Способ регулирования стока атмосферных осадков
METHOD OF REGULATING ATMOSPHERIC PRECIPITATION RUNOFF

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.
Известен способ регулирования запасов подземных вод, заключающийся в создании водонепроницаемого барража в поперечном створе долины реки, полностью по мощности и ширине перекрывающего водоносный горизонт, накоплении подземных вод в подземном водохранилище в многоводные периоды года и расходовании их в маловодные периоды (Гидрогеология. Инженерная геология // Итоги науки и техники. - М.: ВИНИТИ, 1974, т. 3, с. 15-16, рис. 5б).
Недостатком известного способа 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. Потребность больших площадей затопления при недостаточной эффективности использования земли.
Известен способ регулирования запасов надземных вод, заключающийся в создании гидротехнического сооружения для регулирования запасов воды для целей водоснабжения и орошения - надземная плотина - водоподпорное сооружение, перегораживающее водоток и его долину для подъема уровня воды и накопления поверхностного стока вод в надземном водохранилище в многоводные периоды года и расходовании их в маловодные периоды (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. 1 а-г).
Недостатком известного способа является невозможность обеспечения накопления и поддержания объема воды в водохранилище в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации, в том числе и в маловодные периоды года, в долинах рек с периодически пересыхающим водотоком. Потребность больших площадей затопления при недостаточной эффективности использования земли.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ регулирования запасов подземных вод (Патент на изобретение RU №2569035, МПК Е03В 3/32, 3/06, опубл. 20.11.2015. Бюл. №32), включающий накопление в поперечном створе долины реки, полностью по мощности перекрывающем водоносный горизонт, когда в поперечном створе долины реки, выше зоны влияния подземного водохранилища, осуществляют дополнительное накопление подземных вод, в дополнительное подземное водохранилище и управляют уровнем подземных вод, при его падении, на участке подземного водохранилища, путем регулируемого пропуска воды из дополнительного подземного водохранилища в основное подземное водохранилище. Обеспечивая возможность надежного водоотбора в требуемом объеме на протяжении всего периода эксплуатации.
Недостатком известного способа 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 не эффективного 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, в виду эффективного использования подземного и надземного стоков атмосферных осадков в период их наибольшей интенсивности.
Технический результат достигается тем, что в способе для регулирования запасов стока атмосферных осадков, заключающемся в накоплении в долине реки, полностью по мощности и ширине перекрытой барражем в водоносном горизонте, подземных вод, в подземном водохранилище и надземных вод, в надземном водохранилище, полностью по ширине перекрытой плотиной долины реки, в многоводные периоды года и расходовании их водозабором или из подземного или из надземного водохранилища в маловодные периоды года, при регулируемом пропуске воды из одного объема в другой и потребителю, согласно изобретению, перед барражом устраивают каптаж и интенсифицируют процесс накопления воды в надземном водохранилище в период интенсивного стока атмосферных осадков, путем пропуска в него дополнительно воды регулируемым самотеком из каптажа подземного водохранилища.
Отличительными от прототипа признаками являются:
- отслеживание уровня воды в подземном водохранилище, путем расположения элементов водоприемных сооружений каптажа на максимальных отметках барража;
- эффективное использование интенсивного стока атмосферных осадков путем регулируемого накопления воды в подземном водохранилище, с последующей подачей в надземное водохранилище, регулируемым самотеком и (или) за счет механической водоподачи;
- регулирование подачи стока вод атмосферных осадков, из подземного водохранилища в надземное водохранилище, из каптажа и его отключение, посредством регулировочной арматуры, при переполнении надземного водохранилища;
- эффективное управление уровнем подземных вод в подземном водохранилище путем интенсивного воздействия на него в период максимальных отметок уровня воды, за счет из каптажа и скважин, с последующим, при уменьшении стока осадков, воздействием только за счет водоотбора из скважины.
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, за счет эффективного накопления ее в период интенсивного стока.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на рис. 1 схематично изображен продольный разрез участка долины реки, на котором реализуется способ регулирования стока атмосферных осадков, путем устройства в поперечном створе долины реки барража 1 в водоносном горизонте 2. Барраж 1 создают, например, методом «Стена в грунте» водонепроницаемым, полностью по мощности и ширине перекрывающим водоносный горизонт 2 и тем самым обеспечивают предотвращение подземного стока, за пределы барража 1, подпор подземных вод и благоприятные условия для их накопления в водоносном горизонте 2 выше створа расположения этого барража 1, образуя подземное водохранилище 3. Ниже барража 1, в не зоны влияния друг на друга, расположено "зеркало" надземного водохранилища 4, образованного плотиной 5, полностью по ширине перекрывающей долину реки. Выше барража 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, и 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 7, 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 попуск 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.