СПОСОБ ОБВОДНЕНИЯ ВЫРАБОТАННЫХ ТОРФЯНИКОВ
METHOD FOR FLOODING OF WORKED-OUT PEATLANDS

Изобретение относится к работам по восстановлению торфяных болот, в частности к обводнению выработанных торфяников, кроме того, может быть использовано для регулирования обводнения природных водотоков, выполняя функции заполнения гидрографической сети (ложбины, лощины, овраги, балки).
Известен способ тушения пожара на глубине, включающий подачу воды ниже уровня поверхности земли, воду подают непосредственно к очагу горения, для чего в зависимости от глубины расположения очага на удаленном расстоянии от него проходят котлован глубиной с установкой обсадной колонны скважину в направлении очага горения либо, если огонь находится на значительной глубине торфяника, с поверхности земли на удаленном расстоянии от очага горения пробуривают наклонную с установкой обсадной колонны скважину в направлении очага горения и искривляют ее в горизонтальной плоскости на глубине горения торфа, затем в пробуренную любым способом скважину помещают перфорированную на конце бурильную трубу и подают в нее под давлением воду, после ликвидации очага горения бурильную трубу извлекают, а обсадную колонну используют для тушения повторного возгорания (Патент RU №2438739, А62С 3/02 от 10.01.2012).
Недостатком известного решения является использование сложной буровой установки с насосами, для реализации способа с поверхности земли требуется специальный котлован хранения и отведения воды, кроме того, требует дополнительных энергетических затрат и времени. При этом известное решение ограничено тем, что необходимо долгое время проводить гидродинамическое нагнетание воды или специальной жидкости в очаге горения, т.е. другими словами, не обеспечиваются допустимые сроки заполнения отдельных участков и колебаний уровней грунтовых вод на них (в том числе на территории, прилегающей к обводняемой площади), что позволяет полностью исключить возможность возгорания торфяников. Кроме того, известный способ приводит к значительному увеличению капитальных и эксплуатационных затрат ввиду значительной стоимости и сложности обсадных колон скважины, бурильной трубы, а также подачи специальной жидкости в виде воды и поверхностью активных веществ под давлением в трубу. Другим недостатком является отсутствие перехватить и отвести местный сток воды в сторону выработки месторождения торфа. Это в целом сопровождается значительными капитальными затратами на его строительство.
Известен также способ предотвращения пожара в торфяниках, включающий прокладку каналов вокруг очага возможного возгорания, подачу и наполнение 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 20.08.2005).
Недостатком известного способа в условиях обводнения выработанных торфяных болот является то, что по технологическим причинам необходимо в каналах накапливать воду и замораживать ее в зимний период. Однако использованием таких каналов невозможно обводнить большую часть территории выработанных месторождений торфяных болот, если учитывать их разбросанность и значительную площадь выработок торфа. Кроме того, потребуются значительные затраты на поддержание достаточного накопления воды в таких каналах (они постепенно заиливаются и зарастают травой и т.п.) для эффективного и возможного обводнения торфа, постоянно нуждающегося в его затоплении, а также отсутствие регулирующих сооружений (пруды-накопители, насосные станции, распределительные устройства) не позволяет перехватить и отвести местный сток обводнения торфяных выработок.
Известен способ закачки местных вод для обводнения выработанных торфяников, заключающийся в использовании воды с доступного источника, ее перераспределении в распределители по всей площади торфяника, на площади выработанного торфяника выкапывают группу траншей, поле чего в траншеи укладывают лучевые высоконапорные трубопроводы, оснащенные в конце стояками с рассеивающими водовыпусками, внутренняя поверхность которых сверху выполнена насадком-делителем, причем лучевой высоконапорный трубопровод каждый индивидуально соединен соответствующим свободным концом с магистральным трубопроводом с регулируемой задвижкой, совмещенной с передвижной насосной станцией в виде типа СНП, и пруд-накопитель заполняют местным стоком прохождением весеннего половодья при активном таянии снега при положительной температуре, при этом пруд-накопитель отрывают в наиболее низких топографических отметках за пределами выработанного торфяника объемом, не меньшим объема выработанного торфяника, для перераспределения общего объема закачки насосной станцией регулируемым гидросопротивлением (Патент RU №2650271, А62С 3/02 от 11.04.2018).
Данный способ предотвращения пожара в торфяниках принят как наиболее близкий аналог (прототип).
