CZ18989U1 - Zařízení pro regulaci vodního režimu v mokřadnich systémech - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení, které umožňuje regulovat vodní režim v krajině pomocí řízené regulace mokřadních systémů (mokřadů).

Dosavadní stav techniky

Mokřady plní důležitou úlohu v ekosystému při zadržování vody v půdě a v krajině, a přispívají k vyrovnanému koloběhu vody v krajině. Pod pojmem mokřad se rozumí území, které je celoročně, nebo jen pro určité roční období, zatopené povrchovou vodou, nebo nasycené spodní vodou, Jde o bažiny, tůně, rašeliniště, slatiniště, luzní louky a lesy a další typy. Jsou také známy umělé moklo řady, sloužící pro čištění odpadních vod, které se dělí na mokřady s povrchovým tokem, mokřady s podpovrchovým tokem a mokřady se submerzními (ponořenými) rostlinami nebo s plovoucími rostlinami.

Mokřady mají celou řadu funkcí, které jsou důležité pro regulaci vodního režimu v krajině, a také celou řadu doplňkových a synergických efektů. V první řadě mokřady představují přirozenou zásobárnu vody v krajině, a díky velkému obsahu organominerálního sedimentu mají značnou retenční schopnost při nadměrných a přívalových srážkách. V době sucha pak zajišťují stabilní odtok na určité hodnotě.

Mokřady jsou specifické biomy, ve kterých žijí rostliny a živočichové, v mnoha případech velmi vzácní. Mokřady plní také funkci akumulační, neboť se v nich hromadí anorganický i organický materiál, a dále funkci filtrační, kde se filtrují splachy hnojiv a jiných agrochemikálií. Důležitá je role mokřadů při vyrovnávání místního klimatu. Voda má velkou tepelnou kapacitu, a díky tomu se v parných dnech při odpařování vody okolí mokřadu ochlazuje, v zimě se naopak může vzduch nad mokřadem oteplovat. Z mokřadu lze získávat také tzv. energetickou biomasu, a to cíleným pěstováním vhodných rostlin (vrby, velké trávy, orobince apod.) ze kterých lze po další úpravě vyrábět palivo, stavební komponenty apod, V neposlední řadě mají mokřady i funkci rekreační, která souvisí s rostlinnými a živočišnými specifiky těchto biomů.

V současné době jsou stále zřetelnější snahy o obnovení původních mokřadů v krajině, resp. o vybudování nových mokřadů. Hlavním problémem při obnově a výstavbě mokřadů je stabilizace resp. regulace jejich vláhového režimu, zejména v letních měsících s minimálními srážkami, kdy je žádoucí zabránit vyschnutí mokřadu. Není přitom známo žádné zařízení, které by bylo vhodné pro regulaci vodního režimu v mokřadních systémech.

Z jiných příbuzných technických řešení pro regulaci vodního režimu v krajině jsou známé pouze řízené drenážně-závlahové systémy, jako např. systém popsaný v AO č. 257 870, kde sběrné dřeny systematické drenáže jsou alespoň v části svého povrchu otevřené, a jsou osazeny plová35 kovými vzdouvacími ventily, a svodné dřeny jsou uzavřené a napojené na centrální uzávěr. Při otevřeném centrálním uzávěru funguje zařízení jako čistě drenážní systém, při uzavřeném centrálním uzávěru se jednotlivé dřeny postupně zaplavují vodou, a fungují v půdě jako závlaha. Nevýhoda tohoto řešení, které se v současné době v praxi nevyužívá, spočívá v tom, že neovlivňuje regulaci přítoku či odtoku povrchové vody, a není proto vhodné k využití při regulaci mokřad40 nich systémů.

Úkolem technického řešení je proto vytvoření takového zařízení, které by umožňovalo optimální a pokud možno automatickou regulaci vodního režimu v mokřadních systémech.

