ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СООРУЖЕНИЕ ДЛЯ ВОДООТВОДА ПОДЗЕМНОЙ РОДНИКОВОЙ ВОДЫ
HYDRAULIC STRUCTURE FOR UNDERGROUND SPRING WATER DRAINAGE

Изобретение относится к водоснабжению из подземных источников и касается, в частности, сооружений для забора воды подземных родниковых вод, используемых в питьевых целях, и регенерации фильтрующего элемента в системе забора воды.
В тех случаях, когда необходимо значительно увеличить приток родниковой воды из подземных источников в резервуар, в котором отсутствует дно, заменяют на донный фильтр с дальнейшим водоотводом.
Известен самопромывной дренаж периодического действия, включающий аккумулирующую емкость для накапливания промывных вод, подключенный автоматическим сливным устройством к смотровому дренажному колодцу промываемого дренажа, и смотровой колодец аккумулирующей емкости, при этом аккумулирующая емкость, предназначенная для гидравлической промывки дренажа и накапливающая фильтрационные воды, расположена в теле грунтовой плотины в зоне сезонного повышения поверхности депрессии, но вне зоны фильтрации железо- и марганецсодержащих вод, имеет по своему периметру водоприемные отверстия для сбора фильтрационных вод, защитные от заиления обратным фильтром и защитно-фильтрующим материалом (Патент ПМ RU №90806, Е02В 11/00 от 20.01.2010).
Однако в таком дренаже сифон, погруженный входящей ветвью в аккумулирующую емкость, срабатывает только тогда, когда вода достигнет определенного уровня для подачи ее промывки дренажа большим потоком воды, т.е. работа проходит в циклическом (прерывном) периоде. Это обстоятельство приводит к цикличности работы, вследствие чего сооружение не стабильно в работе. Кроме того, оно не может контролировать свой нижний бьеф, а значит, не представляется возможным точного и гибкого регулирования уровня чистой воды для подачи потребителю. Вследствие цикличности работы аккумулирующей емкости, при поступлении малого дренажного оттока через грунтовую дамбу емкость имеет длительное заполнение по времени водой, а значит, не исключается застаивание воды в ней и ее цветение, что негативно влияет на экологическую гармонию по сравнению с природным источником подземной родниковой воды для питьевого водоснабжения.
Известно устройство для забора воды из скважины, включающее водоприемную и обсадную трубы, насос и емкость для сбора воды в скважине, емкость расхода воды, размещенную под емкостью сбора воды, причем корпус насоса размещен в камере, а нагнетательный патрубок насоса соединен с водоподъемной трубой выше камеры (Авторское свидетельство SU №653361, Е02В 5/04 от 25.03.1979).
Известное устройство характеризуется достаточной сложностью конструкции, возможны попадания взвешенных частиц в насос, что неизбежно приводит, со временем его работы, к выходу из строя, а соответственно не обеспечивается и высокое качество воды из-за попадания взвешенных частиц в накопительную емкость. Кроме того, устройство не обеспечивает постоянный забор воды, работает в циклическом виде, а это в целом нарушает экологическую гармонию с природной средой при заборе воды. При этом при низких уровнях воды возрастает высота всасывания, а также захват больше взвешенных частиц с водой, что увеличивает и затраты энергии при эксплуатации, затруднено обслуживание устройства при возможной аварийной ситуации, засорение отверстий патрубка при заливке в камеру.
Известно устройство для забора подземных вод, содержащее резервуар с фильтром, перекрытием и датчиком уровня воды, насос для откачки воды, наливной бак для сбора родниковой воды, систему трубопроводов, смонтированный на перекрытии золотниковый механизм, установленный с возможностью сообщения полости резервуара с атмосферой и соединенный с программным блоком, связанным с датчиком уровня и насосом (Авторское свидетельство SU №1214860, Е02В 3/08 от 28.02.1986).
Известное устройство характеризуется достаточной сложностью конструкции, возможны попадания взвешенных частиц в насос, что неизбежно приводит его к выходу из строя, что не обеспечивает достаточную надежность устройства. Кроме того, грунтовые частицы попадают в родниковую воду, собираемую в наливном баке, не обеспечивая необходимое качество чистой родниковой воды. Устройство нарушает экологическую гармонию с природным источником подземной воды.
