Мелиоративная система

Мелиоративная система

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: изобретение позволяет исключить засоление почвы при высокой минерализации подземных вод, снизить нагрузку на дренаж при обеспечении аэрации почвенного слоя и регулировании его температурного режима, а также исключить загрязнение водоносного горизонта. Сущность: в нагнетательную скважину 1, установленную в средней части системы, фильтр которой расположен в водоносном горизонте 3, подают воздух под давлением. Из дренажных скважин 5, расположенных по контуру мелиоративной системы с внешней стороны, производят откачку подземных вод из водоносного горизонта 3, снижая давление в нем на периферии системы. За счет этого на подошве слабоводопроницаемости слоя грунтов 8 создается воздушный водонепроницаемый экран 9. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 02 B 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4820569/15 (22) 25.04,90 (46) 15,05.92. Бюл. N 18 (71) Дал ьневосточ н ы и науч но-исследовательский институт гидротехники и мелиорации (72) В.Л.Головин, А.Н.Степанов и А.С.Тур (53) 626.86 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N1168142,,кл. А 01 G 25/00, 1980. (54) МЕЛИОРАТИВНАЯ СИСТЕМА (57) Использование: изобретение позволяет исключить засоление почвы при высокой минерализации подземных вод, снизить нагрузку на дренаж при обеспечении аэрации,„ .Ц.„„1733558 А1 почвенного слоя и регулировании его температурного режима, а также исключить загрязнение водоносного горизонта.

Сущность: в нагнетательную скважину 1, установленную в средней части системы, фильтр которой расположен в водоносном горизонте 3, подают воздух под давлением.

Из дренажных скважин 5, расположенных по контуру мелиоративной системы с внешней стороны, производят откачку подземных вод из водоносного горизонта 3, снижая давление в нем на периферии системы. За счет этого на подошве слабоводопроницаемости слоя грунтов 8 создается воздушный водонепроницаемый экран 9. 1 ил.

1733558

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для осушения земель и предотвращения их засоления минерализованными водами.

Целью изобретения является повышение эффективности регулирования водносолевого режима почв, На чертеже схематично изображена мелиоративная система, разрез.

Мелиоративная система включает нагнетательную скважину 1, установленную в ее средней части, с фильтром или водоприемной воронкой 2 (в случае установки бесфильтровой скважины), расположенной в напорном водоносном горизонте 3, компрессорно-насосную установку 4, соединенную воздуховодом с нагнетательной скважиной 1, дренажные скважины 5, установленные по контуру за пределами системы с возможностью откачки подземных вод .из напорного водоносного горизонта 3, в котором установлены водоприемные фильтры 6 дренажных скважин 5. Мелиоративная система оснащена горизонтальным дренажем 7 для обеспечения при необходимости осушения почвенного слоя. На чертеже показаны также слой 8 слабопроницаемых грунтов, перекрывающий водоносный горизонт 3, и воздушный водонепроницаемый экран 9, .образующийся на подошве слабопроницаемого слоя 8 при закачке в нагнетательную скважину 1 воздуха. Для наблюдения за состоянием воздушного экрана 9 вблизи наиболее удаленной скважины 5 установлен пьезометр 10.

Мелиоративная система работает следующим образом, П ри строител ьстве новой мел иос ати вной системы или реконструируемой после проведения на ней мероприятий по расслоению почвы в средней части этой системы устанавливают нагнетательную скважину 1 или несколько скважин в зависимости от площади мелиоративной системы и проницаемости грунтов водоносного горизонта 3, причем поглощающий элемент скважины 1, например фильтр или водоприемную воронку 2 в случае выполнения скважины 1 бесфильтровой, располагают в водоносном горизонте 3. К нагнетательной скважине с помощью воздуховода подсоединяют компрессорно-насосную установку 4 (например, передвижную), что наиболее целесообразно, поскольку нагнетание воздуха производится периодически, не чаще. одного раза в год, По контуру мелиоративной системы за ее пределами устанавливают дренажные скважины 5 с фильтрами 6, размещенными в том же водоносном горизонте 3, причем верх фильтров 6 устанавливается ниже по5

