Способ осушения затопленных замкнутых понижений Российский патент 2024 года по МПК E02B11/00 

Изобретение относится к сельскохозяйственной мелиорации и может быть использовано для отвода поверхностных вод с участков, имеющих замкнутые бессточные понижения и осушения подтопляемых и переувлажненных тяжелых почв с малой фильтрующей способностью, а также при близком залегании грунтовых вод.

Известно устройство для отвода поверхностных вод (А.с. СССР № 1382909, кл. Е02В 11/00, 1986), включающее заглубленный в почву и имеющий крышку колодец, сообщающийся с дреной и снабженный расположенными по понижениям поверхности почвы водопроводящими перфорированными трубопроводами, каждый из которых состоит из стационарной части, герметично закрепленной нижним концом в крышке колодца, и съемных секций, присоединенных к стационарной части с возможностью изменения и количества, и длины съемных секций в зависимости от уровня поверхностных вод в понижении.

Недостатком известного устройства являются высокие затраты на его эксплуатацию из-за значительных затрат ручного труда на обслуживание данного устройства.

Известен водоприемник поверхностных вод (А.с. СССР № 869790, кл. Е02В 11/00, 1980), включающий заглубленный в пахотный слой корпус с крышкой и водоприемными отверстиями в ней, при этом боковые стенки корпуса выполнены пологими с изменяющимся коэффициентом откоса, а в нижней части корпуса размещен патрубок для отвода воды в дренажную сеть.

Недостатком данного водоприемника является низкая эффективность его работы ввиду поступления в водоотвод загрязненной воды и возникновения опасности его заиления и как следствие недолговечность службы водоприемника.

Известен способ отвода поверхностных вод с замкнутых бессточных понижений (блюдец) и осушения переувлажненных и заболоченных почв (SU патент № 1714036 А 1, Е 02 В 11/00), содержащий разгрузочные лучевые тупиковые дрены, выполненные из перфорированных труб и снабженные воздуховодными трубками, совмещенными с атмосферой, объемный фильтр, водоотводящий трубопровод, наземная часть которого выполнена перфорированной и обмотана тонкостенным фильтром.

Недостатком известного способа отвода поверхностных вод с замкнутых бессточных понижений (блюдец) и осушения переувлажненных и заболоченных почв является высокая стоимость материалов и необходимость производства работ по строительству колодца, затрудненная обработка почвы из-за воздуховодных трубок и надземной части фильтра, выступающих на поверхности почвы. При реализации данного способа осушения загрязненные воды с полей переходят в подстилающие грунты, загрязняя их пестицидами и другими химическими элементами.

Известен способ осушения замкнутых понижений (SU патент № 1169394 А, Е 02 В 11/00), содержащий поглотительный колодец, заполненный фильтрующим материалом, вертикальные скважины.

Недостатком известного способа является срезка растительного слоя грунта с поверхности понижения, что приводит к нарушению плодородия почв. Вокруг поглотительного колодца в шахматном порядке устроены вертикальные скважины, заполненные фильтрующим материалом, которые обеспечивают прием загрязненных вод с замкнутого понижения и перевод в коренные породы, которыми могут быть грунты с высокими фильтрующими свойствами. Вода с полей будет загрязнять водоносные горизонты.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ отвода поверхностных вод с замкнутых бессточных понижений (блюдец) и осушения переувлажненных и заболоченных почв (SU патент № 1714036 А 1, Е 02 В 11/00), содержащий разгрузочные лучевые тупиковые дрены, выполненные из перфорированных труб и снабженные воздуховодными трубками, совмещенными с атмосферой, объемный фильтр, водоотводящий трубопровод, наземная часть которого обмотана тонкостенным фильтром.

Недостатком известного способа отвода поверхностных вод с замкнутых бессточных понижений (блюдец) и осушения переувлажненных и заболоченных почв является высокая стоимость материалов и необходимость производства работ по строительству колодца, затрудненная обработка почвы из-за воздуховодных трубок и надземной части фильтра, выступающих на поверхности почвы. При реализации данного способа осушения загрязненные воды с полей переходят в подстилающие грунты, загрязняя их пестицидами и другими химическими элементами.

Цель изобретения - разработка недорогого упрощенного устройства для отвода поверхностных вод с полевых участков имеющих замкнутые бессточные понижения и осушения подтопляемых и переувлажненных тяжелых почв с малой фильтрующей способностью или при близком залегании грунтовых вод.