Таким образом, вышеперечисленные аналоги для забора подземных родниковых вод не отличаются простотой и надежностью конструкций в эксплуатации, не обеспечивают необходимое качество родниковой воды, нарушают экологическую гармонию с природной средой при заборе воды из подземных источников.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является гидротехническое сооружение для забора подземной родниковой воды, содержащее установленный в водоносном пласту резервуар с донным фильтром, имеющим засыпку, и определителем уровня воды, насос с всасывающим шлангом для откачивания подземной воды, емкость для сбора и расхода родниковой воды, сообщенную с всасывающим шлангом насоса, систему трубопроводов, оно дополнительно снабжено вторым резервуаром, сообщенным с первым резервуаром посредством разноуровневых труб, и резервным резервуаром, сообщенным со вторым рабочим резервуаром и установленным ниже уровня размещения последнего, причем всасывающий шланг насоса размещен во втором резервуаре, оснащенном средствами, обеспечивающими перетекание подземной воды в природный водоем, при этом самая нижняя разнеуровневая труба расположена ниже минимального уровня воды в межень в первом резервуаре, оба рабочих и резервный резервуары расположены в последовательном порядке и снабжены гидроизоляционным слоем необходимой высоты, расположенным вокруг каждого резервуара (Патент RU №2407862, Е03В 3/00 от 27.12.2010).
Однако в этом сооружении наличие резервного резервуара и средств перетекания подземной родниковой воды требует дополнительных затрат на оборудование водоприемных устройств сооружения и существенно увеличивает размеры в целом, кроме того, расположение сливных труб, оснащенных запорными органами и кранами, затрудняет на практике регулирование и забор родниковой воды при необходимости забирать постоянный расход воды из разных уровней рабочего резервуара, т.е. контролировать свой нижний бьеф, и в процессе эксплуатации не представляется возможность точного и гибкого регулирования при перетекании воды в природный водоем. Следующим недостатком является то, что при расположении по высоте разноуровневых труб имеет место перетекание непосредственно сразу из нижнего слоя и заполнение второго рабочего резервуара, что влияет на гидравлический режим наполнения и качество воды в последнем с целью возможного автоматической подачи воды для работы в нем поплавковых устройств с отводом воды, где необходимо поддержание постоянного высокого уровня в рабочем резервуаре, обеспечивающем санитарный сток, а также отслеживая постоянно уровень в нем средствами забора воды из подаваемого первого резервуара.
Технический результат от использования заявленного изобретения заключается в расширении функциональных возможностей сооружения и повышение надежности работы путем регулирования забора воды при изменении уровня в рабочем резервуаре и автоматической подаче родниковой воды в природный водоем.
Технический результат достигается тем, что гидротехническое сооружение для водоотвода подземной родниковой воды, содержащее установленный в водоносном пласту резервуар с донным фильтром, имеющим засыпку, и определителем уровня, насос с всасывающим шлангом для откачивания подземной воды, систему трубопроводов, при этом оно дополнительно снабжено вторым рабочим резервуаром, сообщенным с первым резервуаром, причем всасывающий шланг насоса размещен во втором резервуаре, оснащенном средством в виде сточной трубы, обеспечивающим свободное перетекание подземной воды в природный водоем, оба резервуара расположены в последовательном порядке и снабжены гидроизоляционным слоем необходимой высоты, расположенным вокруг каждого резервуара, второй рабочий резервуар со сточной трубой дополнительно разделен на водоприемную и поплавковую камеры, сообщенные между собой через разделительную консольную перегородку с зазором относительно дна рабочего резервуара с водоотводящей полостью сооружения, при этом сточная труба в поплавковой камере снабжена трубчатой вставкой, выполненной в виде отрезка гибкого рукава, один конец которого введен в сточную трубу с возможностью свободного перемещения в ней и прогиба, а другим концом рукав соединен с раструбным патрубком, прикрепленным к поплавку с возможностью осевого перемещения и свободно установленным на направляющем стояке между ограничителями, а водоприемная камера снабжена поплавковым насосом, свободно установленным в вертикальном корпусе, снабженным ограничителем его перемещения.
Кроме того, первый резервуар отделен от второго рабочего резервуара донным порогом перфорированной перегородки.
Кроме того, ограничители на направляющем стояке закреплены на высоте между минимальным и максимальном уровнем воды в поплавковой камере рабочего резервуара.
При работе водоотвода подземной воды в режиме регулирования уровня в рабочем резервуаре положение поплавкового насоса, свободно установленного в вертикальном корпусе с ограничителем его перемещения, при необходимости, при повышенных уровнях воды в рабочем резервуаре за счет плавающего своего положения следит за уровнем воды в водоприемной камере, т.е. всасывающая камера насоса, как и поплавок, поднимаются вслед за уровнем воды, что обеспечит возможность забора требуемого расхода воды на установившихся отметках уровня воды в первом резервуаре, что повышает эксплуатационные качества водоприемной камеры и уменьшает размеры водоприемной камеры за счет поддержания постоянного уровня воды в водоприемной камере рабочего резервуара, а за счет ограничителя в виде направляющих в вертикальном корпусе, в котором размещен насос, повышает работу насоса в случае выпадения какого-либо осадка на дно рабочего резервуара, а также предотвращает износ и поломку насоса.
