Способ пополнения подземных вод

 

СПОСОБ ПОПОЛНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД созданием подпора уровня воды в водотоке, питающем эксплуатируемый водоносный горизонт с помощью водоподъемной плотины, установленной ниже водозабора по течению, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности пополнения подземных вод при наступлении отрицательных температур воздуха путем искусственного образования наледи в водотоке и промерзания прирусловых отложений, участок русла выполаживают, расширяют и устанавливают на нем теплообменник , соединенный с атмосферой.

СОЮЗ СОВЕТОНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) .

3(59 Е 03 В 3/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

3f! l Рйм < °

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 3

К АВТОРСКОМУ СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ (21) 3546055/ 23-26 (22) 22.12.82 (46) 30.05.84. Бюл. 1Ф 20 (72) В.Л, Головин, В.В. Лазарев, Б.В.Леонов и С.Ф.Соломенник (71) Дальневосточный научно-исследо" вательский институт гидротехники и

* мелиорации (53) 628.132.24(088.8) (56) 1. Алексеев В.С., Боголюбов К.С., Никольская Е.А. Отечественный и зарубежный опыт искусственного пополне-. ния запасов подземных вод. Сб. "Гидрогеология Инженерная геология" (итоги науки и техники). М., ВИНИТИ, 1974, т. 3, с. 5-148. (54) (57) СПОСОБ ПОПОЛНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ

ВОД созданием подпора уровня воды в водотоке, питающем эксплуатируемый водоносный. горизонт с помощью водоподъемной плотины, установленной ниже водозабора по течению, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения эффективности пополнения подземных вод при наступлении отрицательных температур воздуха путем искусственного образования наледи в водотоке и промерзания прирусловых отложений, участок русла выполаживают, расширяют и устанавливают на нем теплообменник, соединенный с атмосферой.

1094921

Изобретение относится к водоснабжению и может применяться для искусственного пополнения подземных вод, преимущественно для увеличения производительности подземных водозаборов в холодный период года, который характеризуется уменьшением эксплуата-. ционных запасов подземных вод.

Наиболее близким к предлагаемому является способ пополнения подземных вод созданием подпора уровня воды в водотоке, питающем эксплуатируемый водоносный горизонт, с помощью водоподъемной плотины, установленной ниже водозабора по течению. Пополнение запасов подземных вод происходит за счет поднятия уровней в верхнем бьефе плотины и соответствующего увеличения фильтрации воды яз реки в водоносный горизонт (1) . ,20

Однако способ требует больших затрат как на устройство плотины, так и на ее периодическое восстановление, поскольку не исключена возможность ее разрушения в период паводков. Ес- ли прохождение паводков на водотоке характерно в осенний период, то это осложняет строительство и реконструкцию водоподъемной плотины, в связи с 30 чем не всегда возможно обеспечение высоких уровней воды в зимний период, и, следовательно, в этот период не га. рантируется предотвращение истощения запасов подземных вод. Устройство не-3 размываемых плотин, обеспечивающих подъем уровней в реке, требует не только увеличения затрат, но и усиливает процесс эаиления и кольматации фильтрующих грунтов в верхнем бьефе 4О плотины из-за снижения транспортирующей способности реки.,Заиление .:. и кольматация грунтов, как известно, способствуют уменьшению их проницаеиости, что в свою очередь уменьшает 43 и фильтрацию воды из реки в водоносный горизонт, снижая эффект подпора уровней. Кррие того, устройство временных и капитальных плотин в русле реки не исключает возможности ущерба рыбным запасам в случае, если река имеет рыбохозяйственное значение, так как затрудняется ход рыбы, что особенно важно в период нереста. Все это ограничивает применение способа, так как реки с небольшой мутностью (до.ЗО мг/л) и не имеющие рыбохоэяйственное значение встречаются крайне редко.

Цель изобретения — повышение эффективности пополнения подземных вод при наступлении отрицательных температур воздуха.

Поставленная цель достигается тем, что в способе пополнения подземных вод созданием подпора уровня воды в водотоке, питающем эксплуатируемый водоносный горизонт с помощью водоподъемной плотины, установленной ниже водозабора по течению, подпрр уров ня воды, создают путем искусственного образования наледи в водотоке и промерзания прирусловых отложений, для чего участок русла выполаживают, расширяют и устанавливают на нем теплообменник, соединенный с атмосферой.

На чертеже представлена схема теплообменника, поперечный разрез.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Для образования наледи выбирается перекатный участок русла реки, который предварительно выполаживается и расширяется с целью уменьшения скорости течения воды. В конечном створе этого участка устанавливается теплообменник, обеспечивающий кон такт придонного слоя воды и грунта в зоне его установки с атмосферой.

Образование ледяного покрова при наступлении отрицательной температуры воздуха и напаивание донного льда в месте установки теплообменника способствуют перемерзанию реки и выходу воды на поверхность льда и, таким образом обеспечивается постепенный рост наледи. Кроме того, под дном реки в месте установки теплообменника происходит промерзание водонасыщенного грунта, что способствует части@ному или полному, в зависимости от заглубления теплообменника, перехвату подземного стока под руслом реки. Это.обуславливает не только подъем-:уровня воды в русле реки, но и подъем уровня подземных вод. В весенний период при повышении температуры воздуха до температуры таяния льда наличие теплообменника способствует быстрому таянию наледи и при прохождении весенних н летних дождевых паводков с характерным повышением мутности воды обеспечивается естественная регенерация донных отложений и увеличения .заиленности русла реки не происходит, а в период нереста обеспечивается свободный проход рыбы.

