СПОСОБ СОЗДАНИЯ УПРАВЛЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЗАПАСОВ ВОДЫ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ТОРФЯНЫХ БОЛОТ С ПРИМЕНЕНИЕМ СУПЕРАБСОРБЕНТА
METHOD OF CREATING CONTROL OVER ADDITIONAL WATER RESERVES DURING RESTORATION OF PEAT BOGS WITH APPLICATION OF SUPERABSORBENT

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к добыче торфа, конкретно к работам по восстановлению торфяных болот на выработанных торфяниках и их рекультивации с использованием климатических факторов, в частности использования суперабсорбента с высоким поглашением, которые может использован в сельском хозяйстве для влагозадержания и структирования почв, а более конкретно для выработанных торфяников, когда можно сократить затраты объема воды на их затопление достаточный, чтобы не допустить возгорание торфяников.
Предпосылки создания изобретения
Значительная часть выработанных, а также выведенных из эксплуатации в начале 90-х годов XX века торфяных месторождений не культивировалась. Выработанные торфяники характеризуются полным либо частичным истощением водных запасов, понижением (по сравнению с существующим до начала торфоразработок) уровнем грунтовых вод, отсутствием флоры и фауны, опасностью в пожарном отношении. Поэтому их обводнение является основным видом рекультивации, для чего необходимо дополнительно иметь изолирующую поверхность выработанных торфяников и его поверхность поддерживать во влажном состоянии, тем самым меньше проблем, которые могут, возникнут для природы и людей в жаркое лето (т.е. в маловодные годы), и тем самым сохранить саму природу от пожаров.
Другим положительным фактором является; для экологической реабилитации выработанных торфяников дает ряд преимуществ:
Интенсификация процесса восстановления водного объекта;
возобновление и ускорение торфообразования;
резкое снижение пожарной опасности;
создание увеличения водопоглощения из-за создания структурной нестойкости наполняемого сорбента из гранул, который основан на свойстве воды, приобретая структуру льда и закрепляясь в сорбенте под названием «твердая вода».
Пути и способы обводнения должны определяться с учетом: величины и конфигурации в плане, местоположением территории; условий, сложившихся после окончания добычи торфа на месторождениях; рельефа поверхности; уровнем режима каналов сети осушения и водоприемника.
Вокруг восстанавливаемого болота организуются буферные зоны по ограничению хозяйственной деятельности и в зависимости от типа болота устанавливаются границы (обычно выработку торфяников разбивают на карты-участки и их обволовывают небольшими буртиками).
В рамках проекта «Восстановление торфяных болот России в целях предотвращения пожаров и смягчения изменений климата», является частью Международной климатической инициативы (IKI), в России совещания проводились в 2001, 2005 и 2006 годах. В 2016 году (27-28 сентября) был проведено международное совещание Владимир - национальный парк «Мещера», «Восстановление торфяных болот в России в целях предотвращения пожаров и смягчения изменений климата: Результаты проекта и перспективы сотрудничества, где предпочтение было отдано непосредственному осмотру объектов. Примером является ссылка на публикацию (Задеренко О.И., Ямпольский А.И., Власов Е.Б. «Временные рекомендации по проектированию обводнения выработанных и выведенных из эксплуатации площадей торфяных месторождений». Часть 3. Москва, 2008).
В настоящее время известны различные способы локализации и тушения масштабных пожаров, а также способы создания дополнительных запасов воды при восстановлении торфяных болот. Однако способы затопления выработанных торфяников не всегда могут быть обеспечены водой, особенно в засушливое лето. Количество воды не достаточно хотя и проходят атмосферные ливневые осадки, но поступающая вода сверху (в виде дождя) быстро уходит в нижние слои почвы торфяника в сторону водоносного горизонта, т.е. незадерживается на его поверхности, и, надеясь на погодные условия, система локализации от возможного возгорания становится неблагоприятным фактором от возможного возгорания выработанных торфяников.
Следует отметить, что в настоящее время опубликовано в интернете 7 июня 2016 года - Орошение, Инновация в сельском хозяйстве, засуха «Твердая вода (Сайт: «Save Pearl Harbor». Воронежские ученые изобрели «твердую воду. Опубл. 16.11.2015).
«Твердая вода» может стать незаменимым дополнительным препаратом также и для восстановления выработанных торфяников, где пока еще никто его не применял в практике.
