Способ аккумуляции атмосферных осадков для накопления пресных грунтовых вод

Способ аккумуляции атмосферных осадков для накопления пресных грунтовых вод

Реферат

Изобретение относится к способам водоснабжения в основном для сельскохозяйственных нужд в аридных зонах. В засушливых, маловодных районах, в частности в Прикаспийской низменности, местное население получает пресную воду из колодцев (худуков), которые располагаются среди незаросших открытых барханных песков. Появление здесь пресной воды обусловлено инфильтрацией осадков и формированием «пресных линз» (В.Н.Кунин, 1959; В.Н.Кунин, Н.Г.Шевченко и др., 1963; Н.Ф.Кулик, 1979).

В аридной зоне процесс накопления пресных грунтовых вод осуществляется тогда, когда на участке дневная поверхность способна пропускать атмосферные осадки в нижележащие горизонты, отсутствуют поверхностный сток и растительность. В этом случае формируется промывной тип водного режима (А.А.Роде, В.Н.Смирнов, 1972) и часть атмосферных осадков фильтруется через зону аэрации. Эта вода накапливается на водоупорном слое в виде грунтовых вод. Остальная их часть расходуется на испарение.

Почвогрунты в сочетании с водоупорным горизонтом являются емкостью для накопления и хранения влаги осадков и постепенной водоотдачи их для хозяйственных нужд. Появляющаяся на участке растительность потребляет накапливаемую влагу на транспирацию и инфильтрация осадков в грунтовые воды сокращается или полностью прекращается.

Роль водоупора могут выполнять глинистые и скальные горизонты, а также зональные, присущие данной местности (Ф.К.Ланге, 1958), соленые грунтовые воды. Фильтрующаяся пресная вода, как имеющая меньшую плотность, ложится на соленые грунтовые воды слоем в виде линзы и не смешивается с ними. В большинстве случаев минерализация воды в линзах не превышает 1-2 г/л, а в подстилающих зональных грунтовых водах она достигает 30-50 г/л.

Объем фильтрующейся воды увеличивается по мере увеличения годовых осадков. На открытых песках Северного Приксаспия в водоносный горизонт ежегодно проникает 100-150 мм осадков, на Терско-Кумских песках 150-200 мм, на Придонских - до 300 мм. По результатам многолетних исследований на гидрологическом комплексе ВНИАЛМИ (г.Волгоград) годовой объем погружаемых осадков составляет 250-320 мм (Н.Ф.Кулик и др., 1996, 2007). В этом случае из одного гектара открытых песков можно получить 2500-3200 м³ пресной воды. Известен способ получения пресной воды на подвижных песках с помощью дренажной сети, которая устраивается на уровне грунтовых вод и имеет водосборник в нижней точке. С водосборника пресную воду отбирают на хозяйственные нужды в объеме 50-60% от величины годовых осадков (Кулик Н.Ф. и др. РФ, 2288329, 27.11.2006). Недостатком способа является то, что подвижные пески, к которым приурочены пресные линзы, располагаются случайно в местах концентрации животных или в местах интенсивного антропогенного воздействия - строительные объекты, жилые поселки и др. Будучи единственными источниками пресной воды многих регионов (например, Прикаспийской низменности), они во многом корректируют пастбищную нагрузку: скот концентрируется вокруг колодцев, а удаленные от колодцев пастбища не используются. Площадь таких пастбищ в Северном Прикаспии достигает 30% площади региона (2,5 млн га).

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание объектов для накопления пресной дождевой воды с целью водоснабжения и водопоя скота в местах, где это необходимо в соответствии с хозяйственной деятельностью. Задача решается тем, что открытые пески, которые обуславливают появление пресных грунтовых вод, создают искусственно путем уничтожения на заросших песках растительности. Накапливаемую воду используют путем дренажа. По границам участка для защиты от дефляции высаживают лесную полосу. В целях предупреждения поступления соленых вод в дренажную сеть отбирают не более 50-60% от величины годовых осадков.

Способ осуществляют следующим образом.