55 дошвы.слабопроницаемого слоя 8 грунтов на глубину, большую или равную мощности воздушного экрана 9. Для наблюдения за состоянием воздушного экрана 9 вблизи наиболее удаленной дренажной скважины 5 устанавливается пьезометр 10, оснащенный запорным органом. Открытая торцовая часть пьезометра располагается на 0,2-0,5 м ниже подошвы слабопроницаемого слоя 8 грунтов. В зависимости от гидрогеологических условий участка размещения мелиоративной системы дренажные скважины 5 выполняют самоизливающимися с обеспечением водоотвода или оборудуют водоподъемными установками, например погружными артезианскими насосами, и проводят откачку подземных вод, снижая давление в водоносном горизонте 3 по периферии мелиоративной системы в зоне действия дренажных скважин 5. С помощью насосно-компрессорной установки 4 в нагнетательную скважину 1 подается воздух под давлением, превышающим напор подземных вод в водоносном горизонте 3 на подошве слабопроницаемого слоя 8 грунтов. По мере нагнетания воздух, имея плотность, меньшую плотности воды, и давление, превышающее указанный напор подземных вод, распространяется в водоносном горизонте 3 по подошве слабопроницаемого слоя 8 от нагнетательной скважины 1 к периферии в зону с меньшим давлением, понижаемым дренажными скважинами 5, образуя при этом воздушный экран 9, По достижении требуемых размеров воздушного экрана 9 в пьезометр 10 начинает поступать воздух, что определяют визуально, откачку из дренажных скважин 5 прекращают, при этом водоподъемное оборудование может быть демонтировано, запорный орган на пьезометре 10 перекрывается. После образования воздушного экрана 9 заданной мощности воздух начинает поступать в дренажные скважины 5, верх фильтров 6 которых расположен на соответствующей отметке, После этого подача воздуха в нагнетательную скважину 1 прекращается, скважина 1 герметизируется.

Обазовавшийся на подошве слабопроницаемого слоя 8 грунтов в водоносном горизонте 3 воздушный экран 9 предотвращает доступ подземных вод из водоносного горизонта 3 к дренажу 7 и почвенному слою, выполняя функции герметизирующей прослойки, при этом полностью исключается миграция солей к почвенному слою, т.е. обеспечивается надежная защита его от засоления на протяжении всего срока эксплуатации мелиоративной системы, в том числе и в зимние периоды. В связи с этим дренаж

1733558

55

7 обеспечивает отведение избыточной влаги только из почвенного слоя и междренное расстояние может быть существенно увеличено. Воздух, находясь под давлением на подошве слабопроницаемого слоя 8, постепенно просачивается по микропорам этого слоя в вертикальном направлении, частично отводится дренажем 7, а в зоне между дренами выходит через почвенный слой в атмосферу, обеспечивая аэрацию почвенного слоя. Кроме того, поступающий к почвенному слою воздух имеет положительную температуру на протяжении всего года, примерно равную 8 С, что способствует уменьшению глубины промерзания грунтов на площади мелиоративной системы и более интенсивному оттаиванию, следовательно, при этом обеспечивается возможность сдвижки срока начала полевых работ и увеличения продолжительности вегетационного периода, Это имеет особенно важное значение в районах с недостаточной суммой положительных температур, например, при выращивании риса. B связи с тем, что сообщающиеся микропоры слабопроницаемого слоя 8 заполнены воздухом, практически полностью исключается инфильтрация оросительных вод и атмосферных осадков через этой слой, т.е. исключается попадание каких-либо загрязнений в воздухоносный горизонт 3, связанных с эксплуатацией мелиоративной системы, в частности сточных вод при их использовании для орошения или удобрительных целей и ядохимикатов.

Объем воздуха, закачиваемого в нагнетательную скважину 1, для образования воздушного экрана может быть определен в зависимости от пористости грунтов водоносного горизонта 3 и площади мелиоративной системы. Например, при площади (й)) мелиоративной системы 250 га, пористости (n<>) песчаного грунта водоносного горизонта 3, равной 0,30, и мощности(й) воздушного экрана 9, равной 2;0 м, объем воздуха (Wb) составляет:

Wb = c0h пр =250 10 2,00,3 = 1,5 10 м .