Первыми предложили подобную технологию создания сорбента мексиканские ученые «Solid Rain» - «Твердая вода». Препарат представляет собой компактные небольшие по размеру гранулы, килограмм которых способен аккумулировать до 500 литров воды. При этом объем самих гранул увеличивается в 100 раз. Действие сорбента основывается на свойствах воды. Попадая в матрицу, вода образует структуру льда и закрепляясь в сорбенте. Именно это качество и легло в основу названия «Твердая вода». При снижении уровня влажности почвы вокруг гранул ниже определенного уровня связи с матрицей рвутся, и структура жидкости меняется, что позволяет ей высвобождаться в почву. Именно поэтому исследователям Воронежским химикам России были разработаны специальные гранулы, которые вступают в роли агрегатора воды, способного на килограмм гранул поглощать 500 литров жидкости, а после отдать влагу растениям в сухой земле - у нее широкая сфера применения, но конструктивная схема применения для выработанных торфяников еще на практике не решена.
Известен способ получения гидрофильного сшитого полимера со свойствами суперабрсорбента, который относится к химии высокомолекулярных соединений относящихся к суперабсорбенту, обладающих способностью поглощать большое количество воды. Способ может найти применение, в частности в сельском хозяйстве для запаса почвенной влаги в засушливых регионах (Патент RU №2574722, C08F 220/56, C08L 3\02, C08L 1/08, C08L 5/08, A61L 15/28, A61L 15/60 от 10.02.2016).
Известный суперсорбент имеет максимальный коэффициент водопоглощения, что объясняется его в целом применяемых большого количества химических составляющих элементов и его применение может быть полезным в сельском хозяйстве. Однако, для того, чтобы его использовать конкретно к природным условиям агроладшафта, а именно к применению на выработанных торфяниках еще не предложено конструктивное решение и его технология использования, что связано с местоположением болот и т.п., например, снизить возможность их возгорания от пожаров в маловодные годы.
Известен способ тушения лесных пожаров, заключающийся в доставке в зону пожара сжиженного азота, используемого в качестве средства тушения, при этом доставку сжиженного азота в зону пожара осуществляют в сосуде из глубоко замороженного льда, при этом последний используют в качестве тушения, для усиления эффекта тушения сжиженным азотом действием ледяной массы, за счет таяния которой поглощают тепло в зоне пожара и пропитывают ледяной водой почву, ликвидируя глубинные очаги пожара, и препятствуют вторичному возгоранию (Патент RU №2147901, А62С 3/02 от 27.04.2000).
Недостатками данного способа является то, что он представляет точечную доставку сжиженного азота в зону пожара, однако данный способ недостаточно эффективен, так как при контакте с огнегасящей жидкостью, идет, как бы ни была охлажденная вода на ее испарение достаточно эффективно, т.е. другими словами не происходит объемного воздействия газожидкостной смеси на объект загорания или, в лучшем случае, имеет место одномоментное воздействие этой газовой смеси на объект. В таких случаях на выработанных торфяниках надо применят дополнительное (искусственное) увлажнение, необходимое для восстановления нарушенного болота, а также отсутствует возможность предупреждения способа от возгорания торфяников.
К известному можно отнести также способ тушения пожара путем подачи в очаг пожара насыщенной углекислым газом воды, которую насыщают до массовой концентрации газа 2-6%, после чего газожидкостную смесь замораживают до температуры (-15)…(-20)°С, формируют массой 4-12 кг, который покрывают очаг пожара (Патент RU №2302887, А62С 3/02 от 20.07.2007).
Однако известный способ достаточно трудоемок и малоэффективен, как и известный вышеотмеченный способ тушения лесных пожаров.
Известен способ предотвращения пожара в торфяниках, подачу и накопление каналов водой, в зимний период прокладывают каналы по всему очагу возможного возгорания и намораживают в подготовленных каналах и естественных углублениях ледяные массивы посредством подачи воды в них в зимний период (Патент RU №2254154, А62С 3/02 от 20.06.2005).
Недостатком данного способа является при малом количестве выпавших осадков при интенсивном испарении на торфоболотных почвах, в подготовленных каналах в летний период, грунтовая вода нередко уходит глубоко в землю, при этом возникает вероятность возникновения пожаров. В таких случаях на торфяных почвах надо применять дополнительное (искусственное) увлажнение, в частности, это связано, как правило, с подводом воды из естественных природных источников или искусственных водоемов, что в свою очередь, связано со значительными затратами энергии материальных ресурсов, сложностью проведения работ.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ создания дополнительных запасов воды при восстановлении торфяных болот, характеризующийся тем, что осуществляется в осенне-зимний период года с установлением устойчивой среднесуточной температуры воздуха ниже температуры замерзания воды с использованием льда в виде блоков, выполненных в форме многогранников, при этом вблизи доступного источника пресной воды изготавливают блоки изо льда, затем изготовленные блоки с помощью транспортного средства перемещают на картированные участки выработанного торфяника в зависимости от площади участка, возводят одно или несколько сооружений из блоков изо льда (Патент RU №2461401, А62С 3/02, Е02В 13/00, Е21С 41/32 от 20.09.2012).
