Способ эксплуатации линзы пресной воды, плавающей на зональных соленых водах
Владельцы патента RU 2288329:
Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации (RU)
Изобретение относится к способам водоснабжения в основном для сельскохозяйственных нужд в аридных зонах. Обеспечивает увеличение эксплуатационного дебита воды, получаемой с пресных линз, и существенное практически неограниченное увеличение срока эксплуатации водозаборной системы. Сущность изобретения: по способу эксплуатации для линзы пресной воды, плавающей на зональных соленых водах и сформированной под открытыми песками, по ее площади создают на уровне зональных соленых вод дренажную сеть в виде трубчатых дрен с запорными устройствами на выходе. В нижней точке дренажной сети располагают водосборник в виде емкости без дна. Перехватывают фильтрующуюся воду осадков дренами. Сбрасывают ее в водосборник. Из водосборника пресную воду отбирают на хозяйственные нужды в объеме 50-60% от величины годовых осадков. При этом не допускают появления растительности на участке пресной линзы. В случае поступления соленых вод дрены временно закрывают. 2 ил.
Изобретение относится к способам водоснабжения в основном для сельскохозяйственных нужд в аридных зонах.
В засушливых, маловодных районах, в частности в Прикаспийской низменности, местное население получает пресную воду из колодцев (худуков). Последние располагаются среди открытых, лишенных растительности, барханных песков. Появление здесь пресной воды обусловлено инфильтрацией осадков и формированием «пресных линз» (В.Н.Кунин, 1959, Н.Ф.Кулик, 1979). Такие же линзы формируются под понижениями (лиманами) на глинистых равнинах аридной зоны, где аккумулируется поверхностный сток (М.К.Сапанов, 2004). Пресные линзы формируются и на песчаных пляжах морей.
Почвогрунты в сочетании с водоупорным горизонтом являются емкостью для накопления и хранения жидкой влаги осадков. В аридной зоне на песках процесс аккумуляции воды осуществляется тогда, когда на участке отсутствует растительность и нет поверхностного стока. В этом случае часть осадков фильтруется через зону аэрации и накапливается в грунтовых водах в виде пресной линзы. Остальная часть годовых осадков расходуется на физическое испарение. В том случае, если на участке появляется растительность, она потребляет накапливаемую влагу на транспирацию и инфильтрация воды к грунтовым водам сокращается или прекращается целиком.
Роль водоупора могут играть зональные, присущие данной местности (O.К.Ланге, 1958), соленые грунтовые воды. Фильтрующаяся пресная вода как имеющая меньшую плотность ложится на соленые воды в виде линзы и не смешивается с ней. В большинстве случаев минерализация воды в пресной линзе 1 -2 г/л, а в зональных грунтовых водах она достигает 30-50 г/л. Верхняя поверхность линзы возвышается над уровнем зональных соленых вод на 0,5-1 м. Площадь линзы зависит от площади открытых, лишенных растительности, песков, под которыми они формируются, или понижений, куда стекают поверхностные воды. Мощность пресных линз меняется от нескольких сантиметров до десятков метров. В России пресные линзы наиболее часто встречаются в Прикаспийской низменности на глубине 2-4 м.
Годовой объем воды, которая поступает на формирование линзы на песках, зависит от количества годовых осадков. На песках Северного Прикаспия фильтруется в год 100-150 мм осадков, на Терско-Кумских песках 150-200 мм, что составляет 50-60% величины годовых осадков. По результатам многолетних исследований величина погружаемых осадков в районе г.Волгограда составляет 70% от величины годовых осадков (Н.Ф.Кулик и др., 1996).
Эксплуатация пресных линз осуществляется при помощи колодцев или скважин, ими вскрывают только пресный слой грунтовой воды. Однако срок эксплуатации этих водозаборных сооружений невелик и составляет 2-3 года. При заборе воды в колодце или скважине снизу подходит соленая вода и качество питьевой воды ухудшается. Обычно этот колодец забрасывают и рядом копают новый. Для увеличения срока эксплуатации скважин их делают две рядом. По одной откачивают пресную воду, по другой - соленую, не допуская этим подъема соленой воды (Н.Г.Шевченко и др., 1963). Для увеличения стока эксплуатации пресных линз применяют также шахтные колодцы с лучевыми горизонтальными фильтрами. Верхний ярус фильтров размещается в пресной линзе, нижний - в соленой воде. Откачку пресной и соленой воды ведут параллельно (И.Г.Шевченко и др., 1963).