Поставленная цель достигается тем, что для отвода поверхностных вод из замкнутых понижений, накапливающихся в холодный период года и приводящих к гибели озимых культур, задерживающих выполнение весенне-полевых работ, подтоплению поселений и производственных территорий в сухое время года отрывается траншея от самого низкого места замкнутого понижения к естественным понижениям местности (балки, овраги, ложбины) или искусственным дренажно-сбросным каналам, укладывается перфорированная дренажная труба, обмотанная тонкостенным фильтром от центральной части замкнутого понижения к открытым (закрытым) дренажно-сбросным каналам, расчетная длина траншеи от центральной части замкнутого понижения засыпается фильтрующим материалом в два слоя по глубине траншеи, нижняя часть траншеи до высоты 0,5 м от поверхности почвы засыпается гравием или крупным песком, а верхняя часть траншеи поочередно и прерывисто песком и почвой, с расстоянием длины каждого вида обсыпки песком и почвой 10 м в длину и на полную глубину и ширину верхней части траншеи. Глубина прокладки дренажной трубы в голове дренажа (в самом низком месте замкнутого понижения) должна быть ниже глубины промерзания почвы для данной территории, чтобы отвод воды осуществлялся и в холодное время года. Способ и его конструкция не препятствует проведению вспашки и других работ по уходу за с.-х. культурами, так как она располагается на глубине не менее 0,5 м от поверхности почвы.

Изобретение поясняется чертежом (фиг. 1), на котором приведена схема устройства для отвода воды из замкнутого понижения.

На схеме изображено: накопившаяся поверхностная вода (1) в замкнутом понижений (2), траншея (3), самое низкое место замкнутого понижения (4), естественные понижения местности (балки, овраги, ложбины) или искусственным дренажно-сбросным каналам (5), дренажная труба (6), обмотанная тонкостенным фильтром, часть траншеи (7) в понижении, засыпанная фильтрующим материалом в два слоя, нижний слой гравием или крупным песком (8) по длине траншеи, расположенной в естественном понижении, а верхний слой 0-0,5 м засыпается прерывисто песком (9) и затем почвой (10).

Именно таким образом можно построить водоотводящую конструкцию и отвести быстро накопившуюся влагу из замкнутого понижения.

Пример использования устройства

Вода талых вод и дождевых осадков стекают в замкнутое понижение 2 и накапливается 1 затопляя поверхность, через фильтрующий субстрат 8, 9 и 10 просачивается к дренажной трубе 6 и отводится в естественные понижения или дренажно-сбросную сеть 5.

Расчет размеров (площади) засыпки верхнего слоя траншеи песком (Sce4., м²) определяется в зависимости от объема отводимой воды (Ов, м³) в замкнутом понижении + объем воды из насыщенной водой почвы для осушения верхнего горизонта почвы глубиной 1 м (Вг.п., м³), скорости впитывания фильтрующего материала - песка (Свп.пес, мм/час.) и почвы (Свп.поч., мм/час).

Ов. определяется по формуле:

где

Sуч. - площадь затопленного замкнутого понижения, м²

Нз.п.- средняя глубина воды в затопленном понижении, м;

Нуч. - площадь участка для отвода воды в слое 1 м, под затопленным водой участком (Syч.) + прилегающие переувлажненные площади (Sпр.), требующие осушения и доведения запасов влаги до 0,9 НВ в слое 1 м. По нашим наблюдениям в зависимости от уклонов поверхности почвы эта площадь в 3-4 раза больше площади затопленного участка. Принимаем Hyч=3*Syч.

Зв.п.- запасы воды в почве в верхнем насыщенном слое 1,0 м которые необходимо отвести, определяются по формул

Зв.п.=ППВ-0,9НВ,

ППВ - полная полевая влагоемкость (берется из справочника, или определяется экспериментально), м³/га;

НВ - наименьшая влагоемкость (берется из справочников, или определяется экспериментально), м³/га;

0,9 - коэффициент нижнего порога увлажнения почвы, равный 0,9 НВ.

Например, для черноземов (данные из справочника) Зв.п.= 3800-2700=1100 м³ га.

Наблюдения показали, чтобы не погибли посевы озимых культур от затопления в весенний (холодный) период, время затопления (Тз.) не должно превышать 10-15 суток.

Размеры фильтрующей поверхности траншеи (S ф.) засыпаемого песком определяются по скорости впитывания (К) фильтрующего материала (песка или почвы) из формулы:

Sф.=Ов/(Свп.пес.+Свп.поч.)*Тз.

По наблюдениям и технологическим соображениям целесообразная длина засыпки траншеи может составить от 20 до 100 м, поэтому рекомендуется засыпку траншеи производить песком и почвой прерывисто с интервалом по 10 метров, т.е. 10 м засыпка песком + 10 м засыпка почвой (грунтом) вынутой из траншеи.

Диаметр дренажной трубы определяется из общеизвестной формулы

где q - расход воды, м³/c

d - диаметр внутреннего сечения трубы, м;

V - скорость течения воды в трубе, м/с,

Откуда диаметр равен

При расчетном диаметре дренажной трубы более 150 мм, в целях экономии закладываются параллельно несколько траншей с диаметром дренажной трубы в 150 мм для отвода воды по описанной выше технологии.

Пример расчета

Расчет объема отводимой воды при значениях показателей:

Syч.=15000 м²

Нз.п.=0,2 м;

Нуч.=45000 м²

Зв.п.=0,11 м³ на 1 м² площади поверхности засыпанной траншеи:,

Тз.=15 суток.

