Устройство для регулирования запасов стока атмосферных осадков
DEVICE FOR REGULATION OF ATMOSPHERIC PRECIPITATION RUNOFF RESERVES

Изобретение относиться к водоснабжению и может использоваться при регулировании подземного и надземного стоков, приуроченных к долинам горных рек с периодически пересыхающими водотоками для повышения надежности водоотбора или его увеличения.
Известно устройство для регулирования запасов подземных вод, включающее водонепроницаемый барраж в поперечном створе долины реки, полностью по мощности и ширине перекрывающий водоносный горизонт и образующий подземное водохранилище, и расположенный выше водозабор (Гидрогеология. Инженерная геология // Итоги науки и техники. - М.: ВИНИТИ, 1974, т. 3, с. 15-16, рис. 5б).
Недостатком известного устройства является невозможность обеспечения надежного водоотбора в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации, в том числе и в маловодные периоды года в долинах горных рек с периодически пересыхающим водотоком.
Известно гидротехническое сооружение для регулирования запасов воды для целей водоснабжения и орошения - надземная плотина - водоподпорное сооружение, перегораживающее водоток и его долину для подъема уровня воды (Свод правил СП 40.13330.2012 Плотины бетонные и железобетонные: нормативно-технический материал. - М.: ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», 2013, с. 4-5, рис. 1а-г).
Недостатком известного устройства является невозможность обеспечения накопления и поддержания объема воды водохранилища в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации, в том числе и в маловодные периоды года в долинах рек с периодически пересыхающим водотоком.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для регулирования запасов подземных вод (Патент на изобретение RU №2569004, МПК Е03В 3/32, 3/06, опубл. 20.11.2015, Бюл. №32), включающее водонепроницаемый барраж в поперечном створе долины реки, полностью по мощности и ширине перекрывающий водоносный горизонт и образующий основное подземное водохранилище, и расположенный выше водозабор, а также содержит дополнительный водонепроницаемый барраж, расположенный в поперечном створе долины реки выше зоны влияния основного подземного водохранилища, в верхнем его бьефе и образующий дополнительное подземное водохранилище, водоприемное устройство, расположенное в верхнем бьефе дополнительного водонепроницаемого барража, и соединяющий дополнительное и основное водохранилища трубопроводом с затвором для регулирования расхода воды из водоприемного устройства в основное подземное водохранилище.
Недостатком известного устройства является невозможность обеспечения надежного водоотбора в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации, в том числе и в маловодные периоды года в долинах горных рек с периодически пересыхающим водотоком, ввиду неэффективного использования стока атмосферных осадков в период их наибольшей интенсивности.
Техническим результатом является обеспечение возможности надежного водоотбора в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации, в том числе в маловодные периоды года в долинах горных рек с периодически пересыхающим водотоком, ввиду эффективного использования стока атмосферных осадков в период их наибольшей интенсивности.
Технический результат достигается тем, что устройство для регулирования запасов стока атмосферных осадков, включающее подземное водохранилище, образованное водонепроницаемым барражом в поперечном створе долины реки, полностью по мощности и ширине перекрывающим водоносный горизонт, и надземное водохранилище, образованное плотиной, перекрывающей по ширине поперечный створ долины реки, причем водонепроницаемый барраж расположен вне зоны влияния нижележащего подземного водохранилища, согласно изобретению перед барражем установлен каптаж для интенсификации процесса накопления воды в надземном водохранилище в период интенсивного стока атмосферных осадков, а подземное водохранилище расположено выше надземного на расстоянии, обеспечивающем высотные отметки каптажа, достаточные для отвода подземных вод регулируемым самотеком в чашу надземного водохранилища.
Отличительными от прототипа признаками являются:
- перед барражем выполнен каптаж;
- подземное водохранилище расположено выше надземного на расстоянии, обеспечивающем высотные отметки каптажа, достаточные для отвода подземных вод в надземное водохранилище;
- подземные воды каптажа отводятся регулируемым самотеком в чашу надземного водохранилища в период наибольшей интенсивности стока атмосферных осадков.
Указанная совокупность отличительных от прототипа признаков позволяет обеспечить возможность надежного водоотбора в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации, в том числе в маловодные периоды года в долинах горных рек с периодически пересыхающим водотоком, ввиду эффективного использования стока атмосферных осадков в период их наибольшей интенсивности в долине горной реки.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на рис. 1 изображено устройство для регулирования запасов стока атмосферных осадков.
