ВОДОЗАБОРНЫЙ УЗЕЛ ОРОСИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
WATER INTAKE UNIT OF AN IRRIGATION SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области мелиоративных систем и сооружений и может быть использовано при осуществлении водозабора для нужд орошения земель из горных и предгорных участков рек, которые характеризуются высокими скоростями течения воды и наличием большого количества взвешенных и донных наносов.
Уровень техники
Известен водозабор с донной решеткой (SU 437825 А1, 03.07.1975), включающий водоприемную галерею и пескогравиеловку, отличающийся тем, что с целью обеспечения безнаносного забора при ограниченных промывных расходах в водоприемной галерее расположена цилиндрическая камера с водоприемной щелью. Недостатком данной конструкции водозаборного узла является низкая эффективность очистки воды от взвешенных наносов. Пескогравиеловки неудовлетворительно работают на водоводах с большими скоростями течения, при этом сброс воды на промыв наносов достигает 10% и более. Осветлению, т.е. активной обработке в пескогравиеловках, подлежит лишь часть оросительной воды и в осветленную воду поступают фракции наносов диаметром 0,25 мм и более, что недопустимо для закрытых оросительных систем.
Известен донный решетчатый водозабор с промывной камерой (Гидротехнические сооружения: учеб. для вузов / И.М. Волков [и др.]. - М.: Колос, 1986. - 464 с.), который состоит из невысокой плотины с водозаборной галереей под гребнем или порогом плотины, перекрытой решеткой. Вода, переливающаяся через водозаборную часть плотины, поступает через решетку в донную галерею. Из галереи вода сливается в камеру, где происходит выпадение наносов. Из этой камеры вода поступает в оросительный канал. Данная камера периодически промывается, и выпавшие наносы через щитовые отверстия смываются в нижний бьеф. К недостаткам данной конструкции относятся периодический режим работы водозабора, т.е. требуются технологические перерывы для очистки камеры с выпавшими наносами. Существенным недостатком является и то, что для успешной эксплуатации данного типа водозаборов необходимо обязательное присутствие эксплуатационного персонала. Также работа водозаборного узла с периодическим прекращением подачи воды для удаления наносов не соответствует требованиям непрерывной технологии орошения прогрессивными способами.
Известен донный решетчатый водозабор с щитовыми отверстиями на водосливном фронте (Гидротехнические сооружения: учеб. для вузов / И.М. Волков [и др.]. - М.: Колос, 1986. - 464 с.), в конструкциях которого используются два способа борьбы с наносами: 1) создание в верхнем бьефе поперечной циркуляции, при которой основная масса донных наносов будет сбрасываться в нижний бьеф через сбросную щитовую часть плотины, минуя решетчатую водозаборную галерею; 2) улавливание до водозаборной галереи значительной части донных наносов с помощью наносоперехватывающей траншеи. К недостаткам этой конструкции относится неудовлетворительная очистка воды от взвешенных наносов.
Известен подрусловой фильтрующий водозабор комбинированной конструкции (RU 2518634 С2, 10.06.2014), который содержит водосборную галерею, поверху которой устроен фильтрирующий водоприемник, состоящий из металлической решетки и уложенных сверху нее в два плотных ряда фильтрирующих гибких тюфяков. Гибкие тюфяки выполнены из легких фашин, завернутых в геосетку. Основной водный поток свободно протекает сверху водоприемника галереи, а часть воды под действием напора проходит через гибкие тюфяки верхнего и нижнего рядов в водосборную галерею, так как легкие фашины из камыша, из которого сделаны гибкие тюфяки, обладают хорошими дренирующими свойствами. При этом одновременно происходит и очистка воды от взвешенных частиц, гибкие тюфяки водоприемника работают и как дренажи, и как фильтры. Из-за высокого уклона верхнего ряда тюфяков водоприемника большая часть наносов, которые туда попадают с потоком воды, не задерживается, уносится и смывается водой, только небольшая часть наносов проникает в фашины гибких тюфяков (в основном взвешенные наносы). Через определенное время паводкового периода реки мутный поток воды может привести к забивке (засорению) взвешенными наносами легких фашин верхнего ряда тюфяков. В результате эффективность работы водоприемника (пропускная способность) может уменьшиться в два раза и более. Поэтому основным недостатком данной конструкции является необходимость замены верхнего ряда тюфяков при их забивке (засорении) наносами, вследствие которого эта конструкция приобретает все недостатки, присущие донному решетчатому водозабору с промывной камерой, которые приведены ранее.
