ДРЕНАЖНЫЙ КОЛОДЕЦ-ПОГЛОТИТЕЛЬ ДЛЯ ПРИЕМА И ОТВОДА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД
DRAIN WELL-ABSORBER FOR RECEIVING AND DISCHARGE OF SURFACE WATER

Изобретение относится к устройствам для приема и очистки поверхностных вод от взвесей и отвода осветленных вод. Оно может быть использовано в сельском хозяйстве Нечерноземной зоны при осушении тяжелых минеральных почв для отвода поверхностных вод и осушения бессточных понижений, а также при противоэрозионной организации поверхностного стока на катене. При этом поверхность замкнутого бессточного понижения имеет уклон к устройству не меньше 0,005, а водосборная площадь составляет не меньше 3,0 га, но не больше значения эрозионно опасной площади.
Мелиорируемые сельскохозяйственные угодья Нечерноземной зоны характеризуются большой изрезанностью рельефа, что приводит к неравномерному распределению влаги. Эффективность осушения земель в этом случае зависит не только от параметров регулирующей сети, но, главным образом, от организации поверхностного стока. Своевременный отвод поверхностных вод - первоочередное действие как при осушении минеральных почв, так и при противоэрозионной организации поверхностного стока.
Известно устройство для отвода поверхностных вод (А.с. СССР №1382909, кл. E02B 11/00, 1986), включающее заглубленный в почву и имеющий крышку колодец, сообщающийся с дреной и снабженный расположенными по понижениям поверхности почвы водопроводящими перфорированными трубопроводами, каждый из которых состоит из стационарной части, герметично закрепленной нижним концом в крышке колодца, и съемных секций, присоединенных к стационарной части с возможностью изменения и количества, и длины съемных секций в зависимости от уровня поверхностных вод в понижении.
Недостатком известного устройства являются высокие затраты на его эксплуатацию из-за значительных затрат ручного труда на обслуживание данного устройства.
Известен водоприемник поверхностных вод (А.с. СССР №869790, кл. E02B 11/00, 1980), включающий заглубленный в пахотный слой корпус с крышкой и водоприемными отверстиями в ней, при этом боковые стенки корпуса выполнены пологими с изменяющимся коэффициентом откоса, а в нижней части корпуса размещен патрубок для отвода воды в дренажную сеть.
Недостатком данного водоприемника является низкая эффективность его работы ввиду поступления в водоотвод загрязненной воды и возникновения опасности его заиления и как следствие недолговечность службы водоприемника.
Большинство других известных колодцев рассматриваемого типа отличаются размером и формой отверстия в стенке корпуса и наличием решетки (А. с. СССР №1158705, кл. E03F 5/14, 1982; патент РФ №2393302, кл. E03F 5/14, 2007). Согласно техническому решению, защищенному А.с. СССР №1158705, ниже дренажного колодца-приемника поверхностных вод, не имеющего отстойной части, в месте впадения водоотвода в закрытый коллектор, с целью защиты закрытого коллектора от заиления, устраивают, как правило, второй колодец (дренажный отстойный колодец). Это же решение рекомендуют и при большом размере отверстия в стенке колодца, когда падающий мощный водный поток вызывает сильное взмучивание воды в отстойнике. В результате нарушается процесс осаждения взвешенных частиц в отстойнике, загрязненная вода поступает в водоотвод и возникает опасность его заилениия.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному является водоприемник поверхностных вод (А.с. СССР №381366, кл. B01d 21/02, 1970, прототип), включающий корпус с верхом конической формы, крышкой, отверстиями щелевидной формы нарастающего против течения воды поперечного сечения, расположенными на его верхней части, отстойником, водоотводом с полупогруженной в воду защитой, расположенной внутри корпуса, от поступления в него плавающих взвесей.
Недостатки водоприемника поверхностных вод заключаются в следующем: прием поверхностных вод осуществляется через щели в боковой стенке колодца без защиты их от засорения, вследствие чего вероятность засорения водоприемных щелей заявленной конструкции достаточно велика; при малых расходах вода из щели стекает по стенке корпуса колодца, которая обрастает зеленым мхом, в сухой период года мох высыхает и падает в отстойник колодца, засоряя его; при больших расходах воды падающий из отверстий-щелей в отстойник водный поток вызывает взмучивание воды, нарушается процесс осаждения взвешенных частиц в отстойнике, загрязненная вода поступает в водоотвод, возникает опасность его заиления.
В результате присущих известному водоприемнику поверхностных вод недостатков степень очистки поверхностных вод невелика, а вероятность засорения и заиления водоотвода достаточно высока. Как следствие, снижается эффективность его работы, сброс поверхностных вод с водосборной площади нарушается, тогда как своевременный отвод поверхностных вод является первоочередным действием как при осушении минеральных почв, так и при противоэрозионной организации поверхностного стока. В результате снижается и урожайность сельскохозяйственных культур.
Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эффективности работы колодца-поглотителя и его надежности в эксплуатации путем снижения степени загрязнения принимаемых и отводимых вод и исключения вероятности засорения и заиления водоотвода.