Podstata technického řešení

Tento úkol je vyřešen pomocí zařízení pro regulaci vodního režimu v mokřadních systémech podle tohoto technického řešení. Podstata zařízení spočívá v tom, že sestává z otevíratelného uzávěru v odtoku vody z mokřadu, jehož pohon je napojen na signál alespoň jednoho čidla hladiny pro měření hladiny vody v mokřadu, a dále na signál alespoň jednoho čidla ze skupiny čidel:

CZ 18989 Ul čidlo okraje pro signalizaci zatopení hranice mokřadu, čidlo srážek pro měření intenzity dešťových srážek, čidlo meliorací pro měření průtoku meliorační vody přiváděné do mokřadu, čidlo kontaminace meliorační vody přiváděné do mokřadu, čidlo přítoku pro měření průtoku povrchové nebo spodní vody přiváděné do mokřadu.

Signály jednotlivých čidel ovládají uzávěr odtoku vody z mokřadu, a mohou tak uzavřením odtoku vody z mokřadu zabránit jeho vysychání, např. když klesá hladina, nebo když slábne přítok, nebo naopak otevřením odtoku zabránit jeho přeplnění, např, když hrozí zatopení většího území než které je vymezeno, nebo když čidlo srážek indikuje přívalový déšť.

Ve výhodném provedení technického řešení nejdou signály z čidel na ovládač pohonu uzávěru ío přímo, ale přes elektronickou řídicí jednotku.

Řídicí jednotka vyhodnocuje signály z jednotlivých čidel, a podle nastavených parametrů pro jejich vyhodnocení uzavírá nebo otevírá odtok vody. Ve výhodném provedení technického řešení je na vstup řídicí jednotky současně připojeno alespoň jedno čidlo hladiny, čidlo okraje, čidlo srážek, čidlo meliorací, čidlo kontaminace a čidlo přítoku. V tomto provedení představuje zaříze15 ní kompletní systém, který je schopen regulovat vodní režim s ohledem na všechny podstatné aktuální „provozní podmínky.

V jiném výhodném provedení je přítok meliorační vody a/nebo přítok povrchové nebo spodní vody do mokřadu opatřen dalším otevíráteIným uzávěrem. Pohon tohoto uzávěru může být napojen buď přímo na čidlo meliorací, čidlo kontaminace nebo čidlo přítoku, nebo může být napo20 jen na výstup řídicí jednotky, která vyhodnocuje signály všech čidel. Uzávěr v uzavřeném stavu uzavírá přítok meliorační vody, popř. povrchové nebo spodní vody do mokřadu, a přepouští tuto vodu do obtoku, který je veden kolem mokřadu, a ústí do odtoku. Pokud řídicí jednotka uzavře přítok meliorační vody, např. proto že je příliš kontaminována agrochemikáliemi, je voda přepuštěna obtokem přímo do vodoteče. Stejně tak může být přepouštěn přítok povrchové nebo spodní vody, např. při zatopení mokřadu na stanovenou maximální hranici.

hlediska konstrukce uzávěru, ať již v odtoku nebo přítoku, je výhodné, když uzávěr je tvořen uzavírací klapkou nebo uzavíracím ventilem s elektrickým nebo magnetickým pohonem, nebo v jiném výhodném provedení je uzávěr tvořen nafukovacím těsnicím vakem, a pohon tvoří zásobník stlačeného vzduchu propojený s nafukovacím těsnicím vakem.

ío Technicky je výhodné, když odtok vody z mokřadu je tvořen přímo potrubím, ve kterém je uspořádán uzávěr, takže veškerá odtoková voda prochází přímo potrubím. Tam, kde toto řešení nelze realizovat, je výhodné jiné provedení, ve kterém odtok vody z mokřadu je tvořen přirozeným odtokovým korytem, ve kterém je osazena průtoková signalizační trubka s uzávěrem.