Недостатком данного способа является невозможность использования вод местного стока, непосредственно в зону рекультивации выработанных и выведенных из эксплуатации торфяных месторождений и восстановление исходного гидрологического режима, иначе говоря, отсутствие значительного экологического эффекта за счет возобновления болотно- и торфообразовательных процессов и последующего возрождения биосферных функций, а также ликвидация эрозионно- и пожароопасной ситуации не только на нарушенных участках торфяника, но и на прилегающей к ней территории. Кроме того, пути и способы обводнения должны определяться с учетом: величины и конфигурации в плане, месторождения и окружающей территории, рельефа поверхности, величины сработки торфяной залежи; способа отвода воды с рассматриваемой площади; уровнего режима каналов сети осушения на время сработки торфяника и водоприемника. Другим недостатком является высокая трудоемкость работ и малый период времени продуктивного использования массивов льда, глубину заполнения выработок торфяника и становятся они малопригодными для эффективного использования при медленном накапливании воды, формированию микроклимата многоярусного сообщества и комплектности болотной растительности, т.е. отсутствует такой способ затопления карт выработанных торфяников, когда засуха длится целое лето и необходимо прибегать к нестандартным новым решениям. Кроме того, недостаток воды приводит даже при некоторых ливневых дождей, и нехватку воды, чтобы эффективно накапливать воду, сглаживать таких паводковых вод, а также поддерживать биоразнообразие, в том числе вносить в клад в сохранение находящихся под угрозой мест обитания флоры и фауны, предотвращать зарастание типичных травяных ценозов кустарниками, а также приносить необходимые социальные выгоды, соответственно, и ликвидации пожароопасных участков возгорания.
Следует отметить, что бороться с вышеотмеченными последствиями и предотвратить не только от возгорания выработанных торфяников, необходимо также предотвращения испарение воды с поверхности выработанных картовых торфяников в целях экономии наливных средств (торфяников) за счет покрытия площади территории картовых торфяников путем установки на поверхности воды торфяника с применением суперабсорбента для поддержания поверхности выработанных торфяников во влажном состоянии в жаркую погоду, в частности в летний период, тем меньше будет проблем, чтобы сохранить саму природу от пожаров.
Таким образом, это не только поддерживает уровень влажности поверхности затопляемой территории, но таким образом, можно будет сократить испарения воды непосредственно с поверхности торфяника и с водной поверхности, а также испарения и подземных вод, пополнив запасы воды подземных горизонтов на длительное время эксплуатации, учитывая даже временное выпадение дождевых атмосферных осадков (возможно, как вариант - применение искусственного дождя с помощью дождевания при заборе воды из сбросного коллектора с аккумулирующей емкостью и задержания воды в сорбенте, т.е. в роли агрегатора воды - «твердой воды»). Такой способ поглощать не только влагу, но и сохранять микроэлементы в почве, т.е. «твердая вода» может выступать в качестве удобрения.
Другим важным плюсом является «вода» - экологическая безопасность. Материал абсолютно безвреден для окружающей среды. «Твердая вода» в совокупности с применением новой технологической системы заполнения выработанных торфяников может стать незаменимым (инновацией) препаратом на территории обводнение торфяных выработок месторождений торфа, т.е. гранулированный сорбент можно покрывать сплошным слоем картовые участки выработанных торфяников слоем определенной толщины. Идея эта пришла не сразу, а после рассмотрения многочисленных известных способов управления запасами воды на обводнение выработанных торфяников. Можно их покрывать черным цветом, например распылением мелкими частицами торфа, для защиты гранул сорбента от сильного воздействия ультрафиолетового излучения солнца (это тоже новое явление для болот с водной поверхностью, когда можно использовать подобную технологию). Именно это качество легло в основу с названием «Твердая вода» в способ создания управления дополнительных запасов воды на обводнение выработанных торфяников, когда структура компактных небольших по размеру гранул способны аккумулировать до определенных объемов воды при затоплении выработанных торфяников устройствами и связи с матрицей самих гранул рвутся, и структура жидкости меняется, что позволяет ей освобождаться в почву в засушливые периоды года, делать почву увлажненной, а значить отсутствует возможность возгорания торфяников, что до сих пор неизвестно из просмотренных источников. Таким образом, сорбент начинает работать в автоматическом режиме, обеспечивая увлажнение почвы торфяника, рост растений с уровнем влажности. При выпадении дождя они, добирают воду до максимума своей возможности в течение всего лета. И что немаловажно - это возможность их использования в нужном режиме от 5 до 10 лет подряд до восстановления самих болот за это период времени. Количество сорбента определяется расчетом для каждой карты обводнения, а также его способность не распадаться зимой в период накопления снега и весенних паводковых вод.