Технический результат заключается в ускорении сброса поверхностных вод в замкнутом понижении водосборной площади, снижении затрат на эксплуатацию, увеличении срока службы без ремонта, снижении срока окупаемости капитальных вложений, а также в повышении урожайности сельскохозяйственных культур.
Поставленная задача решена тем, что в дренажном колодце-поглотителе для приема и отвода поверхностных вод, размещенном в замкнутом понижении водосборной площади и включающем корпус с крышкой и водоприемными отверстиями нарастающего против течения воды поперечного сечения, выполненными в верхней его части по боковой поверхности, водоотвод с защитным устройством перед ним от плавающих взвесей и отстойник в нижней части корпуса с дном ниже водоотвода, для ускорения отвода гравитационной воды из почвогрунта, примыкающего к колодцу, корпус колодца ниже уровня замкнутого понижения на глубину его промерзания на некоторой части наружной его боковой поверхности обернут с уклоном дренажной пластмассовой перфорированной трубой с защитно-фильтрующим материалом, заглушкой в истоке и присыпкой песчано-гравийной смесью по принципу обратного фильтра с возможностью сброса воды в колодец посредством отверстия в боковой его стенке, под которым установлена съемная дырчатая пластина, гасящая энергию воды, падающей в колодец с консольных водосливов-труб с обратным уклоном не менее 45° и убывающим диаметром поперечного сечения, не превышающим толщины стенки корпуса колодца, в виде которых выполнены водоприемные отверстия. Крышка колодца выполнена П-образного сечения по оси ее симметрии с диаметром, большим внешнего диаметра колодца, снабжена фиксатором ее положения на колодце и имеет черный цвет, дно отстойника колодца размещено ниже водоотвода не меньше чем 40 см, при этом поверхность замкнутого понижения имеет уклон к заглубленному в почву колодцу не меньше 0,005, а водосборная площадь составляет не меньше 3,0 га, но не больше значения эрозионно опасной площади. Кроме того, крышка колодца изготовлена из пластмассы и снабжена указателем местоположения колодца, съемная дырчатая пластина и защитное устройство водоотвода выполнены также из пластмассы. Съемная круглая дырчатая пластина опирается на кольцевой выступ, которым снабжен корпус колодца на внутренней его поверхности, на которой оборудованы также лазовые скобы.
Конструкция заявленного дренажного колодца-поглотителя для приема и отвода поверхностных вод обеспечивает его эффективную и надежную работу, что способствует ускорению сброса поверхностных вод в замкнутом понижении водосборной площади, снижению затрат на эксплуатацию, увеличению срока службы колодца без ремонта, снижению срока окупаемости капитальных вложений, а также повышению урожайности сельскохозяйственных культур.
Изобретение поясняется чертежом.
На чертеже представлен поперечный разрез дренажного колодца-поглотителя для приема и отвода поверхностных вод.
Дренажный колодец-поглотитель для приема и отвода поверхностных вод размещен в замкнутом понижении водосборной площади, имеющем уклон к заглубленному в почву колодцу не меньше 0,005. В противном случае уклон создают искусственным путем (придание понижению воронкообразной формы, устройство ложбин в виде сходящихся лучей, планировка поверхности), чтобы обеспечить беспрепятственный приток воды к дренажному колодцу-поглотителю. Водосборная площадь составляет не меньше 3,0 га, но не больше значения эрозионно опасной площади.
Колодец включает корпус 1, крышку 2, водоотвод 3. Корпус 1 имеет цилиндрическую форму одинакового диаметра по всей его высоте и снабжен в верхней части равномерно размещенными по боковой поверхности водоприемными отверстиями 4, выполненными в виде консольных водосливов-труб с обратным уклоном не менее 45° и убывающим при этом диаметром поперечного сечения, не превышающим толщины стенки 5 корпуса 1 колодца. Крышка 2 выполнена П-образного сечения по оси ее симметрии с диаметром, большим внешнего диаметра колодца, и снабжена фиксаторами 6 ее положения на колодце. Крышка 2 изготовлена из пластмассы черного цвета и снабжена указателем 7 местоположения колодца. Благодаря заявленной конструкции крышка 2 выполняет, кроме своей непосредственной функции - защиты колодца от попадания в него различных предметов, мусора, дополнительную функцию: защиту от засорения водоприемных отверстий 4 в корпусе 1 колодца и от попадания в колодец плавающих взвесей через водоприемные отверстия 4. Такое же назначение имеет и полупогруженное в воду съемное защитное устройство 8 перед водоотводом 3 - исключить поступление плавающих взвесей в водоотвод 3.
Чтобы ускорить отвод поверхностных вод из замкнутого понижения посредством дренажного колодца-поглотителя необходимо дополнительно ускорить и отвод почвенно-грунтовых вод из почвогрунта, примыкающего к колодцу. С этой целью корпус 1 колодца ниже уровня замкнутого понижения на глубину его промерзания на некоторой части наружной его поверхности обернут с уклоном дренажной пластмассовой перфорированной трубой 9, обернутой защитно-фильтрующим материалом с песчано-гравийной присыпкой 10, устроенной по принципу обратного фильтра Терцаги, хорошо пропускающего воду и задерживающего наносы.