Výhody zařízení pro regulaci vodního režimu v mokřadních systémech podle technického řešení ís spočívají zejména v tom, že umožňuje regulaci vodní hladiny v mokřadu s ohledem na průběh a změny aktuálních klimatických podmínek, a zároveň s ohledem na aktuální sílu přítoku nebo zdroje spodní vody. Zařízení umožňuje regulovat vodní režim tak, aby v teplých obdobích byla udržována nízká hladina, aby se omezil odpař, a aby se šetřila voda v krajině. Vysoká hladina a velký odpař způsobuje rychlou ztrátu vody z krajiny. Regulace se přizpůsobuje přirozenému po40 stupu sukcese (vývoje) mokřadu, a především umožňuje zachovat stabilitu mokřadu i v letních měsících a zabránit jeho vyschnutí.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresů, na nichž znázorňují obr. 1 blokové schéma zařízení pro regulaci vodního režimu v mokřadních systémech, obr. 2 schematický řez mokřadem se zařízením pro regulaci vodního režimu v místě přítoku meliorační vody, obr. 3 schematický řez mokřadem se zařízením pro regulaci vodního režimu v místě přítoku povrchové vody, obr. 4 půdorys mokřadu se zařízením pro regulaci vodního režimu.

CZ 18989 Ll

Příklady provedení technického.řešení

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní příklady uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedení technického řešení na uvedené případy, Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutins ního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících nároků na ochranu.

Mokřad 9, znázorněný na obr. 2 a obr. 3. je ohraničen břehem JJ, a má přirozené odtokové koryto J 2, ve kterém je natěsno zasazena průtoková signalizační trubka JJ. V průtokové signalizačio ní trubce H je osazen uzávěr 7 s pohonem 6, ovládaný řídicí jednotkou 5 osazenou na průtokové signalizační trubce JJ. Řídicí jednotka 5 je spojena s modulem 23 pro dálkový přenos dat, který přenáší informace do monitorovacího střediska. Na vstupy řídicí jednotky 5 jsou přivedeny kabelové nebo bezdrátové signály od čidel hladiny U čidel okraje 2, čidel srážek 3, čidel meliorací

4, čidla kontaminace ]_6 a čidla přítoku JJ, která jsou v potřebném počtu rozmístěna v mokřadu 9 i? i na břehu JJ mokřadu 9. Celé zařízení je napájeno nezobrazenými fotovoltaiekými panely nebo akumulátory.

Funkce jednotlivých částí zařízení je následující:

Čidlo hladiny 1 je hladinomčr, tenzometr nebo vlhkoměr umístěný v mokřadu 9, zpravidla v oblasti kde odtéká voda J_0 z mokřadu 9. Jeho úkolem je měření hladiny vody v mokřadu 9, a pokud voda v mokřadu 9 nedosahuje stanovené minimální hladiny 14. spíná přímo nebo prostřednictvím řídicí jednotky 5 pohon 6 a uzavírá jím uzávěr 7 v odtoku 8 vody 10 z mokřadu 9. Mokřad 9 se zavodňuje, a to buď srážkami nebo přítokem J_8 meliorační vody z meliorací nebo přítokem J_9 povrchové nebo spodní vody. Pri dosažení nastavené maximální hladiny 1_5 spíná a otevírá uzávěr λ takže voda JO může z mokřadu 9 vytékat.

Čidlo okraje 2 je vlhkoměr uspořádaný na břehu JJ mokřadu 9. Jeho úkolem je sledovat, zda voda 10 zaplnila mokřad 9 až k jeho břehu JJ. Nedosahuje-li voda na břehu JJ mokřadu 9, čidlo okraje 2 opět buď přímo nebo prostřednictvím řídicí jednotky 5 spíná pohon 6 a uzavírá uzávěr 7 v odtoku 8 vody J_0 z mokřadu. Mokřad 9 se zavodňuje. Jakmile je na břehu JJ mokřadu 9 dosaženo horní nastavení hranice vody H), uzávěr 7 se otevírá a z odtoku 8 odtéká voda 10 dále do krajiny.