Объем отводимой с участка воды равен:

Расчет площади засыпки траншеи фильтрующим материалом:

Вводные данные. Скорость впитывания воды песком (К) в 1-й час составляет от 500 до 1500 мм/час, принимаем значение 500 мм/час. В переводе на 1 га=5000 м³/га за 1 час, переводим в м³ на 1 м² в час = 5000 м³/га /10000 Ширина траншеи равна Втр=0,5 м. Свп. поч. в связи с низкой водопроницаемостью почвы принимаем равным нулю Свп. поч.=0

Рассчитаем площадь Sф. засыпки фильтрующего материала в траншею (по поверхности почвы) при Втр=0,5 м для выполнения условий задачи - отвода воды объемом 7950 м³ в течение 15 суток (перевод сут. в часы=15*24=360 часов) рассчитываем по формуле (при ширине траншеи 0,5 м)

при ширине траншеи Втр=0,5 м длина засыпки траншеи (Лтр.) составит Лтр=Sce4./BTp.=44,2/0,5=88,4 м

Песок и земля в траншею будет засыпаться в 9 местах на указанную глубину и по всей ширине прерывисто: по 10 м по длине траншеи песок, затем 10 м вынутая из траншеи земля и т.д.

Для расчета расхода воды в дренажной трубе (q, м³/сек) необходимо перевести расход воды в м³/сек. Для этого Ов=7950 м³ делим на период Тз=15 суток выраженный в секундах Тз=15х24*3600=1296000 сек, тогда

Из этого выражения получаем, что при скорости воды в трубе 0,2 м/сек диаметр дренажной трубы должен быть равен

Таким образом, для отвода воды с замкнутого понижения, затопленного водой объемом в 7950 м³ необходимо провести мероприятия по установке дренажной трубы диаметром более 39 мм. В практике рекомендуется применять дренажные трубы диаметром от 100 мм, которые можно промывать при их заилении. В случае, если расчеты показывают, что расчетный диаметр дренажных труб должен быть более 150 мм, то прокладывается параллельно несколько дренажных трубопроводов диаметром 100 мм.

Изобретение относится к устройствам для отвода поверхностных вод из замкнутых бессточных понижений (блюдец) и осушения переувлажненных и заболоченных почв. Согласно изобретению в сухое время года отрывается одна или несколько траншей 3 от самого низкого места 4 замкнутого понижения 2 к естественным понижениям местности (балки, овраги, ложбины) или искусственным дренажно-сбросным каналам 5. Перфорированная дренажная труба 6, обмотанная тонкостенным фильтром, укладывается с уклоном от центральной части замкнутого понижения к открытым или закрытым дренажно-сбросным каналам 5 или к естественным понижениям местности. Часть траншеи 7 в понижении засыпается фильтрующим материалом в два слоя. Нижняя часть траншеи до высоты 0,5 м от поверхности почвы засыпается гравием или крупным песком 8 по всей длине траншеи, а верхняя часть траншеи от глубины 0,5 м до поверхности земли засыпается по длине траншеи поочередно и прерывисто песком 9 и затем отрытой из траншеи почвой 10 с расчетным расстоянием длины обсыпки траншеи песком и почвой 10 м каждая. Глубина прокладки дренажной трубы 6 в голове дренажа (в самом низком месте замкнутого понижения) должна быть ниже глубины промерзания почвы для данной территории и не продавливаться проходящей по поверхности поля техникой. Обеспечивается отвод поверхностных вод с полевых участков, имеющих замкнутые бессточные понижения, и осушение подтопляемых и переувлажненных тяжелых почв с малой фильтрующей способностью или при близком залегании грунтовых вод. 1 ил.

Способ осушения затопленных замкнутых понижений, включающий укладку перфорированной дренажной трубы, обмотанной тонкостенным фильтром, засыпку части траншеи в понижении фильтрующим материалом в два слоя, нижний слой гравием или крупным песком засыпают по всей длине траншеи, а верхний слой - прерывисто песком и затем почвой, отличающийся тем, что траншею отрывают в сухое время года от самого низкого места замкнутого понижения к естественным понижениям местности или искусственным дренажно-сбросным каналам, перфорированную дренажную трубу, обмотанную тонкостенным фильтром, укладывают от центральной части замкнутого понижения к открытым или закрытым дренажно-сбросным каналам или к естественным понижениям местности, часть траншеи в понижении от центральной части замкнутого понижения засыпают фильтрующим материалом в два слоя по глубине траншеи, нижнюю часть траншеи до высоты 0,5 м от поверхности почвы засыпают гравием или крупным песком, а верхнюю часть траншеи засыпают поочередно песком и почвой, причем длина каждого вида засыпки песком и почвой равна 10 м, при этом глубина укладки дренажной трубы в самом низком месте замкнутого понижения должна быть ниже глубины промерзания почвы для данной территории, чтобы отвод воды осуществлялся и в холодное время года, также не препятствуя проведению вспашки и других работ по уходу за с.-х. культурами.