Недостатком известного способа в условиях обводнения выработанных торфяных болот является то, что наличие сосредоточенных выпуска воды из водовыпусков, внутренняя полость которых сверху выполнена насадком-делителем приводит к работе только при установке на глубину заполнения и гашения водой над рассеивающими водовыпусками с гибкими диафрагмами в виде резины, взаимодействующими с насадком-делителем с водовыпускными отверстиями. Другим основным недостатком является то, что включение в работу данной конструкции рассеивающего водовыпуска зависит от времени нахождения под водой его и накопления над ним воды, обрастания растительностью, связано с режимом работы насосной станции (остановка или включение), забираемой воды из источника, а также отсутствие возможности образование водовыпуском туманного облака над поверхностью болот. При этом с подачей воды в трубопроводы могут попадать дополнительные природные и техногенные загрязняющие вещества (механические, химические, биологические, мусор) и возможность засорения полости водовыпуска, попадание различных отложений и кальматация выполненных отверстий в местах рассеивающего водовыпуска, что существенно снижает надежность конструкции. Кроме того, их низкая производительность выпуска воды за счет малых отверстий в насадке-делителя; потребность периодической замены гибкой резины при ее изнашиваемости, снижающих надежность устройств.
Цель изобретения - создание устройства с выпуском воды из трубопровода на обводнение выработанных торфяников на дневную поверхность воды.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение надежный эксплуатационный выпуск воды, исходящий из конструкции рассеивающего водовыпуска выше уровня воды (понижение в виде малых озер) для затопления и обводнения выработанных торфяников для достижения их первоначального, наполняемого водного объекта, а также образование туманного рассеивающего облака над водной поверхностью болот, для предотвращения испаряемости в жаркий период времени.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение -расширение функциональных возможностей лучевых высоконапорных трубопроводов оснащенных стояками с напорной камерой с гидротурбиной на конце торца камеры, которой закрепляют П-образный купол, сферическая поверхность которого имеет сквозные отверстия и исключение засоряемости водовыпусков.
Технический результат достигается тем, что концы лучевых высоконапорных трубопроводов, оснащенные стояками с рассеивающими водовыпусками и с насадками, водовыпуски имеют напорную камеру, в которой размещают гидротурбину с возможностью вращения за счет скоростного напора воды и выдают воду на дневную поверхность над открытой поверхностью торца камеры, которой на металлических стержнях закрепляют П-образный купол, имеющий сферическую поверхность со сквозными отверстиями. Регулирование расхода воды, поступающей под давлением насосной станции с соответствующим объемом перераспределения общего объема закачки этими насосными станциями, через соответствующие трубопроводы, осуществляется СНП, обеспечивается рассредоточенность поступающей воды над свободной ее поверхностью и образование при распылении туманного облака, вязанное также с теплой температурой окружающего атмосферного воздуха в лесном массиве, а это дополнительно влияет на распространение облако тумана на окружающую растительность и выпадения капель воды (росы). Эффективность создания вокруг болот водонакопительных полос проявляется в сохранении почвенного покрова, а также растительности, произрастающей в них. Кроме того, водонакопительные полосы служат местом обитания птиц и животных и способствуют улучшению микроклимата за счет распространения над обводнением торфяников и образованием над ними облака тумана от работы водовыпусков над дневной поверхностью воды (как бы испарения воды из болот). Влажность воздуха существенно повышается и может достигать более чем на 10%, т.е. в такой лесной полосе не ограничены условия жизни птицам, полезной энтофауне, мезофауне почвы, земноводным.
При этом струи восходящего оттока части из напорной камеры с размещенной в ней гидротурбиной, далее поступают через отверстия перфорированного П-образного купола, закрепленного на металлических стержнях на торце напорной камере, и поток воды поступает распыленным (мелкими струями под давлением) на дневную поверхность при обводнении торфяника, одновременно при этом в теплое время года из-за разности температур воды к воздуху создаются благоприятные условия образования над открытой поверхностью воды тумана за счет фактора распыления струи на мелкие частицы в воздухе, и стимулирует росообразование на близлежащих лесных полос в сохранении почвенного покрова от пересыхания, а значит и от пожара.
Кроме того, использование конструкции водовыпускного узла новой совокупности признаков, а именно напорной камеры с вращающейся гидротурбиной, автоматически достигается оптимальная пропускная способность водовыпуска с напорной камерой, поддерживается требуемый напор для распыления воды в перфорированном П-образном куполе над дневной поверхностью воды, создается облако тумана с последующим его распространением в сторону лесной полосы вокруг болота и на окружающуюся растительность и животный мир в целом, т.е. это дополнительно увлажняет призменный слой воздуха в межполосном пространстве, смягчая вредоносное влияние засухи в лесах.
По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружено аналогичное техническое предложение, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.
Изобретение поясняется следующими чертежами: где на фиг. 1 показан способ закачки местных вод для обводнения выработанных торфяников в общем виде; на фиг. 2 - водовыпуск с напорной камерой, гидротурбиной и куполом на лучевом трубопроводе; на фиг. 3 - представлена выноска А регулируемого гидросопротивления задвижки и датчика давления.
