ОРОСИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕСТНОГО СТОКА
IRRIGATION SYSTEM WITH USE OF LOCAL RUNOFF

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к орошаемому земледелию, и может быть использовано при осуществлении орошения сельскохозяйственных культур аккумулированными водами местного стока.
Известна система лиманного орошения по широким и длинным полосам (SU, А.с. №853006, Е02В 13/00, БИ №29 от 07.08.1981), содержащая распределительный канал, армированный подпорными сооружениями и водовыпусками. Вдоль уклона лимана насыпаны водоудерживающие валики, а поперек уклона нарезаны ложбины с гребнями, которые нарезают на сторонах, расположенных противоположно уклону лимана, уплотняют и закрепляют дерниной. В нижней части склона расположен приемный сбросной канал.
Недостатками данной системы являются отсутствие возможности проведения поливов разных частей поля вдоль полосы лимана и связанная с этим неравномерность увлажнения верхней и нижней частей полосы.
Известна оросительная система (SU, А.с. №1217309, Е02В 11/00, БИ №10 от 15.03.1986), включающая магистральный канал, закрытые распределители и парные оросители, выполненные с обратным уклоном к питающему их распределителю и горизонтальными бровками. Уровень воды в оросителях регулируется водовыпусками автоматического действия.
Недостатком данной системы является последовательная схема наполнения системы оросителей, начиная с пониженного участка, что лишает систему универсальности водораспределения при необходимости заполнения оросителей в иной, не предусмотренной в описании последовательности.
Известна оросительная система с использованием прудов-накопителей (SU, Патент №2353088, A01G 25/00, БИ №12 от 27.04.2009), содержащая расположенные по уклону местности распределительные каналы, которые на своем протяжении впадают в искусственно созданные пруды-накопители. Вода подается в поливные каналы для орошения дождевальными машинами. Неиспользованная при поливе вода сбрасывается в сбросные каналы, которые расположены по уклону местности и осуществляют транспортировку воды к следующей паре поливных каналов, имеющих уклон к распределительному каналу, который впадает в следующий пруд-накопитель. Все поливные каналы имеют в концевой части подпорно-регулирующие сооружения, а на выходе из прудов-накопителей оборудованы регуляторами уровня по нижнему бьефу.
Недостатками данной системы являются самотечная схема заполнения распределительных и поливных каналов только по уклону сверху вниз, что исключает возможность подачи оросительной воды в вышерасположенные участки системы; оросительная система не позволяет аккумулировать воды местного стока с вышерасположенной водосборной площади и использовать их на орошение.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является мелиоративная водооборотная система (SU, А.с. №1425271, Е02В 11/00, БИ №35 от 23.09.1988), включающая оросительную сеть с напорным водоводом и насосную станцию. Оросительная сеть ограждена сбросным водоводом и расположена по рельефу местности выше осушительной сети. Магистральный канал осушительной сети соединен со сбросным водоводом и прудом-накопителем. Пруд-накопитель и водохранилище снабжены водорегулирующими устройствами, а водохранилище соединено с рекой обводным каналом в обход пруда-накопителя. В процессе эксплуатации стоки поступают в пруд-накопитель, разбавляются водой из водохранилища и вновь подаются на орошение, замыкая водооборот в смесителе.
Недостатком данной системы является невозможность использования вод местного стока на орошение без их предварительного стока по сбросному водоводу в пруд-накопитель и дальнейшей подачи на орошаемый участок, что требует дополнительных энергетических затрат и времени.
Сущность изобретения - разработка конструкции оросительной системы, позволяющей эффективно использовать на орошаемых участках аккумулированные воды местного стока в виде талых снеговых, дождевых вод и из водохранилища путем их рационального распределения по территории за счет работы дифференцированных узлов водораспределения.
Технический результат - повышение эффективности использования местного стока, снижение энергетических затрат на орошение, улучшение экологической обстановки.
Технический результат достигается включением в оросительную систему дифференцированных узлов водораспределения, позволяющих эффективно управлять распределением воды и состоящих из прудов-распределителей, водоудерживающих валиков с водовыпусками-водоспусками, закрытых распределителей двухстороннего действия и системы задвижек на них.
