СПОСОБ ОБВОДНЕНИЯ ТОРФЯНЫХ БОЛОТ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ВЫРАБОТАННЫХ ТОРФЯНИКОВ
METHOD FOR WATERLOGGING OF PEAT BOGS, MAINLY WORKED-OUT PEATLANDS

Изобретение относится к добыче торфа, конкретно к работам по восстановлению торфяных болот, и в частности, к обводнению выработанных торфяников.
Необходимость экологической реабилитации выработанных торфяников, возобновление в них болото - и торфообразовательных процессов, возрождения биосферных функций, а также ликвидация пожароопасной ситуации при выработанных торфяников (повторное заболачивание), включая их первоначальное обводнение в условиях природных ландшафтов на больших площадях, является актуальной задачей. Так, например, по одному из подобных проектов (Обоснование повторного заболачивания выработанного торфяного месторождения «Булаев мох». Государственное научное учреждение Институт зоологии НАН Беларуси, г. Минск, 2007) восстановление водно-болотной фауны и флоры произойдет через 10-15 лет, функции накопления торфа и связывания диоксида углерода восстановятся через несколько десятков лет. При этом только на обводнение территории выработанных торфяников, по оценкам специалистов, необходимо 2-3 года. При этом наиболее часто встречающаяся проблема мероприятий по обводнению болот - это недостаток воды, необходимой для восстановления болота.
Следует отметить, что в рамках проекта «Восстановление торфяных болот России в целях предотвращения пожаров и смягчения изменения климата», являются частью Международной климатической инициативы (IKI), в России проводились в 2001, 2005 и 2006 годах. В 2016 году (27-28 сентября) проводилось 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 непосредственно осмотру объектов. Примером можно сделать ссылку на публикацию (Задеренко О.И., Ямпольский А.Л., Власов Е.Б. «Временные рекомендации по проектированию обводнения выработанных и выведенных из эксплуатации площадей торфяных месторождений». Часть 3. Москва, 2008).
Известны способы предотвращения распространения пожара на торфяниках RU: «2147901, 2302887, 2236877, где в одном случае осуществляют доставку сжиженного азота в зону пожара в сосуде из глубоко замороженного льда, в других случаях создают газожидкостную смесь замораживания до минусовой температуры или завесу формируют в виде полой щели в виде траншеи, заполняя водостойким негорючим материалом, и грунт отсыпают в виде валика.
Однако известные способы при восстановлении торфяных болот обусловлены мероприятиями, малоэффективными по проблеме мероприятий по обводнению болот - это недостаток воды, необходимой для восстановления нарушенного болота, а также невозможно организовать подачу воды на всю площадь торфяника (даже по отдельным выработанных торфяных карт), учитывая его размеры и труднопроходимые места после того, что выработка торфяных месторождений произошла уже много лет назад.
Известны способы борьбы с пожарами на торфяника: SU: №869779, 894051, 1297875.
Однако недостатком борьбы с пожарами данных способов, как и выше, было отмечено, является невозможность использования вод местного стока на обводнение выработанных торфяников, в частности, использование оставшихся еще выше болот на обводнение выработанных торфяников без их предварительного стока и дальнейшей подачи на выработанных торфяник, работы которых были произведены с разбивкой на многочисленные выработки карт с их обваловкой по периметру валиками (т.е. остались как-бы свободные незатопленные места), что требует новых усовершенствованных простых технических решений и времени, когда необходимо уже использовать при этом существующие собирательные коллектора больших объемов, оставшихся после эксплуатации выработок карт торфяников (природа сама уже подсказывает выполнение обратной задачи - найти способ затопления выработанных карт торфяника).
Известен способ окапывания очага возможного возгорания канавой, которая заливается водой (Повзик Ф.С., Клюс П.П., Матвейкин A.M. Пожарная тактика. М.: Стройиздат, 1990, с. 312-314).