Цель изобретения
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения -повышение эффективности путем обеспечения регулирования и экологической надежности при обводнении выработанных торфяников и прилегающих к ним территорий, до отметок, существующих до начало торфоразработок, а также затяжное и более интенсивное накопление и сохранение воды в результате таяния ледяных массивов, кроме того, использование свойства абсорбента способного поглотить достаточный объем воды и вновь ее возвратить в почву торфяника при засухе с учетом экологической безопасности для окружающей среды, в частности описать новый способ для затопления выработанных торфяных территорий. Кроме того, применения сплошного покрытия водной поверхности и самой почвы торфяника, выполненного в качестве применения гранулированного абсорбента, действие которого основано на свойстве воды и ее накопления в нем, одновременно обеспечить предотвращение испарения с водной поверхности торфяника, и его практической реализации, кроме того, это делает восстановление болот более надежным в течение заданного времени, более доступным и менее дорогим.
Указанный технический результат достигается в способе создания управления дополнительных запасов воды при восстановлении торфяных болот с применением суперабсорбента, заключающимся в создании использования воды с доступного источника, ее перемещение на затапливаемые участки выработанного торфяника, согласно изобретения создают условия для накопления аккумулирования сбросного накопительного коллектора, который формирует выше по течению для зоны влияния на затопление выработанных картовых торфяников, и перекрывают сбросной коллектор путем отсыпки грунтовой насыпи его, верхний откос которой снабжают защитной стенкой в виде гибкого полотнища, при этом дополнительно второе полотнище укладывают на дно сбросного коллектора с пригрузочным элементом со стороны верхнего бьефа и надувными элементами со стороны нижнего бьефа, затем на участок второго полотнища со стороны верхнего бьефа отсыпают пригрузочный слой грунта, далее наполняют первую со стороны нижнего бьефа полость надувного элемента сжатым воздухом и после его всплытия продолжают отсыпку грунта с последующим заполнением сжатым воздухом по мера наращивания высоты грунтовой насыпи остальных полостей надувного элемента, и снабжают в верхней части насыпи выпускными водовыпусками, концы гибкого первого полотнища в верхней и нижней части пригружают слоем из местного грунта торфяника, при этом перед затоплением водой через боковой порог дамбы сбросного коллектора, карты торфяника покрывают с применением использования водоемного продукта, в качестве гранулированного сорбента, действие которого основано на свойстве воды, приобретая структуру льда и закрепляясь в сорбенте, далее наполняют выработанный картовый торфяник со стороны верхнего бьефа сбросного коллектора и после наполнения водой картового торфяника гранулированный сорбент всплывает для покрытия всей водной поверхности с удельным весом меньшим, чем удельный вес воды.
Кроме того, гранулированный сорбент, используемый в качестве применения ограничивающий испарения с водной поверхности, обладает свойствами, обеспечивающими длительное неразрушаемое присутствие забирания воды до максимально своей возможности в течение всего вегетационного периода - однократного заполнения водой на восстановление (поддержание), которое периодически производят для эффективного использования увлажнения почвы торфяника.
Кроме того, используемый водоемкий продукт в качестве гранулированного сорбента, покрывают предварительно черным цветом непроницаемым для солнечный лучей «слоем», что испаряет значительно меньше с водной поверхности для сохранения на более длительное время.
Кроме того, каждая отсыпка грунтовой насыпи, перекрывающей поперек сбросной коллектор, имеет гидравлическую связь накоплением последующей аккумулирования воды по длине сбросного коллектора для отвода излишков воды при поступлении в период как накопления ее из водосбросной площади вышерасположенных территорий болот, так и при дождевых атмосферных осадков во время сильных ливней.
Краткое описание изобретения
Следует отметить, что водоемкий гранулированный сорбент может иметь любую конфигурацию или размер, например, квадраты, треугольники, прямоугольники, круглые шары и т.д. Плавающий гранулированный сорбент может плотно покрывать водную поверхность или почву торфяников на затапливаемых картовых выработанных торфяников с целью их использования в качестве, как «Твердая вода» при малой стоимости продукта, способного накапливать воду при затоплении торфяника или при выпадения дождя, что позволяет эффективно бороться с возможностью возгорания торфяника даже в сухую и жаркую погоду, т.к. затем происходит отдача воды в почву торфяника, ее увлажнение верхнего слоя. Кроме того, если присутствует близкий горизонт подземных вод, то сорбент, благодаря свой связи построения матрицы полимера приобретает впитывающую способность (накапливание воды), т.е. структуру льда, закрепляется в сорбенте, именно это и легло в основу названия продукта «Твердая вода». При снижении уровня влажности, уменьшения воды в торфянике до минимального значения связи с матрицей рвутся, и структура жидкости меняется, что позволяет ей освобождаться в почву торфяника и делать его поверхность влажной, не позволяет возгорания растительности.