Оросительная система с использованием местного стока содержит орошаемые участки, устраиваемые на пологих склонах водосборной площади вокруг водохранилища. Такое расположение позволяет направлять поступающие с вышерасположенной водосборной площади талые снеговые и ливневые воды на орошение затоплением, либо на аккумулирование в поливные безуклонные и сбросные каналы и расположенные на них пруды-распределители, откуда воды местного стока могут быть использованы для орошения дождеванием. А в случае их недостатка, можно использовать воды местного стока, саккумулированные в водохранилище.
Поливные безуклонные каналы устраивают посередине полей, вдоль горизонталей местности, с расстоянием, равным ширине захвата фронтальной дождевальной машины, с забором воды в движении из открытых оросителей (типа ДДА-100ВХ, «Кубань», «Днепр» и т.п.). Поливные каналы устраивают без уклона для обеспечения возможности перераспределения воды между соседними полями, а также для проведения поливов затоплением нижерасположенных участков путем их избыточного наполнения и перелива через край (бровку), используя его как водослив с широким порогом. Поливные безуклонные каналы разделяют поля на верхние и нижние части поля по их высотному расположению.
Пруды-распределители представляют собой расширенные и углубленные участки поливных безуклонных и сбросных каналов, что позволяет аккумулировать в них дополнительный объем вод местного стока. Их выполняют в земляном русле с возможным применением противофильтрационных облицовок, что дополнительно позволит уменьшать заиление и фильтрацию.
По границам полей орошаемых участков и выше поливных безуклонных каналов располагают водозадерживающие валики, за исключением верхней границы, что позволяет аккумулировать поступающие с вышерасположенной водосборной площади воды местного стока. Поперечные уклону местности водоудерживающие валики устраивают сразу за поливными безуклонными каналами выше по рельефу с высотой, не создающей препятствий для работы предполагаемых фронтальных дождевальных машин. По всем продольным уклону местности границам полей устраивают продольные водоудерживающие валики. На каждой части поля их высота складывается из максимальной проектной высоты слоя затопления и запаса, что предотвращает переливы воды. В местах переезда сельскохозяйственной техники откосы водоудерживающих валиков выполняют с допустимым коэффициентом заложения.
Орошаемые участки связаны между собой закрытыми распределителями двухстороннего действия через пруд-накопитель, устраиваемый ниже водохранилища, что обеспечивает возможность подачи передвижной насосной станцией (одной или несколькими) на орошение вод местного стока, поступающих как из водохранилища - в напорном режиме, так и в обратном направлении - самотеком с орошаемых участков, где саккумулирован их избыток, или не запланированных к орошению (например, находящихся под «паром»), или для опорожнения системы на зимний период. Закрытые распределители двухстороннего действия представляют собой напорные трубопроводы (стальные, чугунные, полимерные и т.п.).
Избыточные воды местного стока (образованные при заполнении орошаемых участков, в том числе профильтровавшиеся в виде коллекторно-дренажных вод), аккумулируются в сбросных каналах (расположенных вдоль нижних границ орошаемых участков) и устроенных на них прудах-распределителях, откуда могут быть вновь поданы на орошение данного поля с помощью передвижной насосной станции (одной или нескольких) по закрытому распределителю двухстороннего действия, через дифференцированные узлы водораспределения и поливные каналы.
Дифференцированный узел водораспределения представляет собой функционально связанный комплекс, устраиваемый на закрытом распределителе двухстороннего действия и состоящий из водоудерживающего валика и расположенного под ним водовыпуска-водоспуска в примыкающий ниже по рельефу пруд-распределитель и в закрытый распределитель двухстороннего действия с системой задвижек на них. Задвижки устраивают на образованном узле трубопроводов в трех местах: на закрытом распределителе двухстороннего действия выше отвода в водовыпуск-водоспуск; на самом водовыпуске-водоспуске водоудерживающего валика и на выходе (отводе) в пруд-распределитель. Такое взаиморасположение элементов и системы задвижек дифференцированного узла водораспределения позволяет эффективно управлять распределением воды на орошаемых участках оросительной системы. Водовыпуск-водоспуск представляет собой напорный трубопровод, аналогичный закрытому распределителю двухстороннего действия. С учетом того, что трубопроводы и задвижки дифференцированного узла водораспределения часть времени работают в воде, их выполняют из антикоррозийных материалов или защищают антикоррозийным покрытием. Так как основное рабочее положение задвижек - «открыто» или «закрыто», их конструкция не имеет принципиального значения и может быть клиновая, шиберная, шаровая, дисковая и т.п. Положение задвижек регулируют вручную для удобства с удлинителем штока регулирующего крана (http://www.master-prom.ru/content/service/production/index.php?partID=l884).
