Водооборотная осушительно-увлажнительная система
WATER CIRCULATING COMBINED IRRIGATION SYSTEM

Предлагаемое изобретение относится к области сельского хозяйства и найдет применение при мелиорации легких песчаных и супесчаных почв, сформированных на подстилающих глинистых грунтах в условиях отсутствия возможности отведения дренажного стока.
Известна водооборотная мелиоративная система, включающая дренажные скважины, связанные между собой сифонными трубопроводами, водоподъемный погружной насос, размещенный в одной из скважин и сопряженный с аккумулирующим бассейном, соединенным с оросительным трубопроводом, к которому подключены дождевальные машины (Авт. св. СССР №1612048, МПК Е02В 11/00, 1990 г. ).
Недостатком этой системы является высокая стоимость, связанная со строительством дополнительной оросительной сети с дождевальными машинами, а также с затратами на устройство вертикальных скважин.
Известна осушительно-увлажнительная система, включающая систему дрен, сопряженных с дренажным коллектором, связанным с прудом-накопителем дренажного стока, и оросительную сеть. При эксплуатации этой системы в период весеннего паводка производят накопление в пруду воды, поступающей из дрен в коллектор. В засушливый период вегетации воду из пруда подают через оросительную сеть на поле (Авт. св. СССР №1631121, МПК Е02В 11/00, 1991 г. ).
Недостатками этой системы являются: снижение коэффициента земельного использования, связанное со значительными размерами пруда, в котором необходимо создать запас воды не только для орошения, но и на испарение с поверхности пруда, компенсация фильтрационных потерь и поддержание минимального «мертвого» запаса воды. В дренажной воде, накопленной в пруду, содержится большое количество элементов минерального питания, вымытых из осушаемой почвы, поэтому здесь активно размножаются различные водоросли, которые засоряют перфорацию дрен, что приводит к ухудшению их работы.
Устранить указанные недостатки позволяет предлагаемая водооборотная осушительно-увлажнительная система, включающая сеть дрен, сопряженных с дренажным коллектором, оборудованным перекачивающим насосом и связанным с накопителем дренажного стока, в которой согласно изобретению дрены уложены с нулевым уклоном относительно дренажного коллектора, а накопитель дренажного стока выполнен в виде вертикальных водонепроницаемых колодцев-накопителей с перфорацией в верхней части на глубину осушаемого слоя почвы, соединенных неразряжающимися сифонами и расположенных выше осушаемого участка со стороны преобладающего уклона местности, а водозаборная и напорная линии перекачивающего насоса снабжены водораспределительными узлами, каждый из которых соединен через запорную задвижку с дренажным коллектором и с ближайшим из колодцев-накопителей дренажного стока.
Новый технический результат от применения предлагаемой водооборотной осушительно-увлажнительной системы состоит в том, что укладка дрен с нулевым уклоном в сочетании с выполнением накопителя дренажного стока в виде водонепроницаемых колодцев-накопителей, перфорированных в верхней части и соединенных через водораспределительный узел с дренажным коллектором, позволяет собирать и накапливать дренажные воды в период их избыточного скопления на осушаемом участке и затем использовать при возникновении дефицита влажности в корнеобитаемом слое почвы для проведения орошения способом субирригации, без строительства дополнительной оросительной сети, при более эффективном использовании накопленного запаса воды. Размещение колодцев-накопителей выше участка по склону обеспечивает перехват грунтового потока дренажной воды и одновременное увеличение КЗИ мелиоративной системы за счет отсутствия пруда-накопителя дренажного стока.
Сущность предложения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен вид системы в плане, на фиг. 2 - поперечный разрез по А-А; на фиг. 3 - поперечный разрез колодцев-накопителей; на фиг. 4 - схема соединения насоса с дренажем и колодцем-накопителем.