Парные скважины и лучевые горизонтальные фильтры достаточно сложны в строительстве и дороги в эксплуатации. Описанные способы водозабора применяют на мощных пресных линзах, где слой пресной воды достигает десяти метров и более. Маломощные линзы, где слой пресной воды составляет 1-2 м и которые преобладают в Прикаспийской низменности, эксплуатируют при помощи неглубоких колодцев. Но они, как отмечено выше, недолговечны в эксплуатации и имеют малый дебит.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - увеличение эксплуатационного дебита воды, получаемой с пресных линз, и существенное практически неограниченное увеличение срока эксплуатации водозаборной системы.
Указанный результат достигается следующим путем.
На площади пресной линзы или на части ее создают дренажную сеть в виде трубчатых дрен с запорным устройством на их выходе. Сеть устраивается на уровне зональных соленых грунтовых вод, расположенных вокруг линзы. В нижней точке сети располагают водосборник в виде емкости без дна. Фильтрующаяся пресная вода осадков собирается в дрены и сбрасывается в водосборник, откуда они используются для хозяйственных нужд. Объем отбираемой воды не должен превышать 50-60% от величины годовых осадков. Этим обеспечивается неистощительное использование пресной воды. В случае поступления из какой либо дрены соленой воды ее временно закрывают до опреснения сбрасываемой воды. На открытых песках, где расположена линза, не допускают появления растительности.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 показан вертикальный разрез песчаной степи и пресной линзы, сформированной под открытыми, лишенными растительности барханными песками. Линза плавает на зональных соленых грунтовых водах. Показаны трубчатые дрены, размещенные в линзе пресной воды на уровне зональных соленых грунтовых вод, расположенных вокруг линзы.
На фиг.2 показан план размещения дренажной сети на площади пресной линзы и водосборник пресной воды, куда выходят дрены с запорными устройствами.
На чертеже приняты следующие обозначения:
1. Песчаная степь, покрытая растительностью.
2. Открытые, лишенные растительности, барханные пески.
3. Пресная линза, плавающая на зональных соленых грунтовых водах.
4. Трубчатые дрены.
5. Зональные соленые грунтовые воды.
6. Уровень зональных соленых грунтовых вод.
7. Запорные устройства на трубчатых дренах.
8. Водосборник.
Приведем пример определения площади дренажной системы, которая может обеспечить пресной водой чабанскую бригаду. В Северном Прикаспии среднегодовая норма осадков 250 мм. Линза на площади двух гектаров с дренажной сетью может собирать 2500 м3 воды (КПД аккумуляции осадков - 50%). Этой воды достаточно для поения 1000-1500 голов овец, 50 голов крупного рогатого скота и обеспечения водой хозяйственных нужд чабанской бригады.
Литература
1. Н.Ф.Кулик. Водный режим песков аридной зоны. М.: Гидрометеоиздат, 1979. С.90-93.
2. Н.Ф.Кулик, И.С.Зюзь, В.П.Рогачев. О возможности конденсации атмосферной влаги песчаными отложениями на уровне грунтовых вод// Почвоведение, 1996, №5, с.635-639.
3. В.Н.Кунин. Местные воды пустыни и вопросы их использования. М.: Изд. АН СССР, 1959, с.131-139.
4. O.К.Ланге. Основы гидрологии. Изд. МГУ, 1958, с.99.
5. М.К.Сапанов. Экологические особенности функционирования искусственных лесных биогеоценозов в Северном Прикаспии. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук. М., 2004, С.9-10.
6. Н.Г.Шевченко, И.С.Глазунов и др. Линзы пресных вод пустыни. Изд. АН СССР. 1963, с.106-161.
Способ эксплуатации линзы пресной воды, плавающей на зональных соленых водах, отличающийся тем, что для линзы пресной воды, сформированной под открытыми песками, по ее площади создают на уровне зональных соленых вод дренажную сеть в виде трубчатых дрен с запорными устройствами на выходе, в нижней точке дренажной сети располагают водосборник в виде емкости без дна, перехватывают фильтрующуюся воду осадков дренами и сбрасывают ее в водосборник, откуда пресную воду отбирают на хозяйственные нужды в объеме 50-60% от величины годовых осадков, при этом не допускают появления растительности на участке пресной линзы, а в случае поступления соленых вод дрены временно закрывают.