Подпорно-регулирующие сооружения поливных безуклонных и сбросных каналов устанавливают на выходе из прудов-распределителей и на внутренних границах полей, что позволяет при необходимости перераспределять воды местного стока между соседними полями в пределах орошаемого участка. В закрытом состоянии их высота должна обеспечивать защиту от перелива воды при затоплении между соседними полями. Подпорно-регулирующие сооружения конструктивно представляют собой щитовые перегораживающие сооружения.
На выходе из водохранилища устанавливают головные подпорно-регулирующие сооружения для подачи воды в пруд-накопитель и для пропуска избыточных паводковых вод, а также санитарных попусков в меженный период.
Предложенная конструкция оросительной системы обеспечивает ряд преимуществ, позволяющих эффективно использовать воды местного стока: они могут быть саккумулированы непосредственно на территории орошаемого участка; в случае их недостатка могут быть дополнены из водохранилища через пруд-накопитель; они могут быть перераспределены как внутри орошаемого участка - через дифференцированные узлы водораспределения, так и между орошаемыми участками - через общий для них пруд-накопитель; воды местного стока могут получить дополнительную подготовку к поливу в пруде-накопителе и в прудах-распределителях путем отстаивания, фильтрации, прогрева, насыщения водорастворимыми удобрениями и гербицидами; могут быть поданы на орошение как дождеванием, так и затоплением. На разных полях орошаемых участков в зависимости от водопотребности культур, погодных и почвенно-мелиоративных условий, возможна реализация технологии циклического (периодического) орошения.
Порядок реализации одновременного процесса полива затоплением и дождеванием будет зависеть от технических характеристик оросительной системы: параметров насосной станции, их количества, гидравлических характеристик закрытых распределителей и дождевальных машин.
Управление водораспределением на оросительной системе с использованием местного стока осуществляется обслуживающим персоналом вручную.
Изобретение поясняется фигурами 1-4. На фиг.1 - Схема планового расположения орошаемых участков, на фиг.2 - План типового орошаемого участка, на фиг.3 - Разрез I-I по оси закрытого распределителя двухстороннего действия, на фиг.4 - Узел «Д» - дифференцированный узел водораспределения.
Оросительная система (фиг.1) включает водохранилище 1, аккумулирующее воды местного стока, имеющее головные подпорно-регулирующие сооружения 2 на входе в обводной канал 3 и расположенный ниже пруд-накопитель 4, с позициями для подключения 5 передвижной насосной станции, закрытые распределители двухстороннего действия 6 к орошаемым участкам 7. Типовые орошаемые участки (фиг.2) включают поля А, Б, В, Г и т.д., с поливными безуклонными каналами 8, сбросным каналом 9 и устроенными на них прудами-распределителями 10, а также подпорно-регулирующими сооружениями 11, поперечными 12 и продольными 13 водоудерживающими валиками по границам полей и выше поливных каналов, за исключением верхней границы. Дифференцированные узлы водораспределения «Д» (фиг.3) включают пруды-распределители 10, водоудерживающие продольные 13 и поперечные 12 валики с водовыпусками-водоспусками 14, участки закрытых распределителей двухстороннего действия 6 и устроенную на них систему задвижек 15 (фиг.4).
Оросительная система с использованием местного стока работает следующим образом.
Самотечное наполнение орошаемых участков водами местного стока с водосборной площади начинается в зимний период времени, когда запасы снега аккумулируются на территории орошаемых участков 7, входящих в состав оросительной системы (фиг.1), за счет устройства по границам полей поперечных 12 и продольных 13 (фиг.2) водоудерживающих валиков, которые весной, при таянии снега, не дают талым водам стечь за пределы оросительной системы. Весной талые снеговые и ливневые воды, образованные за счет стока с вышерасположенного водосбора, собираются выше первого ряда поперечных водоудерживающих валиков 12 полей А, Б и через дифференцированные узлы водораспределения, устроенные в прудах-распределителях 10, заполняют отходящие от них поливные безуклонные каналы 8, после наполнения которых закрывают подпорно-регулирующие сооружения 11, устроенные на этих каналах. Регулируя положением задвижек 15 (фиг.4) на дифференцированных узлах водораспределения «Д», последующий объем поступающих вод местного стока направляют самотеком через водовыпуск-водоспуск 14 по закрытому распределителю двухстороннего действия 6 в следующий ряд поливных безуклонных каналов 8 (фиг.2) и так далее, аналогичным образом, включая сбросные каналы 9.