Особенностью переувлажненных участков, не имеющих условий для отведения избыточной влаги, является наличие подстилающего слоя грунта с низкой влагопроницаемостью и отсутствие доступного водоприемника. Для поддержания благоприятного для сельскохозяйственных культур водно-воздушного режима почвы на таком участке 1 устраивают дренажную сеть, включающую дренажный коллектор 2 с дренажными колодцами 3, в которых к коллектору 2 подсоединяют дрены 4. Эти дрены укладывают с нулевым уклоном по отношению к коллектору. Расстояние между дренами составляет 10 - 15 метров. При таком расстоянии между дренами на легких почвах создаются благоприятные условия для орошения методом субирригации. Выше участка 1 по склону устраивают водонепроницаемые колодцы-накопители 5, соединенные друг с другом неразряжающимися сифонами 6 и имеющие в верхней части на глубину дренирования перфорацию 7. В начале дренажного коллектора 2 монтируют перекачивающий насос 8. Водозаборная линия 9 этого насоса снабжена водораспределительным узлом, состоящим из трубы 11 с вентилем 12, выведенной в колодец-накопитель 5, а также трубы 13 с вентилем 14, выведенной в дренажный колодец 3. Нагнетательная линия 10 насоса 8 снабжена водораспределительным узлом, состоящим из трубы 15 с вентилем 16, выведенной в дренажный колодец 3, и трубы 17 с вентилем 18, выведенной в колодец-накопитель 5. Сифоны 6 подключены к трубке 19, сопряженной с вакуум-насосом (на чертеже не показан). Глубина заложения дренажа определяется мощностью верхнего песчаного или супесчаного слоя 20, подстилаемого водоупорным слоем 21, а при значительной толщине верхнего слоя - заданной глубиною осушения.
Работа водооборотной осушительно-увлажнительной системы осуществляется следующим образом.
При весеннем таянии снега талая вода просачивается через перфорацию 7 колодцев 5. После заполнения колодцев 5 водой до уровня нижних концов сифонов 6 в трубопроводе 19 с помощью вакуум-насоса создают разряжение и заполняют сифоны 6 водой.
Особенность конструкции неразряжающихся сифонов 6 состоит в том, что концевые участки их обеих ветвей загнуты вверх и расположены на одинаковом уровне. После зарядки сифонов происходит выравнивание уровня воды во всех колодцах-накопителях 6 за счет ее перетекания по сифонам из одного колодца в другой. Вода из толщи осушаемого слоя почвы 20 просачивается в дрены 4, а из них - в коллектор 2. У насоса 8 открывают вентиль 16 на трубе 15, выведенной в дренажный колодец 3, а также вентиль 12 на трубе 11, включают насос, при этом происходит откачка воды из дренажного колодца 3 в колодец-накопитель 5 с последующим перетеканием в соседние колодцы-накопители 5 за счет работы неразряжающихся сифонов 6. Количество колодцев и их объем определяют исходя из расчетного объема стока, формирующегося на осушаемой площади. После понижения уровня влажности почвы в корнеобитаемом слое до 70-80% НВ насос 8 отключают.
В летний период, когда запасы влаги на участке 1 расходуются на эвапотранспирацию возделываемой культуры, и влажность корнеобитаемого слоя почвы снижается до 60-65% НВ, возникает необходимость в дополнительном увлажнении участка. Для проведения такого увлажнения у насоса 8 на водозаборной ветви 11 открывают вентиль 12, а на нагнетательной ветви 10 на трубе 15 открывают вентиль 16, затем насос 8 включают в работу.
Насос забирает воду из колодца-накопителя 5 и подает ее через дренажный колодец 3 в коллектор 2, из которого она поступает в дрены 4, а из них в окружающую почву, обеспечивая ее увлажнение способом субирригации. Небольшое расстояние между дренами 4 и отсутствие у них уклона обеспечивает равномерность увлажнения площади участка 1, а хранение воды в закрытых колодцах предотвращает размножение в ней водорослей и засорение ими перфорации дрен. В процессе отбора воды из первого колодца-накопителя 5 количество ее в нем постоянно пополняется за счет поступления из соседних колодцев через сифоны 6, а в них вода перетекает последовательно из соседних колодцев. Таким образом во всех колодцах 5 поддерживают одинаковый уровень заполнения. После доведения влажности почвы до заданной величины подачу воды в коллектор 2 прекращают. При выпадении обильных осадков, вызывающих превышение заданного уровня увлажнения почвы, насос 8 переключают на работу в режиме откачки из дренажной сети через колодец 3 и заполнение колодцев-накопителей 5.
Таким образом, предлагаемая система позволяет собирать и накапливать дренажные воды в период их избыточного скопления на осушаемом участке, а при возникновении дефицита влажности в корнеобитаемом слое почвы использовать накопленную воду для проведения орошения способом субирригации, без строительства дополнительной оросительной сети. Отсутствие необходимости строительства пруда-накопителя повышает коэффициент земельного использования системы.