Сброс воды в колодец из трубы 9, поступающей из почвогрунта, осуществляется через отверстие 11 в стенке 5 корпуса, под которым установлена съемная круглая дырчатая пластина 12, гасящая энергию воды, падающей в колодец с консольных водосливов-труб в отстойник 13, дно которого размещено ниже водоотвода 3 не меньше чем на 40 см с тем, чтобы вода из отстойника 13 не попадала в водоотвод 3 вместе с осадком минеральных частиц в отстойной части корпуса колодца, принесенных с притекающей водой. Съемная круглая дырчатая пластина 12 выполнена из пластмассы для удобства ее обслуживания и опирается на кольцевой выступ 14, которым снабжен корпус колодца на внутренней его поверхности.
Дополнительно на чертеже показаны: 15 - одерновка; 16 - отметка уровня воды перед корпусом 1 колодца в момент времени Т; 17 - то же, в отстойной части колодца перед водоотводом 3; 18 - осадок минеральных частиц в отстойнике 13 корпуса 1 колодца, принесенных с притекающей водой; 19 - почвогрунт; 20 - лазовые скобы для удобства обслуживания колодца.
Дренажный колодец-поглотитель для приема и отвода поверхностных вод работает следующим образом.
В зимний период замкнутое понижение заносится снегом. С целью проведения мониторинга за действием колодца (поверхностная вода поступает к поглотителю и в зимний период при длительных оттепелях) колодец находят благодаря указателю 7 его местоположения. Крышка 2 колодца, изготовленная из пластмассы черного цвета, хорошо поглощает солнечные лучи. В результате снег и лед вокруг колодца растаивают в первую очередь (учет альбедо и закона излучения Кирхгофа: тело, которое сильнее поглощает тепло, интенсивнее его и излучает). Вследствие этого колодец раньше готов к приему притекающих к нему поверхностных вод.
После выпадения обильных осадков или таяния снега поверхностная вода с плавающим мусором и влекомыми частицами почвогрунта поступает в понижение перед колодцем, заполняя его и отстаиваясь. Уровень воды 16 перед колодцем постепенно повышается. Вода снизу, под стенками крышки 2, поднимается вдоль наружной стенки корпуса 1 колодца. Полупогруженные в воду стенки крышки 2 не позволяют крупным плавающим взвесям приблизиться к водоприемным отверстиям 4. По мере повышения уровня 16 вода заполняет наклонное отверстие-трубу в виде консольного водослива 4 в стенке 5 колодца, но в колодец вода начинает поступать только тогда, когда ее уровень достигнет отметки гребня консольного водослива. Входное для воды сечение отверстия в этот момент погружено под слой воды, плавающие примеси находятся на поверхности воды и в отверстие не попадают.
Вода, преодолевшая водоприемное отверстие 4, через консольный водослив сливается в колодец на гасящую энергию падающей воды дырчатую пластину 12. Далее вода через отверстия пластины стекает на уровень воды 17, попадает в отстойную часть колодца, где происходит ее отстаивание, взвешенные минеральные частицы выпадают в осадок 18. Попавшие в отстойник 13 колодца с водой плавающие взвеси в водоотвод 3 не поступают, остаются плавать в отстойной части корпуса 1 колодца благодаря защитному устройству 8, где происходит дополнительное задержание более мелких взвесей.
Таким образом, водоотвод 3 поверхностных вод находится под защитой от засорения плавающими взвесями понижением-отстойником перед колодцем, стенками крышки 2, наклонными водоприемными отверстиями 4 и более тонкой защитой 8. Кроме этой защиты защиту водоотвода от заиления осуществляет и отстойная часть колодца.
Защитное устройство 8 водоотвода 3 - съемное, демонтируется, как и дырчатая пластина 12, при очистке отстойника 13 от наносов 18. Защитное устройство 8, крышка 2 и пластина 12 изготовлены из пластмассы, имеют небольшую массу и не требуют значительных усилий при эксплуатации колодца.
При наличии воды в понижении гравитационная вода постоянно поступает в присыпку 10 и далее в трубу 9, затем через отверстие 11 в стенке 5 корпуса 1 на пластину 12 и далее в отстойник 13. Труба 9 по длине имеет уклон, что обеспечивает постоянный отток из нее воды, поступающей из окружающего почвогрунта, в колодец.
При отсутствии притока поверхностной воды в понижение труба 9 с присыпкой 10 обеспечивают осушение почвогрунта вокруг колодца и подсыхание почвы. Это при последующем выпадении осадков способствует их аккумуляции, снижению модулей поверхностного стока и, естественно, ускорению отвода поверхностных вод. Труба 9 с присыпкой 10 отводит воду постоянно как при наличии поверхностной воды в понижении, так и при наличии только гравитационной воды в почвогрунте, примыкающем к колодцу.
Дренажный колодец-поглотитель для приема и отвода поверхностных вод работоспособен как в вегетационный, так и во вне вегетационный периоды, затраты на эксплуатацию - минимальные, водоотвод надежен - работает под 4-кратной защитой от засорения и 5-кратной от заиления.