. В системе совмещенного типа отпадает необходимость в устройстве безнапорных собирателей и ж.б. смотровых колодцев, благодаря тому, что их функции при необходимости выполняют соответственно напорные распределительные трубопроводы и нанососборники.

Недостаток прототипа - возможность остаточного заиления днищ обратных клапанов вслед за проведением послестроительной промывки дрен от наносов, что может привести к негерметичному (неполному) закрытию устьевых отверстий дрен с помощью клапанов при работе системы в режиме орошения. Это может привести к поступлению части оросительной воды в дрены, что недопустимо. Другой недостаток прототипа - невозможность вакуумирования дренажа при наличии тяжелых по механическому почво-грунтов, обладающих низким коэффициентом фильтрации (мелиорируемые тяжелые почвы занимают более 50% от используемых земель).

Цель изобретения - повышение эффективности работы системы и сокращение капитальных и эксплуатационных затрат.

Поставленная цель достигается тем, что система снабжена промывно-вакуумирующими патрубками, установленными в узлах сопряжения дрен с напорными распределительными трубопроводами - непосредственно за обратными клапанами, при этом нижний конец каждого патрубка сообщен с полостью распределительного трубопровода и дрены, а верхний выведен на поверхность земли и снабжен герметичной крышкой.

На фиг.1 изображена несовмещенная мелиоративная система; на фиг.2 - то же, совмещенная; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - узел I на фиг. 3.

Система включает напорные транспортирующий, распределительные и оросительные трубопроводы, соответственно 1,2 и 3, дрены 4 и коллектор 5. Распределительные трубопроводы 2 соединены с транспортирующим трубопроводом 1 с помощью водораспределительных узлов 6, а с коллектором 5 - посредством смотровых колодцев с задвижками 7. Дрены 4 сопряжены с распределительными трубопроводами 2 посредством обратных клапанов 8, а оросительные трубопроводы 3 - посредством водораспределительных узлов с задвижками 9. Дрены имеют по своей длине нанососборники 10, а оросительные трубопроводы 3 - напорные гидранты с задвижками 11. Направление движения воды на всех фигурах показаны стрелками. Каждый обратный клапан 8 имеет промывно-вакуумирующий патрубок 12, расположенный непосредственно за обратным клапаном 8. Нижний конец патрубка сообщен с полостью распределительного трубопровода 2, а верхний выведен на поверхность земли и снабжен герметичной крышкой. В системе исток каждой дрены 4 оборудован П-образным патрубком 14 для возможности подачи воды в дрену 4 из соседнего распределительного трубопровода 2 для послестроительной, а при необходимости и эксплуатационных промывок. Патрубок 14 оснащен при входе в дрену 4 ограничителем напора, т.е. штуцером 15 (напор воды в распределительных трубопроводах 2 составляет 8-9 атм, а напор воды в дренах при промывке от наносов не должен превышать всего 3-4 м. водного столба, т.е. 0,3-0,4 атм), вентиляционным насадком 16, регулирующей задвижкой 17 и водовыпуском 18.

Действие системы заключается в следующем.

При работе системы в режиме орошения она функционирует как оросительная: вода из транспортирующего трубопровода 1 поочередно подается в распределительные трубопроводы 2 с помощью задвижки, установленной на водораспределительном узле 6 при закрытой задвижке в смотровом колодце 7. Далее вода с помощью распределительных узлов 9 поступает также поочередно в оросительные трубопроводы 3, а из них в гидранты 11 (при открытых гидрантах на них), питающие дождевальные или поливочные машины, поливные трубопроводы и другие устройства. В процессе каждого полива с/х культур, обратные клапаны 8, установленные в устьях дрен 4 автоматически - под влиянием напора воды запирают их устьевые отверстия, что исключает поступление в них оросительной воды. Таким образом, в поливные периоды, когда дренаж либо не функционирует, либо работает с незначительным (минимальным) расходом. Дрены отключаются на 5-15 дней, что не представляет опасности для подъема уровня минерализованных грунтовых вод. Это подтверждается на основании расчетов для каждого конкретного случая. По окончанию каждого полива закрывают задвижки на каждом распределительном узле 6 и наоборот, открывают таковые в смотровых колодцах 7 и опорожняют, таким образом, распределительные трубопроводы 2 и присоединенные к ним дрены 4 и оросительные трубопроводы от воды. Происходит самопромыв (т.е. промывка без подачи воды из вне) системы от наносов объемом воды, накопливаемым в трубопроводах и дренах за время проведения поливов. Это дает возможность экономить воду для проведения эксплуатационных промывок дренажа.