Недостатком известного способа является низкая эффективность вследствие чего изготовление канав, не предусматривает обводнение всей площади выработанных торфяников, в частности выработанных карт и обвалованных по их периметру валиками. Кроме того, невозможность использования местного стока еще оставшихся и разбросанных по территории болот и снижение общих затрат материальных ресурсов для ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций экологических и техногенных катастроф.
Известен 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 данного способа является невозможность использования вод местного стока на обводнения выработанных торфяных карт обвалованных по периметру их в виде насыпных валиков без их предварительного сброса стока еще существующих болот в верхней зоне, т.е. из источника и дальнейшей подачи на всю площадь выработанного торфяника после его прошедшей эксплуатации, что требует дополнительных материальных ресурсов и времени.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ управления дополнительными запасами воды при обводнении выработанных торфяников, заключающийся в использовании воды из доступного источника, ее перемещения на затапливаемые участки выработанного торфяника, при этом создают зону накопления воды, которую формируют по течению относительного водозабора, а отбор расхода воды на нужды затопления выработанных торфяников осуществляют непосредственно в примыкающий ниже по рельефу пруд-накопитель, из которых подают в открытые безуклонные лагуны с перегораживающими грунтовыми дамбами в виде подпорных сооружений с отметками гребня дамбы между прудом - накопителем и выработанным торфяником, при этом гребни дамб снабжают подпорными поворотными стенками с горизонтальной осью вращения с рычагами, свободные концы последних закрепляют к установленному наклонно в сторону верхнего бьефа противовесу, а подпорную поворотную стенку устанавливают наклонно в сторону нижнего бьефа, при этом нижний конец подпорной стенки имеет уступ порога, который водонепроницаемо сопрягается с гребнем дамбы (Патент RU №2628909, А62С 3/02 от 22.08.2017).
Недостатком данного способа является то, что способ включает только последовательную гидравлическую связь с участком торфяника в конце лагун (сбросного коллектора) за счет устройств поплавкового привода, включающего поплавок, связанного посредством штока, рычага с осью вращения подпорной стенки и противовеса. Однако такое подпорное сооружение материалоемко и сложно в эксплуатации (плавающие предметы могут его завалить), они требуют специальной технической схеме воздействия задержки воды в лагунах, имеющих специальные преграды, а это ведет к высокой стоимости использования гидротехнических подпорных сооружений и трудоемкость сооружения в целом. При этом, пути способы обводнения должны определяться конкретно местными условиями рельефа и выработками торфяных карт и вблизи собирающего сбросного коллектора, построенного для эксплуатации в период освоения массива под добычу торфа и его выработку, т.е. использовать необходимо наименьшие материальные и трудовые затраты для освоения и затапливания таких выработок торфа. Кроме того, использовать необходимо конкретно окружающую территорию: рельеф поверхности; величину сработки торфяных карт по обоим сторонам сбросного коллектора, способ отвода еще существующих в верхней зоне по рельефу болот, т.е. отсутствует каскад в виде барьеров перегораживающих сооружений только с применением местного грунта с его разработкой вблизи подпорного сооружения; отсутствует водоудерживающие дамбы из насыпного местного грунта торфяника, выполненными в виде насыпного откоса поперек сбросного коллектора и состоящего из ограждения и боковых стенок по всему периметру в виде вертикальных кольев из свежесрубленных древесных растений, например, березы, плетеных стенок с помощью гибких прутьев ивняка, ольхи и др., т.е. в виде использования частокола, что предохраняет от размыва подпорных сооружений (со временем это станет хорошим укрепительным подпорным сооружением, когда колья станут древесными растениями, образуя превратиться в деревья), с возможностью выпуска воды в боковые выработанные торфяные карты через водосливные открытые пороги в виде специальных креплений, например, в виде кольев из свежесрубленных древесных растений - береза и др., плетеных стенок с помощью гибких прутьев ивняка, ольхи, т.е. в виде образования частокола, что предохраняет размывы подпорных сооружений (со временем это станет хорошим укрепительным подпорным сооружением, когда колья древесных растений начнут превращаться в деревья), с возможностью выпуска воды через боковые дамбы в выработанные торфяные карты через водосливные открытые пороги путем прорыва прокопа с креплениями хлыстами древесных растений из экологически чистого материала - ивняк или ольха для устранения размыва земляного водосливного открытого порога с возможностью затопления торфяных карт до расчетного их наполнения. Таким образом, на первом этапе должно идти заполнение карт выработанных торфяников, а в этом случае, обеспечивается рельефом с выработанной площадью торфяного болота, в пределах каждой карты обвалованной валиками вокруг с необходимой высотой, учитывая выработку торфяника, выработка торфа может быть различна, а излишки, особенно в весенний паводок должны поступать в следующий нижний бьеф сбросного коллектора и накапливаться по его длине, рассчитанного с перегораживающими подпорными сооружениями, т.е. путем учета конфигурации болота и строения торфяного месторождения.
