Двухъярусная осушительно-увлажнительная система
TWO-TIER DEHUMIDIFICATION AND HUMIDIFICATION SYSTEM

Предлагаемое изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано при мелиорации слабо склоновых земель с характерным сезонным промерзанием и тяжелыми подстилающими породами, способными формировать временные водоносные горизонты в виде верховодки.
Известна дренажная система (Авт. свид. SU 887711, Е02В 11/00, опубл. 1981 г., Бюл. №45), включающая дрены, коллектор, открытый канал и дренажный колодец, из которого выходит труба с клапаном, отличающаяся тем, что с целью ускорения отвода воды в весенний период путем предохранения устьевой трубы от образования в ней ледяных пробок в откосе открытого канала выполнена фильтрующая колонка, в которой размещены устьевая труба и дренажный колодец, в дне и стенках которого выполнены отверстия.
Недостатком дренажной системы является то, что отводимая вода, минуя устьевую трубу, чтобы избежать образование в ней ледяных пробок, преодолевает дополнительные сопротивления в засыпке фильтрующей колонки. Повышение гидравлических сопротивлений увеличивает уровень воды в дренажном колодце. В результате подтопляется устье дренажного коллектора, и ухудщается работоспособность дренажа.
Известна осушительно-увлажнительная система (Авт. свид. SU 1198151, Е02В 11/00, опубл. 1985 г., Бюл. №46), включающая дрены, дренажный и увлажнительный коллектор, водоподающий и водосбросной каналы и колодцы, оборудованные гидроавтоматами, отличающаяся тем, что, с целью экономии поливной воды и повышения надежности работы системы, устье дренажного коллектора снабжено гидравлическим клапаном, запитанным трубой из водоподающего канала, уложенной с обратным уклоном.
Недостатками этой осушительно-увлажнительной системы является необходимость поддержания повышенного уровня в канале для подачи воды к гидравлическому клапану против уклона питающей трубы. Для работы системы требуется прокладка дополнительного оросительного коллектора и соединения его с дренами. Кроме того, для обеспечения работы гидравлического клапана требуется принудительное опорожнение командного участка питающей трубы с применением ручного труда.
Известна двухъярусная дренажная система (Авт. свид. SU 1629391, Е02В 11/00, опубл. 1991, Бюл. №7), принятая в качестве прототипа, включающая дрены верхнего и нижнего ярусов, подключенные к открытому собирателю через колодец-регулятор уровня, отличающаяся тем, что с целью повышения эффективности работы и расширения эксплуатационных возможностей, система снабжена закрытыми коллекторами соответственно верхнего и нижнего ярусов дрен, закольцованными между собой посредством колодцев-регуляторов.
Недостатком известной двухъярусной дренажной системы является то, что в осушительном режиме при закрытом положении клапана - регулятора грунтовых вод в колодце-регуляторе устья дренажных коллекторов верхнего и нижнего ярусов в колодце-регуляторе работают в подтопленном режиме, что ухудшает работоспособность дренажной системы. Кроме того, колодец - регулятор уровня грунтовых вод подвержен повышенному заилению, что снижает надежность его работы.
Устранить указанные недостатки позволяет двухъярусная осушительно-увлажнительная система, включающая дрены верхнего и нижнего ярусов, подключенные к закрытым коллекторам соответственно верхнего и нижнего ярусов дрен, устья которых соединены между собой и сообщены с открытым каналом, в которой дрены верхнего яруса выполнены криволинейными с постоянным радиусом кривизны, равным половине расстояния между дренами нижнего яруса, снабжены истоковыми колодцами и расположенными между ними проводящими колодцами, соединенными с закрытым коллектором верхнего яруса, а устье закрытого коллектора нижнего яруса в месте соединения с устьевой частью верхнего коллектора снабжено гидравлическим клапаном.
Сущность предполагаемого изобретения заключается в том, что предлагаемая двухъярусная осушительно-увлажнительная система состоит из двух ярусов дрен: верхнего, обеспечивающего осушение оттаявшего верхнего почвенного слоя ранней весной и подпочвенное увлажнение корнеобитаемого слоя почвы в засушливый период времени года, и нижнего - обеспечивающего проектную норму осушения после полного сезонного оттаивания грунтов в придренной зоне.
Выполнение дрен верхнего яруса криволинейными по длине, с рекомендуемым радиусом кривизны, позволяет повысить удельную протяженность осушительно-увлажнительной сети, что в сочетании с наличием проводящих колодцев позволяет более интенсивно отводить воду в предпосевной весенний период и подавать ее для увлажнения в засушливый летний период вегетации сельскохозяйственных культур.
Соединение устьев закрытых коллекторов верхнего и нижнего ярусов между собой в сочетании с установкой гидравлического клапана в коллекторе нижнего яруса позволяет за счет повышения уровня воды в канале выполнять автоматическое регулирование режимов работы сети и исключить необходимость колодца - регулятора уровня.
Предполагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена двухъярусная осушительно-увлажнительная система в плане; на фиг. 2 представлен разрез А-А по оси коллекторов верхнего и нижнего ярусов; на фиг. 3 представлен разрез Б-Б по оси криволинейной дрены осушителя-увлажнителя, с истоковыми и проводящим колодцами; на фиг. 4 представлен узел соединения устьев коллекторов верхнего и нижнего ярусов с гидравлическим клапаном, обеспечивающим работу системы в режиме осушения; на фиг.5 представлен узел А соединения устьев коллекторов верхнего и нижнего ярусов с гидравлическим клапаном, обеспечивающим работу системы в режиме увлажнения.
Предлагаемая двухъярусная осушительно-увлажнительная система состоит из нижнего и верхнего ярусов дрен. Нижний ярус включает дрены-осушители 1, соединенные с закрытым дренажным коллектором 2, проходящим через эксплуатационный колодец 3 по устьевой трубе 4 с выходом в магистральный канал 5 или водоприемник 6. Глубина закладки дрен-осушителей 1 в истоках составляет 0,7…0,8 м, в устьях - до 2,5 м.
Верхний ярус включает криволинейные дрены осушители-увлажнители 8, соединенные с истоковыми колодцами 9, а в устьях - с проводящими колодцами 10. Колодцы 9 выполнены с перфорированными боковыми поверхностями и днищами, обернутыми снаружи фильтрующим материалом, а сверху закрытыми крышками (позиции на чертеже не показаны). Колодцы истоковые и проводящие выполнены из пластика в виде труб диаметром 0,5…0,6 м и высотой до 0,8 м.
Дрены 8 осушители-увлажнители через истоковые колодцы 9 впадают в коллектор 11 верхнего яруса. Устьевая часть 7 коллектора 11 верхнего яруса соединена с устьевой трубой 4 коллектора нижнего яруса, в которой установлен гидравлический клапан 12 (отсекающий нижний ярус от верхнего). Клапан 12 в весенний период обеспечивает свободный выход дренажных вод из коллекторов 2 и 11 в водоприемник. В летний, засушливый период клапан 12 перекрывает коллектор 2, обеспечивая подачу воды через коллектор 11 в дрены 8 для увлажнения почвенного слоя.
Работа системы осуществляется следующим образом:
В зависимости от периода выращивания сельскохозяйственных культур за счет регулирования уровня воды в магистральном канале 5 или водоприемнике 6 система работает в режимах осушения при уровне воды 13 в канал, или при уровне 14 в режиме увлажнения.
В режиме осушения система работает следующим образом:
С наступлением тепла в весенний период по мере оттаивания почвы и подпочвенного горизонта в дрены 8 осушители-увлажнители и заглубленные ниже пахотного горизонта истоковые колодцы 9 поступает избыточная вода. Далее она поступает в проводящие колодцы 10, коллекторы 11, устьевую трубу 7 верхнего яруса, устьевую трубу 4 и отводится в магистральный канал 5 или водоприемник 6. Данный режим осушения позволяет в более ранние сроки осушить пахотный горизонт и тем самым обеспечить сельскохозяйственную обработку почв.
После полного оттаивания включаются в работу дрены нижнего яруса, и избыточные грунтовые воды по дренам-осушителям 1, через коллектор 2, клапан 12 и устьевую трубу 4, отводятся в магистральный канал 5 или водоприемник 6, обеспечивая проектную норму осушения почвенного слоя.
В засушливый период при дефиците влаги увлажнение обеспечивается за счет повышения уровня воды в канале 5 до отметки 14 с помощью водорегулирующего элемента 15 (заслонки). По мере подъема уровня воды в магистральном канале 5 она поступает в устьевую трубу 4. Под действием создаваемого напора срабатывает гидравлический клапан 12 и отсекает поступление воды из канала 5 в дренажный коллектор 2 нижнего яруса. Далее оросительная вода через устьевой отвод 7 по коллектору 11 поступает в проводящие колодцы 10, из них в дрены 8, начинающие работать в режиме увлажнения почвенного слоя, и истоковые колодцы 9. В результате формируется увлажнительная система, обеспечивающая капиллярный подъем влаги в корнеобитаемый слой почвы.
После завершения режима увлажнения регулирующий элемент 15 (заслонку в канале 5) удаляют. Уровень воды в канале снижается до отметки 13, при которой гидравлический клапан 12 открывается и переводит работу системы в осушительный режим.
Таким образом, предлагаемая двухъярусная осушительно-увлажнительная система обеспечивает возможность автоматического перевода сети в осушительный или увлажнительный режимы работы и позволяет поддерживать оптимальную влажность почв в различные периоды возделывания сельскохозяйственных культур.