В невегетационные, а также в межполивные периоды система функционирует как обычная дренажная. Избыточные почвенно-грунтовые воды из определенного слоя грунта под действием силы тяжести поступают в дрены 4 и по ним в распределительные трубопроводы 2, проходя при этом через обратные клапаны 8, не препятствующие свободному поступлению дренажного стока из дрен - 4 в распределительные трубопроводы 2, выполняющий в данный период функции безнапорного собирателя 2'. Далее дренажный сток по распределительным трубопроводам 2 поступает в коллектор (открытый или закрытый) 5, а по нему самотеком - за пределы мелиорируемого массива. Наносы, содержащиеся в почвенно-грунтовых водах, после их поступления в дрены 4 частично осаждаются в карманах-ловушках 10 и частично в самих дренах 4, а лишь незначительная часть в зоне влияния обратного клапана 8, что не может угрожать нормальному его функционированию.

Опыт эксплуатации закрытого дренажа свидетельствует о том, что максимальное заиление дренажа происходит сразу же после строительства. При этом наносы закупоривают сечение дренажных труб до 50% и более, в результате чего пропускная способность дренажа уменьшается в два раза, что недопустимо. В связи с этим возникает необходимость проведения после строительной промывки дренажа от наилка.

Послестроительную промывку дренажа осуществляют следующим образом.

Воду на промывку из соседнего - вышележащего распределительного трубопровода 2 с помощью патрубка 14 и задвижки 17 подают в исток каждой дрены 4 через ограничительный штуцер 15 (задвижку открывают полностью - до отказа), выходной диаметр которого рассчитывается исходя из условий создания скоростей движения воды в дренах 0,5...1,0 м/с. при расчетном напоре не более 3...4 м водного столба. При указанных скоростях происходит полный смыв и удаление свежеуложенных наносов, из которых наиболее крупные осаждаются в карманах-ловушках 10, а более мелкие, составляющие не более 10...20% транспортируются дренажным стоком из дрен 4 в распределительные трубопроводы (он же безнапорный собиратель) 2 через обратный клапан. При этом имеет место некоторое остаточное заиление полости обратного клапана 8 наносами, которые препятствуют свободному его отклонению, т.е. открытию и закрытию. Поскольку создание подобных помех нормальному функционированию обратного клапана недопустимо, возникает необходимость удаления наносов со дна обратного клапана 8 после промывки дрен 4. При наличии тяжелых почв, обладающих низкой фильтрующей и, следовательно, дренирующей способностью возникает необходимость вакуумирования дренажа с целью ускорения водоотдачи таких почв с помощью вакуум-насосов, откачивающих часть воздуха из полостей дрен 4.

Удаление наносов со дна обратного клапана 8 с помощью напорных струй, а также вакуумирование дренажа путем откачки воздуха возможно осуществлять с помощью промывно-вакуумирующими патрубками 12, снабженными герметичными крышками 13, защищенными железобетонными кольцами 19.