При работе поплавковой камеры со сточной трубой в режиме регулирования уровня в рабочем резервуаре положение свободного перемещения конца трубчатой вставки в виде отрезка рукава, один которого введен в сточную трубу с возможностью свободного перемещения в ней и прогиба, а другим концом рукав соединен с раструбным патрубком, прикрепленным к поплавку, отделенных консольной перегородкой от поплавкового насоса, обеспечивают возможность максимального прогиба в ту или иную сторону отрезка гибкого рукава, когда уровень воды в поплавковой камере может подниматься или опускаться в зависимости от поступления подземной воды из первого резервуара и перетекание во второй резервуар.
При необходимости работы только поплавковой камеры отключают работу поплавкового насоса. Кроме того, важным фактором работы поплавковой камеры является то, что она не нарушает естественного течения подземных родниковых вод, обеспечивая тем самым при промышленном заборе воды экологическую гармонию с естественной природной средой, и, следовательно. Перемещение на стояке с ограничителями устанавливают заданную величину перемещения (всплытия) раструбного патрубка с поплавком между ограничителями и уровнем воды в рабочем резервуаре (поплавковой камере), т.е. учитывается минимальный и максимальный уровень воды в поплавковой камере рабочего резервуара. Этим самым отрезок гибкого рукава постоянно будет работать в напорном режиме, свободный конец которого размещен в сточной трубе. Независимость работы двух камер друг от друга обеспечивает надежность рабочего оборудования в них за счет наличия консольной перегородки, отсутствуют волновые явления в камерах.
Таким образом, упрощаются операции, регулирующие расход, значительно упрощается обслуживание второго рабочего резервуара. В целом предлагаемое техническое решение значительно удешевляет и упрощает процесс регулирования величины водоотвода подземной родниковой воды и в конечном счете эксплуатацию гидротехнического сооружения.
Автором не выявлены технические решения с признаками, сходными с признаками, отличающими заявленное техническое решение от прототипа, следовательно, заявленное решение отвечает критерию «новизна».
На чертеже представлена принципиальная схема гидротехнического сооружения для водоотвода подземной родниковой воды.
Гидротехническое сооружение для водоотвода подземной родниковой воды включает в себя водоносный пласт 1, резервуар 2 с донным фильтром 3, имеющим засыпку 4, и определителем 5 уровня воды в резервуаре 2. В сооружение входит второй рабочий резервуар 6. Второй рабочий резервуар 6 дополнительно разделен на водоприемную камеру 7 и поплавковую камеру 8. Второй рабочий резервуар 6 отделен перфорированной перегородкой 9 с донным порогом 10 от первого резервуара 2.
Водоприемная камера 7 рабочего резервуара 6 содержит вертикальный корпус 11, закрепленный к крышке резервуара. В корпусе 11 размещен насос 12, который представлен в виде поплавка с заборником в нижней части водоприемной камере 7, при этом насос 12 свободно установлен в корпусе 11 с направляющими, выполненными в виде ограничителя 13 перемещения в вертикальной плоскости насоса 12 с поплавком. Нижняя часть корпуса заборника насоса 11 имеет ограничитель 14 для ограничения перемещения насоса 11 вверх (трубопроводная распределительная арматура для подачи воды от насоса не показана для упрощения чертежа).
Водоприемная камера 7 с поплавковым насосом 12 в корпусе 11 отделена консольной перегородкой 15 от поплавковой камеры 8, в которой расположена сточная труба 16, укрепленная в откосе 17 сооружения, и имеющей трубчатую вставку 18, выполненную в виде отрезка гибкого рукава, один конец которой введен в сточную трубу 16 с возможностью свободного перемещения в ней и прогиба, а другой конец вставки 18 соединен с раструбным патрубком 19, закрепленным на поплавке 20, свободно установленным на направляющем стояке 21 с возможностью осевого перемещения между ограничителями 22 и 23, стояк 21 установлен на дне поплавковой камеры 8 рабочего резервуара 6.