Заявленный способ обводнения выработанных торфяников представляет собой строительство траншей выработанной площади торфяника 1 и 2 следующим образом: в зимний период производят отрывку траншей для укладки в траншеи лучевых высоконапорных трубопроводов 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 (концы которых заглушены) из полиэтиленового материала высокого давления, и концы их снабжают полиэтиленовыми стояками 14, сверху соединенными с напорными камерами 15 с закрепленным на расстоянии (1-1,5)d, (где d - где диаметр камеры) П-образным куполом 16, имеющим сферическую поверхность со сквозными отверстиями 17 (перфорацию), обеспечивающий свободный выход (распыление) восходящего водного потока над поверхностью, т.е. из отверстий 17 П-образного купола 16 как отдельных (рассредоточенных) струй воды и эрозионно безопасного отвода ее на дневную поверхность воды заполняемого торфяника (природный водный объект), так и излив другой части воды через отверстия между металлическими стержнями 18, с помощью которых крепится П-образный купол 16 к торцу напорной камеры 15, превышающим максимальную глубину наполнения в процессе выработки верхнего слоя торфяника (т.е. до первоначального природного явления). В напорной камере 15 устанавливают гидротурбину 19, выполняющую роль ее вращения для нагнетания воды в П-образный купол 16 и создания скоростного напора с организацией струйного движения воды вверх.
Накопление местного стока воды начинают с регулирования его в пруд-накопитель 20 и 21, который располагают в наиболее низких топографических отметках за пределами выработанного торфяника 1 и 2.
Лучевые высоконапорные трубопроводы 3-13, размещенные на выработанных торфяниках 1 и 2, соединяют соответственно с магистральным трубопроводом 22 и 23, сообщающимся с прудом-накопителем 20 и 21. При этом каждый пруд-накопитель 20 и 21 имеет свой выход в колодец, в который погружен всасывающий трубопровод (не показан) передвижной насосной станции 24 и 25 в виде СНП, соединенной каждая с напорным магистральным трубопроводом 22 и 23 через переходник.
Работа СМНП непосредственно связана с работой пруда-накопителя 20 и 21, к которому подключена система напорного магистрального трубопровода 22 и 23.
Схема способа содержит трубопровод - перемычку 26 с регулируемым гидросопротивлением 27, например, из электрифицированной задвижки 28 и датчика давления 29.
Трубопровод-перемычка 26 с регулируемым гидросопротивлением 27 соединяет группу лучевых высоконапорных трубопроводов 3-13 состыкованными с магистральными трубопроводами 22 и 23, изготовленными также из полиэтиленового материала высокого давления (это долговечность труб). После сборки всех трубопроводов 3-13 и 22, 23 засыпают сверху вынутым слоем грунта торфяника из траншеи, и систему всей трассы (гидрографической сети) до пруда-накопителя 20 и 21. Кроме того, передвижные насосные станции 24 и 25 могут работать друг от друга для условий заполнения каждого участка выработанного торфяника с разных сторон.
Работа СНП непосредственно связана с работой пруда-накопителя, к которому подключен колодец и магистральный трубопровод 22 и 23, СНП может быть снабжено сигнализатором уровня для заполнения магистрального трубопровода 22 и 23.
Способ обводнения выработанных торфяников работает следующим образом.
Известным методом определяют границу контура выработанного торфяника 1 и 2. Затем в пределах границ в зимнее время определяют прокладку траншеи под укладку магистральных трубопроводов 22 и 23, лучевых трубопроводов 3-13, выполненных из пластмассового материала, затем монтируют стояки 14 с водовыпусками в виде напорной камеры 15 с П-образным куполом 16, имеющим сферическую поверхность со сквозными отверстиями 17 (перфорированную). Внутри напорной камеры 15 прикрепленной к стояку 14 закрепляют гидротурбину 19, а к торцу камеры 15 сверху крепят П-образный купол 16 с отверстиями 17 с помощью металлических стержней 18 (например, хомутами). Далее трубопроводы 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 22, 23 засыпают вынутым из траншеи грунтом торфяника.
В режиме подачи воды из пруда-накопителя 20 и 21 через колодец с передвижной насосной станцией 24 и 25, далее вода закачивается в магистральные трубопроводы 22 и 23, которые соединены с лучевыми высоконапорными трубопроводами 3-13.