Подача воды в промывно-вакуумирующий патрубок 12 под необходимым напором может быть осуществлена из водовыпуска 18 с помощью гибкого шланга в течение не более 3...5 мин. В результате этого становится возможным направить на дно обратного клапана мощную струю воды со скоростью более 15...20 м/с, обеспечивающую смыв и удаление остаточных наносов из зоны влияния обратного клапана 8. Для этого необходимо, чтобы промывно-вакуумирующий патрубок 12 был расположен в узлах сопряжения дрен 4 с распределительными трубопроводами 2, так, чтобы нижний его конец сообщался с полостью распределительным трубопроводом 2, а верхний - выведен на поверхность земли для возможности подачи воды на промывку. Герметичную крышку 13 перед промывкой открывают, а после закрывают во избежание попадания в промывно-вакуумирующий патрубок 12 мусора и пр.

При необходимости вакуумирования дрены 4 открывают крышку 19 и подключают к верхнему концу промывно-вакуумирующего патрубка 12 передвижной вакуум-насос. До включения вакуум-насоса задвижка 17 должна быть закрыта наглухо, а вентиляционный насадок 16 подлежит замене заглушкой (не показано).

Суть вакуумирования заключается в том, что с помощью вакуум-насоса из полостей дрен 4 поочередно откачивают через промывно-вакуумирующий патрубок 12 часть воздуха, в результате чего ускоряется приток грунтовых вод в дрены, что обеспечивает нормальный водно-солевой режим зоны аэрации в активном слое почвы. Вакуумирование дренажа можно осуществлять не только подренно, но также и централизованно, устанавливая мощный вакуум-насос над смотровым колодцем 7 каждого распределительного трубопровода 2 - непосредственно перед его задвижкой с помощью вакуумирующего патрубка, аналогичного с 12. При этом происходит откачка воздуха из полости распределительного трубопровода 2, а также одновременно из полостей всех дрен 4 к нему присоединенных. Таким путем можно увеличить производительность труда и уменьшить затраты труда и средства на вакуумирование.

Таким образом, промывно-вакуумирующий патрубок 12 приобретает в мелиоративной системе двойное назначение: первое - для подачи воды на промывку наносов и их удаления со дна обратного клапана 8 и второе - для присоединения к вакуум-насосу и откачки части воздуха из полости дрен.

Сопоставление конструкций двух мелиоративных систем: практикуемой ныне - несовмещенной (фиг. 1) и предлагаемой - совмещенной (фиг.2) показывает, что последняя проще по конструкции, так как она не имеет ни собирателей 2^I, ни железобетонных колодцев 7^I, в результате чего значительно сокращаются капитальные и эксплуатационные расходы и увеличивается коэффициент земельного использования. В совмещенной системе становится возможным осуществлять последовательную промывку дрен от наносов, их вакуумирования при наличии тяжелых по механическому составу почво-грунтов, а также повышения надежности работы системы за счет смыва наносов со дна обратных клапанов 8.

Использование: в мелиоративных системах совмещенного типа для применения в аридных зонах. Сущность изобретения: система содержит устройство для гидравлической послестроительной промывки и вакуумирования дренажа при наличии тяжелых почв, которое включает промывно-вакуумирующие патрубки, установленные в узлах сопряжения дрен с распределительным трубопроводом за обратными клапанами. Нижний конец патрубка сообщен с полостью трубопровода и дрены, а верхний выведен на поверхность земли и снабжен герметичной крышкой. 4 ил.

МЕЛИОРАТИВНАЯ СИСТЕМА, включающая коллектор, собиратели и дрены со смотровыми колодцами на них, напорные транспортирующий, распределительные и оросительные трубопроводы с регулирующей арматурой и гидрантами, причем дрены присоединены к распределительным трубопроводам посредством обратных клапанов и снабжены насососборниками, расположенными под ним по всей длине и гидравлически с ними сообщенными, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности в работе системы и сокращения капитальных и эксплуатационных затрат, система снабжена промывно-вакуумирующими патрубками, установленными в узлах сопряжения дрен с распределительным трубопроводом за обратными клапанами, при этом нижний конец патрубка сообщен с полостью распределительного трубопровода и дрены, а верхний конец выведен на поверхность земли и снабжен герметичной крышкой.