Действие сорбента начинает работать в автоматическом режиме, обеспечивая влагой почву торфяника, т.е. при опускании уровня ниже порогового значения гранулы отдают в почву торфяника недостающее количество воды, в частности при выпадении осадков в виде дождя и заполнения торфяника водой, и добирают воду до максимально своей возможности и всплывают на поверхность воды в течение всего вегетационного периода. Кроме того, они могут использоваться в нужном режиме от 5 до 10 лет, практически равное до восстановления болот до первоначального затопления с повышением уровня воды подземных грунтовых вод.
При условии, что строительство на сбросном коллекторе, в который постоянно течет вода, накапливающих аккумулирующих емкостей происходит за счет устройства перекрытии поперек коллектора отсыпки грунтовой насыпи его, верхний откос которой снабжают защитной стенкой в виде гибкого полотнища, и верхней и нижней части пригружают слоем из местного грунта торфяника, при этом в процессе отсыпки обеспечивают размещение надувного элемента в потоке сбросного коллектора выше гребня насыпи и защиту ее от размыва. При завершении перекрытия, когда гребень насыпи приближается к проектному положению, резко уменьшается расход переливающегося слоя воды. А значит, по мере отсыпки высоты уменьшается живое сечение потока, увеличиваются скорости воды и, соответственно, сдвигающая сила, действующая на полотнище. Благодаря заполнению сжатым воздухом полостей надувного элемента по мере роста насыпи увеличивается действующая на него выталкивающая сила, соответственно, масса насыпи обеспечивает закрепление второго полотнища к дну коллектора.
Благодаря возможности регулирования положения надувного элемента в потоке в зависимости от высоты насыпи и скорости потока, обеспечивается оптимальное положение надувного элемента в потоке по мере отсыпки насыпи, при этом нижнее второе полотнище может быть использовано как водонепроницаемый понур или диафрагма, а сами надувные элементы демонтированы. Далее затопляю карты торфяника, которые заранее по «сухому» покрывают (рассеивают) гранулированный сорбент, покрытый сверху черным цветом, непроницаемым для солнечных лучей «слоем», что испаряет значительно меньше с водной поверхности для сохранения на более длительное время.
В целом преимущественное использование заявляемого технического решения связано с комплексом операций переходами от накопления воды из вышерасположенных водных источников, содержащий по длине сбросного коллектора, далее гранулы разбрасывают по сухой карте торфяника и заполняют затем его водой из сбросного коллектора, т.е. до начала заполнения торфяника водой и только после этого сорбент начинает работать в автоматическом режиме. Следует отметить, что инновация также в том, что гранулы сорбента не распадаются зимой и их действие продолжается до следующего лета, а значит исключить сезонное удаление «твердой воды» на затапливаемых картовых выработанных торфяниках, что для многих российских регионов с изменчивым суровым климатом приобретает особое значение для последующего сохранения болот и его растительности, фауны и флоры. Следующий момент можно отметить, что сорбент не исчезает долгие годы на поверхности почвы торфяника - это важно особенно в засушливые годы, снижает испарение воды не только с водной поверхности, но накапливает воду из почвы самого торфяника, когда подземные горизонты воды подходят вплотную к поверхности почвы торфяника, а значит идет их пополнение, что зависит от местных условий образования болот на данной территории, а значит и лучше идет рост растений и торфообразование. В результате всей операции по затоплению выработанных торфяников по изобретению территория обводнения претерпит изменения: поднимется уровень подземных грунтовых вод; в сбросном коллекторе образуются запасы воды; при прохождении местного стока несколько снизится по времени их максимумы расходов за счет части объема стока для обводнения картовых торфяников; в меженные периоды, особенно в маловодные годы, когда весной будут затоплены картовые торфяники, покрытые сверху гранулированным сорбентом, удерживающими часть накопленной ими воды и закрепляющую практически всю водную поверхность на обводняемой территории, будет задержана вода, т.е. увеличит часть объема воды (даже при использовании дождя), соответственно, будет исключена возможность возгорания торфяника.
В целом, порядок реализации одновременно накопления и сохранения воды с затоплением выработанных торфяников будет зависеть от технических характеристик всей системы, как было уже отмечено выше.