Под напором вода поступает в напорную камеру 15 водовыпуска. Поток воды вращает гидротурбину 19, создает дополнительный напор, и вода с большой скоростью выходит из напорной камеры 15 и ударяется о закрепленный на металлических стержнях 18 П-образный купол 16, имеющий сферическую поверхность со сквозными отверстиями 17. В результате этого рассредоточенный поток воды под П-образным куполом 16 через сквозные (перфорированные) отверстия 17 истекает в виде струй в атмосферу над водной открытой поверхностью воды, образует вся группа водовыпусков некоторую смесь с окружающим теплым воздухом атмосферы, достаточное большое туманное облако, а другая часть воды обеспечивает заполнение всей площади участка выработанного торфяного месторождения, при этом также происходит другой части расхода воды между отверстиями в креплениях металлических стержней 18, и выдача на дневную поверхность воды торфяного месторождения. Кроме того, наличие свободного прохода между креплениями металлических стержней 18 (ниже кромок П-образного купола) с выпуском части воды, захватывает за счет струйного течения (вращения) с большой скоростью взвешенных частиц наносов, закручивает в напорной камере 15 гидротурбиной 19, подавая под П-образный купол 16, откуда наносы через промежуток проходят свободно между металлическими стержнями 18 и выносятся наружу. Идет процесс самопромывки водовыпуска в целом, и тем самым увеличивает пропускную способность и надежность предложенного устройства, выпуск воды которой превышает максимальную глубину наполнения в процессе выработки верхнего слоя торфа. Устанавливается устойчивый процесс на дневную поверхность смешивания воды и выдача в совокупности через купол со сквозными (перфорированными) отверстиями струй высокого давления от скоростного напора в напорной камере, создаваемого дополнительно направленной гидротурбиной, в совокупности затем сформирования над всей дневной поверхностью большой группой водовыпусков образующихся паров воды из мелких частиц воды в виде туманного облака над поверхностью болота при положительной температуре (разности воздуха и воды) окружающего воздуха; создания водонакопительных лесных полос вокруг обводнения выработанного торфяника (болота) и сохранения почвенного покрова от пересыхания, а также растительности, произрастающей вокруг, как и лесных полос, вокруг них служат местом обитания птиц и животных и способствуют улучшению микроклимата за счет поступления распространения туманного облака с выпадением капель воды (дождя -росы). Предлагаемый способ прост в исполнении.
При технологической остановке одной из передвижных насосных станций 24 и 25 происходит перераспределение потока воды в системе магистральных трубопроводов 22 и 23 (водоводов). При этом часть воды через трубопровод-перемычку 26 с регулируемым гидросопротивлением 27 в систему лучевых трубопроводов 3-13 через магистральные трубопроводы 22 и 23. В результате этого режим работы СНП также меняется, например, в большую степень подачи воды в магистральный трубопровод 23 и 24. Однако при этом процесс подачи воды через рассеивающий водовыпуск новой конструкции постоянно будет образовывать расщеплений струй воды под куполом, соответственно, образование большого туманного облака всеми устройствами. Следует отметить, что все элементы системы обводняемого выработанного торфяника не подвержены коррозии при выполнении всех составляющих конструкции из пластмассового материала. С началом весеннего периода года по мере повышения температуры окружающего воздуха начинается процесс активного таяния окружающего снежного покрова, идет прохождение весеннего паводка в зависимости от рельефных условий до расположения выработанных торфяников, при этом происходит значительное накопление воды в пруду-накопителе с его заданным расположением и геометрическими размерами. Вследствие этого запас воды для обводнения выработок торфяника станет достаточным, следует также отметить, что возможно его постоянное наполнение на протяжении всего длительного периода его использования и более эффективно при работе насосной станции, что позволяет обводнить участки, как по отдельности, так и всех участков данного массива торфяных выработок, а также оказывать влияние на растительность лесных полос вокруг образовавшегося болота, сохранения почвенного покрова от пересыхания, места которых служат для обитания птиц и животных.
Применение изобретения позволит расширить функциональные возможности обводнения выработанных торфяников, обеспечить снижение стоимости объекта обводнения, повысить управляемость и надежность гидрографической сети. Обеспечивая эколого-мелиоративную обстановку территории, исключая ряд негативных явлений, образование которых возможно при накоплении воды в пруду-накопителя с его заданным расположением и попавших в него мелких фракций и илистых наносов при подаче в магистральные и лучевые трубопроводы, далее в напорную камеру с гидротурбиной, где они закручиваются и выбрасываются наружу через свободные проходы между стержнями с закреплением к ним купола со сквозными отверстиями.
Таким образом, по сравнению с известным снизит трудоемкость очистки водовыпусков, увеличить производительность труда, улучшит условия эксплуатации закрытых трубопроводов с рассеивающими водовыпусками обводнения выработанных торфяников. Все это дает значительные преимущества перед прототипом.