Мелиоративная система

(19) (11) 02 В 11/О Я ЕТ ЕЛЬ ТВ 0569/ 04,90 05.92, льнев й инс ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВИ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1168142, кл. А 01 6 25/00, 1980.(57) Использование; изобретение позволяетисключить засоление почвы при высокойминерализации 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.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 б 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 иог. 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 б, размещенными в том же водоносном горизонте 3, причем верх фильтров 6 устанавливается ниже по 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 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 водо- подъемными 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 напротяжении всего срока эксплуатации мелиоративной системы, в том числе и в зимние периоды. В связи с этим дренаж1733558 10 4 лКф,в. пъ 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. В 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 удобри- тельных 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 (в) мелиоративной системы 250 га, пористости (по) песчаного грунта водоносного горизонта 3, равной 0,30, и мощности(й) воздушного экрана 9, равной 2 Я м, объем воздуха (Юь) составляет:Юь = вй по =25010 2,003 =1,5 10 м.При использовании компрессора ЗИФВКС, 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 ОО, 1440 ЗО 1440Поглощающая способность нагнетательной скважины соответствует ее производительности при откачке, причем( 15 20 25 30 35 40 45 50 количество воздуха, нагнетание которого обеспечивается компрессором, должно соответствовать поглощающей способности скважины, а увеличение давления (Я), при котором такое соответствие обеспечивается, может быть определено по известной формуле без учета влияния работы дренажных скважин: Например, при коэффициенте фильтрации воздуха (Кф,в,) для грунтов водоносногогоризонта 3, равном 3 10 м/сутмощностиводоносного горизонта 3 (в), равной 40 м, ибезразмерном гидравлическом сопротивлении (ВО), зависящем от пьезопроводности иравном 20,5, величина 3 равна 2,5 м. Такимобразом, для обеспечения требуемой поглощающей способности нагнетательной скважины достаточным является увеличениедавления на 2,5 м и при мощности слабопроницаемого слоя 8 (ао) 20 м (при неглубокомрасположении уровня подземных вод отдневной поверхности) общее давление, развиваемое компрессором, составляет около22,0 м.Время распространения воздушногоэкрана 9 до границ мелиоративной системыопределяется по пьезометру 10. Приближенная оценка времени продвижения грани цы раздела вода - воздух (Тг) кдренажным скважинам 5 может быть осуществлена, например, по формуле, рекомендуемой для оценки времени движениязагрязнений от входа в пласт:1 почгде- расстояние от нагнетательной додренажной скважины ( = 1000 м);ч - скорость движения фильтрационного потока(Ч = К), которая пуи среднемкоэффициенте фиЛьтрации 3 10 м/сут и на-.порном градиенте01003 равна 9,0 м/сут,Тогда Тг = 1000 0,3/9,0 = 33,3 сут, чтовполне соответствует производительностикомпрессорной установки выбранной марки,Время фильтрации воздуха через слабопроницаемый слой 8 (Тв) при коэффициентефильтрации для воздуха Кф.в, = 0,02 м/сутприблизительно может быть определено поформуле Т - ччв по 1,510 20 - 600- 600 сут1733558 35 40 45 50 Составитель В. ПчелкинТехред 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, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. 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 0,2-0,5 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 эффективностикапитальных вложений (0,15) составляет 1,25 млн руб.Кроме того, предлагаемая мелиоративная система обеспечивает более надежнуюзащиту почвенного слоя от засоления привысокой минерализации подземных вод и10 водоносного горизонта при использованиисточных вод для орошения или при применении ядохимикатов, при этом обеспечиваются достаточно эффективная аэрацияпочвенного слоя и регулирование его темпе 15 ратурного режима.Формула изобретенияМелиоративная система, включающаязакрытый горизонтальный дренаж, оросительную сеть, компрессорно-насосную уста 20 новку, подключенную к поглощающимустройствам, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что,с целью повышения эффективности регулирования водно-солевого режима почв, онаснабжена установленными по ее контуру с25 внешней стороны вертикальными скважинами, заглубленными в водоносный горизонт, причем верх фильтров скважинрасположен ниже подошвы слабоводопроницаемого слоя, а поглощающее устройство30 выполнено в виде нагнетательной скважины, размещенной в средней части системы,при этом водоприемный элемент скважинызаглушен в водоносный горизонт,