Преимущество предлагаемой системы заключается в ее простоте, закономерности соблюдения экологических требований к восстановлению болот и их растительности, относительной инновацией и универсальности, т.е. вторично заболоченных торфяных почвах, которые также охватывает тот спектр возможностей, как и производство биомассы на минеральных почах. Следует отметить, что доля биотоплива в России для малой энергетики составляет всего 0,3%, хотя самым перспективным на данный момент видом возобновляемых источников энергии может быть использовано и для России до 4,5% (прогноз к 2020 году). Следует отметить, что сам торф используется широко и в настоящее время для приготовления в качестве различных добавок для приготовления удобрений, как в промышленном масштабе, так и малыми предприятиями собственников, например: ИП Чигирева В.В. Владимирская обл., Суздальский район, с. Ивановское (сайт: www.pt-allans.ru), т.е. на основе добыче торфа создает смесь продукта под названием «Агроперлит» - влагозадерживающая, водорегулирующая, кислородопитающая, рыхляющая добавка для роста растений, т.е. этот продукт, препятствует закислению грунта и т.д., при этом его экологическая чистота повышает качество и полезность урожая - особенно это применение можно отнести к тепличным хозяйствам.
Однако остается то, что важный является фактор - это рекультивация торфяных болот с гарантированным поддержанием нормального подпертого уровня воды, ускоряющей подготовку торфообразования для первоначальной его стадии.
Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками заявляемого способа, что соответствует критерию «изобретательский уровень».
На фиг. 1 схематично показана система обводнения торфяных болот (место выработанных карт вблизи сбросного коллектора), в плане; на фиг. 2 показано сооружение при заполнении сжатым воздухом надувного элемента - фрагмент строительства грунтовой насыпи поперек сбросного коллектора).
Заявленный способ создания управления дополнительных запасов воды при восстановлении торфяных болот с применением суперабсорбента представляет собой конструктивную систему, включающую сбросной коллектор 1 каскадного регулирования, включающего аккумулирующие воду местного стока вытекающего из ближайших болот (больших и малых по площади и объему), когда они поступают вначале в собирательный коллектор 2, соединенного со сбросным коллектором 1 с уклоном, прорытый при осуществлении в результате предшествующих торфоразработок месторождений.
Комплекс сооружений технологической линии с расположением по бокам дам сбросного коллектора и в его границах располагает выработанными участками 2 и 3 (карт) торфяника, и представляет собой в этих границах, управляемый источник воды в виде сбросного коллектора 1 в котором аккумулируются воды, например вытекающих из существующих болот в собирательный коллектор 4 коллектор.
Сбросной коллектор 1 содержит верхний и нижний бьефы, которые по длине его выполняют с помощью каскадных грунтовых насыпей 5 из местного грунта торфяника, и верхний откос (со стороны верхнего бьефа) снабжают защитной стенкой в виде гибкого полотнища 6 и нижнюю часть его пригружают слоем из местного грунта торфяника. При строительстве грунтовой насыпи 5 на дно сбросного коллектора 1 вначале укладывают второе гибкое полотнище 7 из синтетического материала. При этом на его конце со стороны верхнего бьефа устраивают пригрузочный элемент 8, а на другом конце -надувной элемент 9, состоящий из нескольких отдельных полостей 10, связанных с источником сжатого воздуха. На участке перегораживающим сбросной коллектор 1 при отсыпке грунтовой насыпи 5 на дно укладывают второе полотнище 7 и пригрузочный слой грунта 11, и наполняют сжатым воздухом первую со стороны нижнего бьефа полость 10 надувного элемента 9. После его всплытия продолжают отсыпку насыпи 5, и, по мере роста указанной насыпи, заполняют сжатым воздухом остальные полости 10 надувного элемента 9. При этом в процессе отсыпки обеспечивают размещение надувного элемента 9 в потоке выше гребня насыпи 5 и защиту ее от размыва со стороны верхнего бьефа с помощью защитной стенки в виде гибкого полотнища 6, и также нижнюю часть его пригружают слоем местного грунта торфяника. Таким образом, при завершении перекрытия одновременно на нем сверху устраивают выпускные водовыпуски 12, т.е. к проектному положению, для возможного сброса излишков воды при эксплуатации в целом сбросного коллектора, в частности, на момент пика прибывающих расходов воды в весенний период при таянии снега и выпадения дождя. При этом в боковой стенке дамбы сбросного коллектора 1 перед отсыпкой грунтовой насыпи 5 выполняют водосливной порог 13 в виде открытого прокопа проема и связывают с выработкой участков 2 и 3 торфяника, и представляют собой в этих границах управляемый источник воды из сбросного коллектора 1, поступающего из сборного коллектора 4. Каждый выработанный участок 2 и 3 (карты) торфяника имеют самостоятельный впуск через пороги 13 (укрепленные - не показано).