Čidlo srážek 3 je speciální čidlo dešťových srážek, užívané např. pro meteorologická měření, Čidlo srážek 3 je umístěné v oblasti mokřadu 9 na jeho návčtrné straně ve směru nejčastějších srážek. Úkolem čidla srážek 3 je měřit aktuální dešťové srážky. V případě že srážky překračují nastavenou hodnotu, a znamená to že jde o srážky větší intenzity, schopné v krátké době zavodnit )5 mokřad 9, pak čidlo srážek 3 vyšle signál do řídicí jednotky 5, a ta uzavře nebo otevře přes pohon 6 uzávěr 7 v odtoku 8 vody JO i přesto, že signály z čidla 1 a čidla 2 jsou opačného charakteru. Cílem funkce tohoto čidla srážek 3 je zabránit byť i krátkodobému přetékání mokřadu 9 v důsledku intenzivního deště.

Čidlo meliorací 4 (průtokoměr) sleduje a měří průtok přítoku J_8 melioračních vod do mokřadu 9 a v případě nadměrného průtoku přes řídicí jednotku 5 uzavře uzávěr 7 v odtoku 8. Čidlo kontaminace 16 měří hodnoty vybraných látek z agrochemikálií v meliorační vodě. Jeho úkolem je řídit prostřednictvím řídicí jednotky 5 kvalitu vody v krajině. Meliorační vody jsou v podstatě kontaminované zejména dusíkem a fosforem a přednost by měla dostávat voda pocházející z dešťových srážek. To je realizováno otevíratelným uzávěrem 20 s pohonem 2U který je osazen v )5 přítoku J_8 meliorační vody, je napojen na výstup řídicí jednotky 5 a opatřen přepadem. Přepad ústí do obtoku 22, který vede po břehu 1J kolem mokřadu 9 a ústí do přirozeného odtokového koryta 12 až za otevíratelným uzávěrem 7. Zjistí-li čidlo kontaminace 16 nadměrnou koncentrací škodlivých látek, řídicí jednotka 5 uzavře uzávěr 20 v přítoku J_8 a meliorační voda teče obtokem 22 do koryta JJ a dále do vodoteče,

CZ 18989 Ul

Obdobně je řešen přítok 19 povrchové nebo spodní vody do mokřadu 9, který je osazen čidlem přítoku 17, což je rovněž průtokoměr. jehož signál je veden na vstup řídicí jednotky 5. Ta ovládá pohon 2_[ uzávěru 20 přítoku J9 povrchové nebo spodní vody, a v případě potřeby přepouští přítok 19 do obtoku 22 a do koryta J2· s Řídicí jednotka 5 je tvořena jednoúčelovým hardwarem a softwarem, sestaveným z komerčně dostupných obvodů a umožňuje vyhodnocovat a porovnávat vstupní signály z čidel 1., 2, 3, 4, J_ó, T7 na vstupu, a vydávat výstupní signál na výstupu, kterým se spíná pohon 6 uzávěru 7 v odtoku 8 vody 10₃ nebo pohon 21 uzávěru 20 v přítoku 18 meliorační vody nebo v přítoku j_9 povrchové nebo spodní vody. Řídicí jednotka 5 může pracovat v přednastaveném automatickém časovém ío režimu, a pomocí modulu 23 pro dálkový přenos dat komunikuje s monitorovacím střediskem, odkud může být event. i dálkově řízena.

Pohon 6 nebo 2_[ záleží na druhu použitého uzávěru 7 nebo 20. Může jít např. o elektromagnet nebo elektromotor v případě, že uzávěr 7 nebo 20 bude tvořen uzavírací klapkou nebo uzavíracím ventilem. Poněvadž u těchto zařízení je v terénu problematické zajistit jejich napájení, spolehli15 vost a servis, může být uzávěr 7 nebo 20 v jiném příkladu provedení tvořený např. nafukovacím vakem, který se při uzavírání potrubí nafukuje stlačeným vzduchem ze zásobníku, a při otevírání se vzduch upouští.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle technického řešení lze využít pro regulaci vodního režimu v mokřadních systé2o mech, popř. v jiných systémech sloužících jako zásobárna vody v krajině.