Сущность изобретения - разработка гидротехнического сооружения по восстановлению торфяных болот в виде карт, позволяющих использовать уже существующий собирательный сбросной коллектор с большими поперечными размерами и позволяющим аккумулировать воды местного стока в виде существующих в верхних створах болот, талых снеговых, дождевых вод путем рационального распределения по территории выработанных торфяников в виде карт расположенных с боковых сторон сбросного коллектора за счет вспомогательных гидротехнических сооружений из недорого и доступного на местах для широкого применения материала и подачу воды в неглубокие выработки торфа, а также повышения эффективности освоения выработанных торфяников и улучшения влагообеспеченности древесных культур на гидротехнических сооружениях.
Технический результат достигается тем, что способ обводнения торфяных болот, преимущественно выработанных торфяников, заключающийся в создании использования воды с доступного источника, ее перемещение в подготовленные каналы-коллекторы на затапливаемые участки выработанного торфяника, и перегораживающие грунтовые дамбы в виде подпорных сооружений с заданными отметками гребня, согласно изобретения используют торфяники с замкнутыми затопляемыми и обвалованными водозадерживающими валиками в виде карт, параллельно расположенных трассе собирательного сбросного коллектора, в который вода поступает из собирательного коллектора с вышерасположенных источников е виде болот по их границам, гидротехнические сооружения располагают в виде перегораживающего насыпного откоса для создания подпора и подачи воды в выработанные замкнутые торфяники карт с обвалованными по периметру их валиками, при этом боковые стенки по периметру перегораживающего насыпного откоса дополнительно закрепляют кольями из свежесрубленных древесных растений ниже мест основания насыпного откоса, способных к вегетативному возобновлению в глубину дна сбросного коллектора в зоне насыщения грунта влагой и выполняют гибкую связь их между собой из плетеных прутьев древесных пород - ивняк, ольха в виде частокола, причем колья устанавливают через заданное расстояние внутри частокола для предотвращения сползания и размыва перегораживающего насыпного грунта из местного торфяника, а заполнение каждой торфяной карты перед перегораживающим насыпным откосом с частоколом соединяют через открытый водосливной порог путем прорыва прокопа, который дополнительно закрепляют хлыстами древесных растений из экологически чистого материала - ивняк или ольха для устранения размыва открытого земляного водосливного порога с возможностью затопления торфяных карт до расчетного их наполнения, причем перегораживающий насыпной откос выполняют поверхностными водовыпусками, которые соединяют верхний и нижний бьефы сбросного коллектора с наполняемыми аккумулирующими емкостями с дамбами в земляном русле.
Кроме того, перегораживающий насыпной земляной откос, включающий в себя частокол, выполняют в сторону верхнего бьефа сбросного коллектора, обращенного остроконечным с вогнутыми стенками частокола.