Кроме того, всю площадь каждого из участков 2 и 3 торфяника по «сухому» покрывают методом рассеивания водоемкого продукта 14 в качестве гранулированного сорбента, действие которого основано на свойстве воды, приобретая структуру льда и закрепляясь в сорбенте при затоплении указанных участков торфяника водой. После заполнения водой участков 2 и 3 торфяника, гранулированный сорбент всплывает, поверхность участков торфяника покрывает непроницаемым для солнечных лучей «слоем», будет испарять значительно меньше воды, а значит, ее запасы могут храниться более длительное время, при этом, не нарушая естественного кислородного режима поступления осадков к поверхности торфяника, а это значит, обеспечивает сбережение воды ежегодно с мая по август включительно. Кроме того, на естественных болотах сохраняется исторически сложившиеся равновесие окружающей среды в режиме влажности воздуха на территории, прилегающей к торфяникам. А черный цвет его можно применить распылением, например, из гидрофильного капиллярно-пористого материала в виде торфа и покрытие выбрано для защиты продукта (материала) от разрушительного воздействия ультрафиолетового излучения солнца. Ранее на таких болотах ничего подобного не применялось.
Следует отметить, что сами гранулы сорбента могут быть созданы с удельным весом меньше, чем удельный вес воды. При этом структура сорбента такова, что он обладает свойствами, обеспечивающими длительное неразрушаемое присутствия забирания воды до максимально своей возможности в течение всего вегетационного периода, и, кроме подзода воды в затопляемые участки торфяника, в сухую погоду (при возможности ухода воды в подземные слои) может быть использован не только природный фактор, - как выпадения дождя, но также применение разбрызгивание пресных вод непосредственно из аккумулирующей емкости сбросного коллектора 1 любыми напорными дождевателями, однократно заполнение водой гранул сорбента в виде пористого льда, и в этом случае использование его для увлажнения почвы торфяника.
Способ управления дополнительных запасов воды при восстановлении торфяных болот с применением суперабсорбента работает следующим образом.
Сборный коллектор 4 пресной воды располагают в виде зарегулированного участка ниже близлежащих по уклону болот. Весной в период интенсивного притока воды происходит поступление воды в сборный коллектор 4, которые соединяют со сбросным коллектором 1 с отсыпкой грунтовых насыпей 5, расположенными каскадам, также накапливающих воду в виде аккумулирующих емкостей и формируют кривую подпора. Движение воды в этом случае обеспечивается геометрическим уклоном коллектора 1 с конструктивными особенностями подпорных грунтовых насыпей 5.
При этом по мере отсыпки грунтовой насыпи 5 и роста ее высоты уменьшается живое сечение потока, увеличиваются скорости воды и, соответственно, сдвигающая сила, действующая на полотнище 7. Благодаря заполнению сжатым воздухом полостей 10 надувного элемента 9 по мере роста насыпи 5 увеличивается действующая на него выталкивающая сила. При этом обеспечивается оптимальное положение в потоке элемента 9, защищающего насыпь 5 от размыва, а масса насыпи 5 обеспечивает закрепление полотнища 7 к дну коллектора 1. Кроме того, со стороны верхнего бьефа с помощью защитной стенки в виде гибкого полотнища 6 также защищает насыпь 5 от прямого удара волны потока и обеспечивает защиту последнего от размыва, полотнище 6 которое одновременно перекрывает и гребень насыпи 5, при этом нижнюю часть гибкого полотнища 6 пригружают слоем местного грунта торфяника, гребень насыпи 5 снабжают водовыпускными водовыпусками 12 в проектном высотном расположение на насыпи 5 для возможного сброса излишков воды при эксплуатации.
Заполнение участков 2 и 3 (карт) торфяника со стороны боковых стенок дамб сбросного коллектора 1 происходит последовательно по его длине через пороги 13 (укрепленные -не показано) в виде прокопов проемов, сток наполняет их в режиме обеспечения самонапорного выпуска воды, поддерживая уровень воды, соответственно в каждой из карт обвалованных вокруг небольшими валиками выработанного торфяника.
Автоматическое поддержание уровня воды в верхнем бьефе аккумулирующей емкости сбросного коллектора 1 для заданной направленности подачи воды самотеком через образованный в стенке дамбы порог 13, поступает самотеком в сторону затапливаемых участков 2 и 3 выработанных торфяников и заполняет до первоначального значения заполнения болот, связанное с торфоразработками.
При паводковых (излишних) расходах, когда резко увеличивается расход, и чтобы не перенаполнять участки 2 и 3 выработанных торфяников выше отметки расчетного их затопления, а также сохранить в эксплуатации насыпную грунтовую насыпь с устройствами элементами, в работу вступают выпускные водовыпуски 12.
исп.о
исп.