1. Определить необходимую годовую потребность в воде, например, чабанской бригады в условиях Прикаспийской низменности при величине годовых осадков 250 мм. Годовая потребность в воде 1700 м³. Эту воду можно собрать на площади 1,3 га при КПД 50% (процент использования годовых осадков). К участку водонакопления следует прибавить площадь для обеспечения дополнительным водопитанием противодефляционных лесных посадок. Боковое распространение корней древесно-кустарниковых пород в большинстве случаев ограничивается 10 м. Поэтому по периметру водонакопительного участка с внутренней стороны следует выделить 10-метровую полосу на площади 0,5 га. Таким образом, общая площадь водонакопительного участка составит 1,8 га при его квадратной форме.

2. Среди пастбищ выбирают равнинный песчаный участок площадью 1,8 га с незасоленными или слабозасоленными почвогрунтами и уровнем грунтовых вод 2-4 м. Глубина лимитируется техническими возможностями дреноукладчиков. На участке проводят съемку поверхности залегания грунтовых вод, определяют их уклон и скорость фильтрации водоносных горизонтов. При необходимости делают планировку поверхности участка.

3. На участке строят дренажную сеть на уровне грунтовых вод, например в соответствии с патентом РФ №288329. Строится водосборник, куда выводятся дрены, обеспеченные запорным устройством. Во время эксплуатации дрены возможен прорыв соленых вод. Дрена закрывается на какое-то время, в течение которого на участке дрены происходит опреснение. Водосборник представляет собой цилиндр или куб без дна для увеличения объема аккумулируемой пресной воды.

4. Растительность на участке ликвидируют механическим путем (вспашка, фрезерование, культивация). В последующем это состояние поверхности поддерживается культивацией или скотосбоем.

5. Для предотвращения выноса песка из участка по его границам высаживают 5-рядную древесно-кустарниковую полосу из местных пород плотной конструкции как обеспечивающую максимальную защиту от дефляции в пределах действия лесополосы (Агролесомелиорация, 2006).

6. Организуют забор воды из водосборника для хозяйственных нужд путем устройства водоподъемника.

7. Вода поступит в водосборник после первого холодного периода, но первые ее порции могут быть солеными из-за промывки зоны аэрации. Ее необходимо откачать и сбросить за пределы линзы вниз по уклону зональных вод на расстояние 200-300 м.

Литература

1. Агролесомелиорация. - Волгоград.: ВНИАЛМИ, 2006. - С.325-334.

2. Н.Ф.Кулик. Водный режим песков аридной зоны. - М.: Гидрометеоиздат, 1979. - С.90-93.

3. Н.Ф.Кулик, А.К.Кулик, А.С.Хныкин. Водно-балансовые исследования на гидрологическом комплексе ВНИАЛМИ и возможности конденсации атмосферной влаги. Материалы международной научно-технической конференции. - Волгоград.: ВНИАЛМИ, 2007. - С.142-153.

4. Н.Ф.Кулик, Н.С.Зюзь, В.П.Рогачев. О возможности конденсации атмосферной влаги песчаными отложениями на уровне грунтовых вод. // Почвоведение, 1996, №5. - С.635-639.

5. В.Н.Кунин. Местные воды пустыни и вопросы их использования. - М.: Изд. АН СССР, 1959. - С.131-139.

6. В.Н.Кунин, Н.Г.Шевченко и др. Линзы пресных вод пустыни. - М.: Изд. АН СССР, 1963. - С.377.

7. О.К.Ланге. Основы гидрологии. - М.: Изд. МГУ, 1958. - С.99.

8. А.А.Роде, В.Н.Смирнов. Почвоведение. - М.: «Высшая школа», 1972. - С.206.

Способ аккумуляции атмосферных осадков для накопления пресных грунтовых вод на открытых песках, отличающийся тем, что на заросших незасоленных песках выделяют площадь, которая обеспечивает получение потребного количества воды, исходя из возможности аккумуляции половинной части годовых осадков, механическим путем удаляют растительность, строят дренажную сеть на уровне грунтовых вод для сбора пресной воды, а для предохранения участка от выдувания песка по его границе высаживают лесную полосу из местных деревьев и кустарников плотной конструкции.