Собирательный сбросной коллектор содержит в верхней зоне существующие заболоченные места, из которых вода подпитывает его и образует аккумулирующие емкости по длине сбросного коллектора с гидротехническими перегораживающими сооружениями в виде земляного насыпного откоса, огороженного со всех сторон частоколом из экологического чистого материала (дерево, кустарниковая растительность). При этом верхняя зона содержит как мелкие, так и крупны водосборные площади, из которых воды поступают от талых накопившихся в них снеговых, ливневых и дождевых осадков. Такое расположение позволяет собирать эти воды для аккумулирования уже построенных при осушении болот для добычи торфа в собирательный сбросной коллектор с аккумулирующими емкостями и с подпорными перегораживающими сооружениями с поверхностными водовыпусками, откуда вода местного накопленного стока может быть использована для затопления выработанных торфяных карт (участков) параллельно расположенных с разных сторон, т.е. вдоль самого сбросного коллектора в течение всего периода эксплуатации. Благодаря использованию экологически чистых древесно-кустарниковых растений (материалов) не требуется бетона и др. материалов, нарушающих экологию затопляемых и выработанных торфяников. Перераспределение происходит по всей длине сбросного коллектора с учетом заполнения карт, которых может быть множество - зависит от площади выработанных торфяников - карт, соответственно, и гидротехнических сооружений с насыпными перегораживающими откосами, из недорогих подручных материалов, которые преимущественно укрепляют по их периметру, забивая колья из свежесрубленных деревьев, способных к вегетативному возобновлению, которые дают в первый год побеги. Происходит на выработанных торфяниках заполнение замкнутых участков (карт) до первоначальной отметки для торфообразующих условий данного региона и выращивание биомассы при образовании торфяных болот (различные болотные растения, мох и т.п.), совместимо с вторичным заболачиванием, тоже могут в долгосрочной перспективе привести к накоплению торфа.
2
При расчете снижения выбросов учитываются не только сокращение сухой поверхности вторичного заболачивания и соответствующие изменения объема CO, но и изменения поверхности затапливаемых участков (карт) и соответствующих выбросов (т.е. парниковых газов на торфяном болоте суммарное). В целом это связано с каскадом затопляемых участков и разделенных на карты на выработанных площадях торфяников, последующем присутствием флоры и фауны, опасностью предотвращения пожарной ситуации. В частности заполнения водой замкнутого контура карт по бокам вдоль трассы уже построенного (существующего) сбросного коллектора. Такое конструктивное решение гидротехнического перегораживающего сооружения непосредственно на сбросном коллекторе позволяет из облегченного экологически чистого местного материала сократить резко стоимость строительство насыпных земляных откосов с замкнутым его частоколом с остроконечным участком, выдвинутым в сторону верхнего бьеф сбросного коллектора, а также простого земляного открытого водосливного порога в виде прорыва прокопа в дамбах его с укладкой хлыстов, укрепляющего порог земляного прорыва прокопа в сторону затапливаемых карт, как на малых, так и на больших площадях выработанных торфяников.
В целом, порядок реализации одновременного накопления местного стока воды в сбросном коллекторе расположенных с выработанными торфяными картами будет зависеть от технических характеристик всей системы: параметров сбросного коллектора, его протяженности трассы с разбивкой на аккумулирующие емкости по расчету, гидравлических характеристик таких сбросных коллекторов с сооружениями и накопления перед перегораживающими сооружениями с отсутствием их размыва (это важно при строительстве и эксплуатации), вышерасположенной водосборной площади вокруг различных по объему болот, зависящих талыми снеговыми и ливневыми водами на затопление выработанных торфяных карт (участков).
Следует отметить, что простота и экономичность, соблюдение требований к восстановлению болот и их растительность, относительной универсальности, т.е. вторично заболоченных торфяных почвах, которые также охватывает тот же спектр возможностей, как и производство биомассы на минеральных почвах. Отсюда следует, что для биотоплива в России для малой энергетики составляет около 0,3%, хотя самым перспективным на данный момент видом возобновляемых источников энергии может быть использовано в России до 4,5% (прогноз к 2020 году).