Устройство для регулирования запасов стока атмосферных осадков включает водонепроницаемый барраж 1, созданный, например, методом «стена в грунте» в поперечном створе долины реки в водоносном горизонте 2, полностью по мощности и ширине его перекрывающим. Водоносный горизонт 2 обеспечивает предотвращение подземного стока за пределы барража 1, подпор подземных вод и благоприятные условия для их накопления в водоносном горизонте 2, выше створа расположения барража 1, с образованием подземного водохранилища 3. Ниже створа барража 1 расположено надземное водохранилище 4, образованное плотиной 5, перекрывающей по ширине поперечный створ долины реки, причем барраж 1 расположен вне зоны влияния надземного водохранилища 4. Перед барражем 1 выполнен каптаж 6, вода из которого по трубопроводу или лотку 7, армированному распределительной арматурой, поступает регулируемым самотеком в надземное водохранилище 4, при наполнении подземного водохранилища 3. Скважина 8 с артезианским насосом, находящаяся в зоне влияния подземного водохранилища 3, трубопроводом 9 обеспечивает подачу воды из подземного водохранилища 3 в надземное водохранилище 4, образованное плотиной 5. Из надземного водохранилища 4 вода через береговую насосную станцию по трубопроводной системе 10 подается потребителю. Максимальные уровни воды, которые могут быть достигнуты, соответственно, в надземном водохранилище 4 - это положение 11, после чего излишки воды сбрасываются через катастрофический водосброс в плотине 5, а в подземном водохранилище 3 - это положение 12, после чего вода перетекает через барраж 1 и движется далее свободно по руслу реки. Минимальный объем надземного водохранилища 4 соответствует его "мертвому" объему на отметках 13.
Регулирование запасов стока атмосферных осадков данным устройством реализуется следующим образом. В многоводный период года перед маловодным периодом притоки подземных и надземных вод аккумулируют соответственно в подземном водохранилище 3 и в надземном водохранилище 4 за счет инфильтрации атмосферных осадков и паводковых вод, затопляющих часть долины, непосредственно на площадях водосбора обоих водохранилищ. Таким образом, при условии притока подземных вод над другими составляющими баланса, в частности над водоотбором из скважины 8 трубопроводом 9, происходит накопление подземных вод в подземном водохранилище 3. При условии преобладания надземного стока над водоотбором через береговую насосную станцию по трубопроводной системе 10 из надземного водохранилища 4 происходит накопление стока в надземном водохранилище 4.
В начальный период маловодности при пересыхании поверхностного водотока реки в подземном водохранилище 3 поверхность подземных вод занимает положение 12, а в надземном водохранилище 4 уровень воды соответствует положению 11.
Когда приток воды в надземное водохранилище 4 за счет стока атмосферных осадков уменьшается, возникает ситуация, что водоотбор через береговую насосную станцию по трубопроводной системе 10 превосходит внешний приток воды. В этом случае уровень воды постепенно падает и может дойти до минимальных отметок 13 "мертвого" объема водохранилища. Однако в начальный период маловодности объем воды в подземном водохранилище 3 остается неизменным и соответствует своим максимальным значениям, то есть положению 12, и вода посредством каптажа 6 по трубопроводу или лотку поступает регулируемым самотеком в надземное водохранилище 4. При падении отметок в подземном водохранилище 3 ниже отметок каптажа 6, т.е. когда он не работает, чтобы не допустить падение уровня воды в надземном водохранилище 4 до «мертвого» объема, соответствующего минимальным отметкам 13, в надземное водохранилище 4 осуществляют пропуск воды из подземного водохранилища 3 посредством трубопровода 9 через скважину 8.
В многоводный период года, когда имеются или обильные осадки, или происходит интенсивное таяние снега, вследствие несоизмеримо меньшего объема воды, сконцентрированного в подземном водохранилище 3, его наполнение происходит гораздо быстрее наполнения надземного водохранилища 4. Уровень воды в подземном водохранилище 3 повышается быстро, достигает максимальных отметок 12, и вода перетекает через барраж 1, что соответствует максимальному уровню воды в реке. Перетекающий через барраж 1 объем воды, двигаясь по руслу реки, частично фильтруется в грунтовые воды и лишь частично доходит до надземного водохранилища 4. Для эффективного использования подземного стока атмосферных осадков, скорейшего наполнения надземного водохранилища 4 перед барражем 1 устроен каптаж 6, перехватывающий подземные воды при переполнении подземного водохранилища 3, направляя их непосредственно в надземное водохранилище 4. Одновременно вода из подземного водохранилища 3 может подаваться в надземное водохранилище 4 по трубопроводу или лотку 7 и посредством трубопровода 9 через скважину 8. Вследствие того, что подземное водохранилище 3 расположено, по геодезическим отметкам, выше надземного водохранилища 4, вода из каптажа 6 подается в нижележащее водохранилище 4 самотеком по трубопроводу или лотку 7. При достижении наполнения надземного водохранилища 4 до максимальных отметок 11 поступление воды из подземного водохранилища 3 прекращается как из трубопровода 9 через скважину 8, так и посредством регулирующей арматуры, установленной на трубопроводе или лотке 7, идущих от каптажа 6.