21 4

3 10949

Способ пополнения подземных вод, служащий для увеличения производительности горизонтальной водозаборной дрены 1 (расположение ее показано условно, так как водозабор должен быть расположен выше наледной плотины), заключается в том, что в летнюю межень перекатный участок реки ниже водозабора выполаживаеФся, и в траншею устанавливается теапообменник 3, 16 представляющий собой, например, стайь. ные трубы, соединенные стояками 3, которые обеспечивают контакт придоиного слоя воды и грунта с атмосферой.

Трубы теплообменника 2 имеют уклон 15 в сторону стояка 3 с отстойником 4 для сбора н удаления конденсата. При наступлении отрицательной температу- ры воздуха в результате охлаждения грунта происходит образование зоны 2п промерзания 5, а на дне реки образование донного льда и смыкание его с нижней поверхностью ледяного покрова обуславливает перемерзание водотока, выход воды на поверхность льда . 25 и дальнейшее ее намораживание. На протяжении периода с отрицательной . температурой воздуха. происходит aocve пенный рост наледи и повышение уровня воды в реке 6 относительно его по" gg ложения 7, характерного для этого периода времени в естественных условиях., В результате подъема уровня воды в реке увеличивается фильтрация воды as реки в водоносный горизонт 8 и поднятие уровня подземных вод 9 относительно

35 его положения до образования наледи 10.

Таким образом, за счет образования наледи и подъема уровня подземнык вод возможно увеличение производительнос ти водозабора в холодный период .года, когда происходит наибольшая сработка запасов подземных вод, а интенсивность их естественного пополнения снижается.

Перед наступлением отрицательной температуры воздуха производится профилактический осмотр теплообменника, и при необходимости удаляетСя конденсат из отстойника, а также производится выполаживание русла в месте установ«.50 ки теплообменника, если в предшест- . вующий паводковый период произошло переформирование русла.

Для оценки технико-экономической. эффективности предложенного способа в качестве базового объекта выбран прототип, который является самым простым и дешевым из известных способов искусственного пополнения подземных вод, не уступающий им в эффективности использования при условиях подобных рассматриваемым. Последние характеризуются небольшими расходами води в реке в зимний период и тяжелыми условиями забора воды из.источника восполнения. Стоимость устройства наледной плотины и плотины из местных материалов определены в соответствии со сборниками N 3 и

37 ЕРЕР на строительные работы. Эксплуатационные расходы при предлагаемом способе пополнения подземных вод состоят из затрат на ланировку дна реки и откачку конденсата из отстойника, в базовом объекте — из затрат на подвоз грунта и ежегодно восстановление дамбы.

В таблице представлены основные технико-экономические показатели к расчету эффективности способа пополнения подземных вод.

Таким образом, использование редлагаемого способа пополнения подземных вод обеспечивает по сравнению с базовым объектом следующие преиму" щества: снижение стоимости, по сравнению с плотиной as местных материалов в 4 раза3 снижение эксплуата-. ционных затрат более чем в 6 раз; годовой экономический эффект до

1 тыс. руб.; простота устройства наледной плотины, заключающаяся в выполаживании перекатного участка русла и установке теплообменника в любой период года, например, в летнюю межень; обеспечение естественной pereнерации донных отложений, что не приводит к увеличению эаиливания донных отложений, и соответствующему ухудшению фильтрации воды в водоносный горизонт из реки; воэможность свобод" ного прохода рыбы в период нереста, что значительно повысит эффективность пополнения подземных вод в зимний период и обеспечит более надежную работу подземных водозаборов.

1094921

Затраты по применению способов пополнения подземных вод, в руб

Виды затрат предлагаемого ; базового

Капитальные вложения

186

140

190

114

2070

Итого капвложений

575

2309

Эксплуатационные расходы

Заработная плата

352

518 Итого эксплуатационных расходов

870

Приведенные затраты

1147

Составитель Л. Яковлев

Редактор Е. Лушникова Техред С.Легеза Корректор Л. Иеньо

Заказ 3552/17 Тираж 692

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,-ул. Проектная, 4

Разработка растительного грунта бульдозером с перемещением до 10,0 м

Разработка ложа наледной плотины (гравийно-галечный грунт 2-й группы) бульдозером

Разработка грунта 2 группы экскаватором (обратная лопата) с ковшом

0,3 м в отвал из подводы

Изготовление и установка теплообменника с вентиляционными стояками с устройством противокоррозионной изоляции и окраски стояков

Планировка дна ложа реки и откосов бульдозером

Устройство русловой водоподпорной плотины из местных материалов обьемом 1000 м с подвозом грунта на

/ расстоянии до 1 км и устройством водоотводящего канала длиной 150 м

Планировка дна реки и откачка конденсата

Восстановление плотины с подвозом . грунта на расстояние до 1 км

132

201