Наиболее близким техническим решением является послойно-решетчатый водозабор (Гидротехнические сооружения: учеб. для вузов / И.М. Волков [и др.]. - М.: Колос, 1986. - 464 с.), который разработан на основании закона обтекания преграды потоком и обхода ее донными наносами. Обтекаемой преградой в послойно-решетчатом водозаборе служат полые быки, которые размещаются над водозаборной галерей, устроенной в теле водосливной плотины. Вследствие возникновения циркуляционного течения перед быками и вдоль их появляется полоса дна, свободная от донных наносов, в которой устраиваются водозаборные решетки галерей. Недостатком этой конструкции также является отсутствие защиты от взвешенных наносов, для очистки которых необходимо устраивать дополнительные сооружения.
Общим недостатком всех указанных конструкций водозаборных узлов является то, что они устраиваются в русле реки, что негативно сказывается на удобстве их технического обслуживания или ремонта и оказывает влияние на ихтиофауну реки.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание конструкции водозаборного узла, который обеспечивает непрерывный забор воды из горных и предгорных участков рек для нужд орошения земель и ее очистку от взвешенных и влекомых донных наносов без использования отстойников и пескогравиеловок.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение бесперебойной подачи воды в оросительную систему и ее защита от поступления взвешенных и донных наносов, а также плавающего мусора в условиях гидрологического режима горных и предгорных участков рек.
Указанный технический результат достигается путем устройства водозаборного узла оросительной системы, конструкция которого отличается наличием облицованного водозаборного канала, соединяющего начало и конец излучины реки или устроенного параллельно руслу реки. Защита от донных наносов обеспечивается тем, что вход в канал располагается на вогнутом участке реки, а отметка дна канала выше отметки дна русла реки. Канал является проточным, и сбросная часть канала должна обеспечивать транзит воды со скоростями, превышающими скорость незаиления для данных условий (параметров наносов). В дно канала встроены водозаборные галереи, верхняя часть которых является фильтрационной панелью. Диаметр отверстий (сквозных пор) фильтрационной панели должен быть меньше диаметра очищаемой фракции взвешенных наносов. Под действием силы гравитации вода проходит через фильтрационную панель и попадает в водозаборную галерею, а взвешенные наносы задерживаются на фильтрационной панели. При накоплении наносов на фильтрационной панели уменьшается отбор воды галереей и, следовательно, увеличивается расход воды по водозаборному каналу и скорости ее течения. Это приводит к смыву наносов с поверхности фильтрационной панели, расход воды в водозаборную галерею восстанавливается, а наносы транспортируются в водосбросную часть канала и далее в русло реки. Так как расход воды по длине канала уменьшается за счет отбора воды галереями, русло канала имеет переменное сечение, площадь которого уменьшается от первой по направлению течения галереи до последней. Это необходимо для поддержания требуемых скоростей течения.
Из водозаборных галерей вода подается в накопительный бассейн, из которого с помощью напорных трубопроводов или другим способом доставляется на орошаемые участки.
Описание чертежей
Водозаборный узел оросительной системы поясняется фиг. 1÷3. На фиг. 1 представлена схема водозаборного узла оросительной системы (план). На фиг. 2 приведено сечение водозаборного узла оросительной системы по водозаборному каналу (сечение А-А). На фиг. 3 - сечение водозаборного узла оросительной системы по водозаборной галерее (сечение Б-Б).
Осуществление изобретения
Водозаборный узел оросительной системы включает следующие элементы: водозаборный канал 1, русло реки 2, фильтрационная панель 3, водозаборные галереи 4, водонакопительный бассейн 5, напорные трубопроводы 6.
Водозаборный канал 1 забирает воду из русла реки 2. Под действием гравитационных сил вода проходит через фильтрационную панель 3 в водозаборные галереи 4, по которым попадает в водонакопительный бассейн 5. Из данного бассейна 5 с помощью напорных трубопроводов 6 или другим способом вода доставляется на орошаемые участки.
Защита от донных влекомых наносов обеспечивается тем, что: 1) вход в канал располагается на вогнутом участке реки, где циркуляционные течения, возникающие на изгибе потока, относят донные наносы к противоположному выпуклому берегу; 2) отметка дна на входе в канал выше отметки дна русла реки, чем обеспечивается забор воды в канал с поверхностных горизонтов и исключается попадание значительной части донных наносов из реки в канал. Кроме этого, донные и взвешенные наносы, попавшие в водозаборный канал 1, отделяются от забираемой воды фильтрационными панелями 3 водозаборных галерей. При накоплении наносов на фильтрационной панели уменьшается отбор воды галереей 4 и, следовательно, увеличивается расход воды по водозаборному каналу 1 и скорости ее течения. Это приводит к смыву наносов с поверхности фильтрационной панели 3 и расход воды в водозаборную галерею 4 восстанавливается, а наносы транспортируются далее по водозаборному каналу 1 в русло реки 2.