Claims (9)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro regulaci vodního režimu v mokřadních systémech, vyznačující se tím, že sestává z otevíratelncho uzávěru (7) v odtoku (8) vody (10) z mokřadu (9), jehož pohon (6) je napojen na signál alespoň jednoho čidla hladiny (I) pro měření hladiny vody (10) v mok
2. 2? řadu (9), a dále na signál alespoň jednoho čidla ze skupiny čidel; čidlo okraje (2) pro signalizaci zatopení hranice mokřadu (9), čidlo srážek (3) pro měření intenzity dešťových srážek, čidlo meliorací (4) pro měření průtoku meliorační vody přiváděné do mokřadu (9), čidlo kontaminace (16) meliorační vody, přiváděné do mokřadu (9), čidlo přítoku (17) pro měření průtoku povrchové nebo spodní vody přiváděné do mokřadu (9).

   5o 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že pohon (6) uzávěru (7) v odtoku (8) je napojen na výstup řídicí jednotky (5), přičemž na vstup řídicí jednotky (5) je přiveden signál alespoň jednoho čidla hladiny (1) pro měření hladiny vody (10) v mokřadu (9), a dále signál alespoň jednoho čidla ze skupiny čidel: čidlo okraje (2) pro signalizaci zatopení hranice mokřadu (9) , čidlo srážek (3) pro měření intenzity dešťových srážek, čidlo meliorací (4) pro měření prúto55 ku meliorační vody přiváděné do mokřadu (9), čidlo kontaminace (16) meliorační vody, přiváděné do mokřadu (9), čidlo přítoku (17) pro měření průtoku povrchové nebo spodní vody přiváděné do mokřadu (9).
3. 3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že na vstup řídící jednotky (5) je současně připojeno alespoň jedno čidlo hladiny (1), čidlo okraje (2), čidlo srážek (3). čidlo melio40 raci (4), čidlo kontaminace (16), čidlo přítoku (17).
4. 4. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že přítok (18) meliorační vody a/nebo přítok (19) povrchové nebo spodní vody do mokřadu (9) je opatřen otevíratelným uzávěrem (20). jehož pohon (21) je napojen buď na výstup čidla meliorací (4), nebo čidla kontaminace (16), nebo čidla přítoku (17), nebo na výstup řídicí jednotky (5), a který

   -1 CZ 18989 Ul v uzavřeném stavu propojuje přítok (18. 19) s obtokem (22) vyústěným do odtoku (8) za mokřadem (9).
5. 5. Zařízení podle nároků I až 4, vyznačující se tím, že otevíratelné uzávěry (7, 20) jsou tvořeny uzavírací klapkou nebo uzavíracím ventilem s elektrickým nebo magnetickým

   5 pohonem (6, 21).
6. 6. Zařízení podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím. že otevíratelné uzávěry (7, 20) jsou tvořeny nafukovacím těsnicím vakem, a pohon (6) tvoří zásobník stlačeného vzduchu propojený s nafukovacím těsnicím vakem.
7. 7. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že odtok ío (8) vody (10) z mokřadu (9) je tvořen potrubím, ve kterém je uspořádán uzávěr (7).
8. 8. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že odtok (8) vody (10) z mokřadu (9) je tvořen přirozeným odtokovým korytem (12), ve kterém je osazena průtoková signalizační trubka (11) s uzávěrem (7).
9. 9. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 2 až 8, vyznačující se tím. že řídicí 15 jednotka (5) je propojena s modulem (23) pro dálkový přenos dat.