Система не требует дорогостоящих материалов, а также не требует энергозатрат, простота в эксплуатации.
Важный фактор - это рекультивация торфяных болот с гарантированным поддержанием нормального подпертого уровня воды, ускоряющей подготовку торфообразования до первоначальной 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 - фрагмент порога в виде прокопа проема с наполнением выработки торфяной карты и аккумулирующего сбросного коллектора, продольный разрез.
Обводнение выработанных торфяных болот представляет собой конструктивную схему, включающую собирательный сбросной коллектор 1 каскадного регулирования, включающую аккумулирующие воды местного стока, вытекающего из ближайших болот (больших и малых по площади и объему) вначале в собирательный коллектор 2. Сбросной коллектор 1 выполняют высокими насыпными дамбами по направлению течения воды, который осуществляет работу только с прямой гидравлической связью, представляет конструктивно систему регулирования, включающую подпорную стенку (плотину), выполненную в виде перегораживающего земляного откоса 3 поперек сбросного коллектора 1 и имеющего с отметкой верха укладки поверхностных водовыпусков 4 и 5 выше отметки порога в виде открытого прокопа проема 6 и 7 в дамбе самого сбросного коллектора 1, для подачи воды в выработанные замкнутые торфяные карты 8 и 9 с валиками обвалования вокруг. Насыпной земляной откос 3, который выполняют из местного грунта торфяника в местах торфоразработок и снабжают по периметру установкой кольев - свежесрубленных деревьев, например, черенки березы, и представляет гидротехническое сооружение в целом. В данном конкретном примере оно выполнено из насыпного откоса 3, по периметру его основания, которого устанавливают колья 10, заглубляют в дно сбросного коллектора 1, после чего насыпной откос 3 укрепляют от размыва с помощью выполнением плетеной кустарниковой растительности, например, хлыстами из растущего ивняка или ольхи, хлысты которых скрепляют с кольями между собой и образуют водонепроницаемый частокол. Прокопы проема 6 и 7 в дамбах сбросного коллектора 1 выполняют, также в виде открытого насыпного порога, как и сам откос 3. При этом откос 3 представляет собой вид остроконечного с вогнутыми боковыми стенками, которые выполнены из кольев 10. Свежие колья 10 выпускаю в мокром грунте корни, развиваются как древесно-кустарниковая растительность и дополнительно укрепляют они насыпной рыхлый откос 3 в течение всего времени эксплуатации сбросного коллектора 1 с сооружениями. Кроме того, после огибания остроконечного с вогнутыми боковыми стенками насыпного рыхлого почвогрунта откоса 3, поток воды приводи к закручиванию части его в разные стороны перед открытыми водосливными порогами в виде прокопов проемов 6 и 7, которые защищены укреплением их открытых земляных порогов хворостом (хлыстами) кустарниковой растительности, например, растущего ивняка или ольхи, и открытый порог 11 располагают ниже расчетного уровня воды перед поверхностными водовыпусками 4 и 5 откоса 3, но выше дна выработанного торфяника карты обвалованной вокруг валиком, т.е. отсутствует подтопление близлежащих расположенных и используемых земель, а также дачных участков.
Расстояние между кольями вокруг насыпного откоса 3 выполняют с плетенной кустарниковой растительностью в виде частокола из расчета отсутствия прогиба и надежности прутьев на разрыв, т.е. частота установки кольев 10 (свежих черенков) с плетенкой, должна позволять вертикальную устойчивость заграждающего частокола до их постепенно роста в древесно-кустарниковую растительность.
В зависимости от водности заполняемого сбросного коллектора 1 в аккумулирующих емкостях, участки (карты) торфяных выработок могут наполняться водой через земляные пороги 11 в виде прокопов проемов 6 и 7 одновременно или попеременно за счет возможного регулирования, которое может быть обустроено их высотой в боковой стенке дамбы сбросного коллектора 1.