При использовании компрессора ЗИФВКС-10, производительность (ок) которого при развиваемом давлении 2,5-3,0 кГс/см составляет 30 м /мин, время (Тк) его работ для создания воздушного экрана 9 на подошве слабопроницаемого слоя 8 составляет

П» 1,50:,1 0 ц» 1440 30 1440

Поглощающая способнос ть нагнетательной скважины соответствует ее производительности при откачке, причем

l (15

50 количество воздуха, нагнетание которого обеспечивается компрессором, должно соответствовать поглощающей способности скважины, а увеличение давления (S), при котором такое соответствие обеспечивается, может быть определено по известной формуле без учета влияния работы дренажных скважин:

S — " R,,, 4л Кф.в. m

Например, при коэффициенте фильтрации воздуха (Кф.>,) для грунтов водоносного горизонта 3, равном 3 10 м/сут., мощности водоносного горизонта 3 (m), равной 40 м, и безразмерном гидравлическом сопротивлении (Rc), зависящем от пьезопроводности и равном 20,5, величина S равна 2,5 м. Таким образом, для обеспечения требуемой поглощающей способности нагнетательной скважины достаточным является увеличение давления на 2,5 м и при мощности слабопроницаемого слоя 8 (mo) 20 м (при неглубоком расположении уровня подземных вод от дневной поверхности) общее давление, развиваемое компрессором, составляет около

22,0 м.

Время распространения воздушного экрана 9 до границ мелиоративной системы определяется по пьезометру 10. Приближенная оценка времени продвижения грани цы раздела вода — воздух (Тг) к дренажным скважинам 5 может быть осуществлена, например, по формуле, рекомендуемой для оценки времени движения загрязнений от входа в пласт:

1 по ч где L — расстояние от нагнетательной до дренажной скважины (= 1000 м);

v — скорость движения фильтрационного потока(Ч = К I), которая пои среднем коэффициенте фильтрации 3 10 м/сут и на- . порном градиенте (l) 0,003 равна 9,0 м/сут, Тогда Тг = 1000 0,3/9,0 = 33,3 сут, что вполне соответствует производительности компрессорной установки выбранной марки, Время фильтрации воздуха через слабопроницаемый слой 8 (Т ) при коэффициенте фильтрации для воздуха Кф. . = 0,02 м/сут приблизительно может быть определено по формуле

Т вЂ” /в ma 1,5 10 20 — 600 — 600 сут КФ.в. 250 10 0 02

Таким образом, примерно через 600 сут весь объем воздуха, содержащегося в воз1733558

35 40

50

Составитель B. Пчелкин

Техред М.Моргентал Корректор Н. Ревская

Редактор А. Лежнина

Заказ 1644 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 душном экране 9, может профильтроваться через слабопроницаемый слой 8 грунтов, что недопустимо, В связи с этим необходимо обеспечить контроль за состоянием воздушного экрана 9, что осуществляется с помощью пьезометра 10. В момент, когда толщина воздушного экрана 9 уменьшится до 0,2-05 м, т.е. до глубины погружения открытой торцовой части пьезометра 10 (примерно через 400-450 сут в приведенном примере), в него поступает вода. Это свидетельствует о необходимости восстановления воздушного экрана 9. С этой целью в нагнетательную скважину 1 возобновляют подачу воздуха с помощью насосно-компрессорной установки 4. Закачка воздуха проводится до момента выхода его в фильтры 6 дренажных скважин 5, верх которых установлен на глубине, соответствующей заданной мощности воздушного экрана, после чего подача воздуха в нагнетательную скважину 1 прекращается. Включение насосно-компрессорной установки 4 достаточно просто автоматизируется, например, за счет помещения в пьезометре 10 контакта, замыкающего электрическую цепь при поступлении воды в пьезометр 10.

Строительная стоимость предлагаемой мелиоративной системы сокращается в связи с тем, что уменьшается объем земляных работ. Например, для мелиоративной системы площадью 250 га зкономический эффект только за счет снижения объема земляных работ, связанных с созданием песчано-гравийного слоя (в прототие), с учетом нормативного коэффициента эффективности капитальных вложений (0,15) составляет 1,2

5 млн.руб.

Кроме того, предлагаемая мелиоративная система обеспечивает более надежную защиту почвенного слоя от засоления при высокой минерализации подземных вод и

10 водоносного горизонта при использовании сточных вод для орошения или при применении ядохимикатов, при этом обеспечиваются достаточно эффективная аэрация почвенного слоя и регулирование его темпе15 ратурного режима.

Формула изобретения

Мелиоративная- система, включающая закрытый горизонтальный дренаж, оросительную сеть, компрессорно-насосную уста20 новку, подключенную к поглощающим устройствам, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности регулирования водно-солевого режима почв, она снабжена установленными по ее контуру с

25 внешней стороны вертикальными скважинами, заглубленными в водоносный горизонт, причем верх фильтров скважин расположен ниже подошвы слабоводопроницаемого слоя, а поглощающее устройство

30 выполнено в виде нагнетательной скважины, размещенной в средней части системы, при этом водоприемный элемент скважины заглушен в водоносный горизонт,