Разделительная консольная перегородка 15 установлена с зазором относительно дна 24 рабочего резервуара 6. Кроме того, в свою очередь ограничители 22 и 23 на стояке 21 могут быть перестановочно-регулируемыми и зафиксированы по отношению размещения между ними раструбного патрубка 19, закрепленного с поплавком 20, а это одновременно на заданном уровне ограничивает вертикальное перемещение гибкого рукава 18 (вставку) с раструбным патрубком 19. Таким образом, задается перемещение между минимальным и максимальным уровнем воды в поплавковой камере 8 рабочего резервуара 6.
Засыпка 4 представляет собой гравий разного размера. Нижний слой состоит из гравия крупного размера, промежуточный слой - из гравия среднего размера, верхний слой - из гравия мелкого размера. Резервуары снабжены снаружи гидроизоляционным слоем 25 необходимой высоты. Донный фильтр 3 резервуара 2 выполнен сверху в виде перфорированной пластины.
Гидротехническое сооружение для водоотвода подземной родниковой воды работает следующим образом.
В районе источника подземной родниковой воды с вырытым котлованом последовательно устанавливают резервуары 2 и 6. Фильтр 3 устанавливается в водоносном пласту 1. Фильтрующая родниковая вода поступает вначале в первый резервуар 2 и заполняет его за счет порога 10 перфорированной перегородки 9 до критического уровня воды в первом резервуаре 2. При достижении в первом резервуаре 2 уровня воды, соответствующего поступлению расхода из водоносного горизонта через фильтр 3, далее через перфорацию в перегородке 9 с порогом 10 вода поступает в водоприемную камеру 7 рабочего резервуара 6. При заполнении водой рабочего резервуара 6 и соответственно камеры 7 заполняется через отверстие направляющих, выполненных в виде ограничителя 13 корпус 11 с поплавковым насосом 12, и поплавок с насосом поднимается вслед за уровнем воды вверх (или опускается вниз), что обеспечит возможность забора требуемого расхода воды на установившихся отметках уровня воды в водоприемной камере 7. Насос 12 может быть выключен из работы и тогда насос 12 находится в плавающем состоянии за счет наличия его поплавка, ход которого ограничен направляющими в виде ограничителя 13 или ограничителя 14 при максимальном уровне в водоприемной камере 7 рабочего резервуара 6, что предотвращает износ и поломку насоса в корпусе 11, установленного выше дна 24 рабочего резервуара 6.
Забираемая к потребителю вода может непосредственно поступать в природный водоем. В зависимости от того, в каких пределах необходимо забирать воду из поплавковой камеры 8 рабочего резервуара 6, фиксируют высотное положение верхнего и нижнего ограничителей 22 и 23 на стояке 21, следовательно, конец вставки в виде гибкого рукава 18, имея определенную длину и свободное перемещение в сточной трубе 16, закрепляют другим концом к раструбному патрубку 19 с поплавком 20, устанавливают на стояке 21 в поплавковой камере 8 рабочего резервуара 6, обеспечивают максимальный прогиб между расположением ограничителей 22 и 23, зафиксированных на стояке 21 без расстыковки со сточной трубой 16 и раструбным патрубком 19. Наличие фиксирующих ограничителей 22 и 23 на стояке 21 позволяет забирать воду раструбным патрубком 19 от минимального до максимального уровней воды в поплавковой камере 8 рабочего резервуара 6, а наличие консольной разделительной перегородки 15 обеспечивает успокоение водной поверхности в поплавковой камере 8, даже при заборе воды поплавковым насосом 12 в водоприемной камере 7, т.е. каждая из камер 7 и 8 исключает влияние волнового явления воды друг на друга, исключает застаивание воды в рабочем резервуаре и ее цветение, обеспечивая благодаря работе                                                              раструбного патрубка, гибкого рукава и сточной трубы, где вода постоянно вытекает из рабочего резервуара и обеспечивает экологическую гармонию сооружения с природной средой.
Таким образом, оборудование гидротехнического сооружения для водоотвода подземной родниковой воды, оборудованного в качестве рабочего резервуара с двумя камерами, разделенными между собой консольной перегородкой, обеспечивает возможность их работы с минимальным влиянием друг на друга, что повышает эксплуатационные качества гидротехнического сооружения в качестве водоприемного сооружения. Позволяет существенно уменьшить размеры всего сооружения за счет поддержания определенного уровня воды как в водоприемной камере с поплавковым  насосом, так и в поплавковой камере со сточной трубой и ее элементами устройства, при заборе воды на установившихся отметках в рабочем резервуаре, что повышает надежность работы сооружения в целом. Гидротехническое сооружение работает в автономном и автоматическом режимах. В свою очередь в целом предлагаемое техническое решение гидротехнического сооружения значительно удешевляет и упрощает процесс регулирования величины забора расхода и в конечном счете эксплуатацию сооружения.