Способ обводнения торфяных болот, преимущественно выработанных торфяников работает следующим образом.
Самотечное наполнение собирательного коллектора 2 происходит в основном весной в период интенсивного притока воды с близлежащих болот и далее заполнение аккумулирующих емкостей в собирательном сбросном коллекторе 1, когда запасы снега аккумулируются на территории близлежащих болот. Следует отметить, что накопление происходит и весенне-осенний периоды года, когда проходят дождевые ливневые осадки. Таким образом, талые снеговые и ливневые воды, образованные за счет стока вышерасположенного водосбора, заполняют собирательный коллектор 2, далее сбросной коллектор 1.
Движение воды в сбросном коллекторе 1 обеспечивается гидравлическим подпором воды из собирательного коллектора 2, так как он по отметкам расположения всегда находится выше последнего, и поступление ее в выработанные торфяники через земляной порог 11, укрепленный кустарниковой растительностью, далее в выработанные обвалованные карты 8 и 9 регулируют с помощью гидротехнического сооружения в виде перегораживающего насыпного откоса 3 поперек сбросного коллектора 1, имеющего поверхностные водовыпуски 4 и 5. Насыпной земляной откос 3 со всех сторон огорожен кольями из свежесрубленных деревьев и огорожен в виде изгороди (частокола), и представляет собой защиту его от размыва насыпного грунта из местного торфяника.
Заполнение карт 8 и 9 со стороны дамб сбросного коллектора 1 происходит последовательно по длине его для каждой карты 8 и 9 через пороги 11 в виде прокопов проемов 6 и 7, сток наполняет их, поддерживая уровень воды, соответственно в каждой из карт обвалованных вокруг валиками выработанного торфяника.
В результате чего территория торфяных карт 8 и 9 с боковых сторон сбросного коллектора 1 претерпит изменения: поднимется уровень грунтовых вод; в аккумулирующих емкостях сбросного коллектора образуются запасы воды; при прохождении местного стока несколько снизятся и сдвинутся по времени; в маловодные периоды на обводняемой территории будет исключена возможность утечек спуска воды из сбросного коллектора практически полностью, а значит, будет иметь место запас воды для применения возможности насосов перекачки, и возможность подачи воды, чтобы исключить возможность возгорания торфяников.
На основании данного нового подхода к конструкции гидротехнического сооружения предложенный способ прост и удобен в практике тем, что для обводнения выработанных торфяников являются: низкая достаточно стоимость изготовления из местных экологически чистых материалов; возможность подпорных сооружений из насыпных земляных откосов с частоколом для образования подачи воды в боковые карты торфяников с валиками вдоль сбросного коллектора, и используя его гидравлические характеристики (уклон, объем и т.п.), возможность регулирования в целом сбросного коллектора, используя новую конструкцию гидротехнического сооружения, где при изготовление использует экологически чистый местный материал, прост и доступен для широкого применения на выработанных торфяниках.
Примером широкого внедрения стала территория торфяных болот с выработанными торфяниками в 2018 году, поселок Мирный, Камешковского района, Владимирская область, находящаяся в зоне расположения реки Нерль. Все это приводит к значительному сокращению сроков строительства системы обводнения в целом торфяника, дает возможность получить определенный экономический эффект и эколого-мелиоративную обстановку территории, следовательно, обеспечивая предотвращение возможного возникновения пожара (как это уже происходило в 2010 году) в засушливые периода года, и ускоряет восстановление животного мира на затапливаемых торфяниках.
Совокупность признаков раскрытия сущности изобретения, достаточных для его практической реализации при строительстве обводнения выработанных торфяников, имеется возможность дифференцированного затопления каждой из карт вдоль расположения сбросного коллектора для данного участка торфяника, а это, в свою очередь, позволяет обслуживать больше территории.