исп.о
3
2
Следует отметить, что до заполнения «сухих» участков (карт) торфяника, прежде всего, необходимо их заранее покрывают (рассеивают) гранулированный сорбент, покрытый сверху черным цветом, например, предпочтительно покрытым черным материалом распылением из гидрофильного капиллярно-пористого материала в виде торфа и задержания воды на торфянике непроницаемым для солнечных лучей «слоем». Следует отметить, что величины испарения с водной поверхности могут быть различны, т.е. суммарное испарение с зарастающих выработок торфяников до их восстановления болот, зависит от занимаемой площади и полупогруженными водными растениями. К примеру, значение коэффициента для учета влияния дополнительного испарения с заросшей части торфяника для лесных и лесостепных регионов может колебаться до 1,3 или увеличиваться и эти испарения определяются по известным формулам, например по формуле W= =W S, где W - среднемноголетний объем испаряемой воды, тыс.м; S - площадь акватории болота, км; W - величина испарения с поверхности болота, т.е. зависит от зоны в которой расположено болота и состоянии самого объекта. Кроме того, после разброски сорбента и заполнения участков 2 и 3 торфяника водой, сорбент начинает в автоматическом режиме работать. При этом гранулы сорбента забирают воды в начале и создают структурную нестойкость наполняемого сорбента, состоящего из гранул, который основан на свойстве, поглощать (запирать) воду под названием «твердая вода». Это может стать незаменимым дополнительным препаратом также и для восстановления выработанных торфяных болот в целом.
Как уже было отмечено вышеизложенным описанием, действие сорбента основывается аккумулировать в одном килограмме до 500 литров воды. При этом объем самих гранул увеличивается в 10 раз. Попадая в матрицу, вода образует структуру льда и закрепляясь в сорбенте. После снижения уровня воды в выработанных торфяниках в засуху, гранулы сорбента способны «отдать» воду в почву торфяника, которая становится влажной, и может пополнять подземный уровень грунтовых вод. При этом, даже при нехватке воды в сбросном коллекторе 1, но при прохождении ливневых дождей (летом они могут, происходит кратковременно, но часто), в работу вновь вступают кристаллы сорбента, покрывая всю поверхность участков торфяника, происходит вновь увлажнение поверхности с расположением самих восстанавливаемых болот, не нарушая естественного кислородного режима поступления осадков к поверхности болот.
Следует отметить, что данная связь в целом зависит от работы вышеперечисленных технологических процессов в зарегулированном сбросном коллекторе с сооружениями и выработкой участков торфяника, работающих в автоматическом режиме перелива воды и уровня верхнего бьефа в нем.
В результате чего территория обводнения претерпит изменения: поднимется уровень грунтовых вод; в каскадах образуется запасы воды; при прохождении местного стока несколько снизятся и сдвинутся по времени их максимумы расходов за счет аккумулирования части объема стока; в меженные периоды, особенно в маловодные периоды способность сорбента накапливать воду, а его размещение на площади выработанного торфяника способно не только накапливать воду, но защитит от солнечного излучения, что эффективно насыщает почву торфяника; исключает удаление самого сорбента и в зимнее время во многих российских регионов с суровым климатом; будет исключена возможность возгорания торфяников.
Благодаря возможности регулирования положения надувного элемента в потоке в зависимости от высоты отсыпки насыпи и скорости потока при строительстве данного сооружения обеспечивают устойчивость его от размыва и надежная эксплуатация более длительного времени. При этом после перекрытия сбросного коллектора нижнее полотнище у дна может быть использовано как водонепроницаемый понур или диафрагма, а другие элементы демонтируют.
Анализ литературных источников позволяет сделать вывод о том, что пожары на торфяниках, которые могут возгораться в результате деятельности человека, а также самовозгораться. Решение проблемы пожарной безопасности должны быть комплексными, то есть надо строить такие инновационные системы, которые создают двухстороннее регулирование уровня грунтовых вод с помощью предлагаемого технического решения. Здесь следует отметить, что дополнительно особую заботу нужно оказывать и грунтовым дорогам на торфяниках, создавая противопожарную подушку.
На основании этих подходов, преимущество предлагаемого способа играет инновационный подход в его простоте, экономичности, относительной универсальности, обеспечение как эколомелиоративную обстановку, так и, следовательно, предотвращения возможного возникновения пожара в засушливые периоды года. Регулирование водного режима обводняемой территории не требует энергозатрат, просто в эксплуатации для обводнения выработанных торфяников местным стоком и дополнительно применением специальных гранул сорбента, который выступает в роли агрегатора воды, способного поглотить до максимального количества жидкости, а после отдать сухой почве торфяника, и увлажняет поверхностный слой торфа, в целом это ускоряет восстановление для обитания диких животных и птиц на затапливаемых торфяниках.
Совокупность признаков раскрытия сущности изобретения достаточна для его практической реализации при строительстве обводнения выработанных торфяников.