При недостатке вод местного стока для проведения поливов в вегетационный период (или для влагозарядковых поливов) орошаемых участков 7 (фиг.1) их подают в напорном режиме из водохранилища 1 по закрытому распределителю двухстороннего действия 6, используя передвижную насосную станцию на позиции 5 у пруда-накопителя 4. Далее, регулируя положением задвижек дифференцированных узлов водораспределения на прудах-распределителях 10 и управляя подпорно-регулирующими сооружениями 11, заполняют отходящие от них ряды поливных безуклонных каналов 8 в необходимой для проведения поливов последовательности.
Для проведения поливов дождеванием поступают следующим образом. После заполнения поливных безуклонных каналов 8 водами местного стока любым описанным выше способом (и, если необходимо, промежуточной подготовки воды: отстаивания от наносов, прогрева, внесения удобрений и ядохимикатов) осуществляют поливы запланированных полей А, Б, В, Г, Д и т.д. фронтальными дождевальными машинами, забирающими воду при движении из поливных безуклонных каналов 8. При каждом проходе дождевальная машина поливает участки, с двух сторон примыкающие к поливному безуклонному каналу 8, и захватывает одно орошаемое поле. Дополнительную подачу воды в поливной безуклонный канал осуществляют по закрытому распределителю двухстороннего действия 6 (в напорном режиме - за счет работы передвижной насосной станции или самотеком - из вышерасположенных поливных безуклонных каналов, предварительно заполненных оросительной водой).
Для проведения поливов затоплением поступают следующим образом. Весной, во время паводка, а также во время ливневых дождей используют поступающие воды местного стока с вышерасположенной водосборной площади (фиг.2) при закрытом положении задвижек дифференцированных узлов водораспределения на прудах-распределителях 10 и открытом положении всех подпорно-регулирующих сооружений 11 на орошаемом участке. После заполнения верхних частей полей А и Б, при подъеме уровня воды выше верха первого ряда поперечных водоудерживающих валиков 12, вода переливается через них и наполняет поливные безуклонные каналы 8, заполнив которые, равномерно переливается по всей длине поливных безуклонных каналов и затопляет нижерасположенную часть полей до следующего ряда водоудерживающих валиков 12 на границе полей А-В, Б-Г и далее аналогичным образом, до попадания в сбросной канал 9.
При поливе затоплением, в случае отсутствия или недостатка местного стока с водосборной площади, вода подается по закрытому распределителю двухстороннего действия 6 в напорном режиме через дифференцированные узлы водораспределения «Д» (фиг.3). При этом затопление верхних частей полей начинают с пониженных участков, открывая задвижку 15 (фиг.4) на водовыпуске-водоспуске 14. Затопление нижних частей полей начинают с верхних участков путем перелива воды из поливных каналов, используя соответствующие дифференцированные узлы «Д» при открытом положении задвижки 15 выпуска воды в пруд-распределитель 10 и при открытом положении его подпорно-регулирующих сооружений 11 (фиг.2).
Оросительная система с использованием местного стока позволяет одновременно производить поливы затоплением и дождеванием на разных полях орошаемых участков благодаря использованию дифференцированных узлов водораспределения.
Для проведения поливов с повторным использованием сбросных и профильтровавшихся коллекторно-дренажных вод местного стока из сбросного канала 9 (фиг.2) используют передвижную насосную станцию (одну или несколько) на позициях для подключения 5. При необходимости разбавления сбросных и коллекторно-дренажных вод чистой водой ее предварительно закачивают в сбросной канал 9 из водохранилища. Если емкость сбросного канала 9 не позволяет произвести разбавление, достаточное по качеству и количеству поливной воды, то используют емкость пруда-накопителя 4, для чего сбрасывают воду по закрытому распределителю двухстороннего действия 6 и после ее окончательного разбавления вновь подают на орошение.
Таким образом, включение в состав оросительной системы дифференцированных узлов водораспределения позволяет: рационально использовать для орошения непроизводительно стекающие воды местного стока за счет их аккумулирования и перераспределения с вышерасположенной водосборной площади и из водохранилища по территории оросительной системы; повторно использовать на орошение сбросные воды; осуществлять поливы как затоплением, так и дождеванием; снижать энергетические затраты на подачу воды; использовать технологию циклического (периодического) орошения, обеспечивая благоприятную эколого-мелиоративную обстановку территории.