RU2818809C1

RU2818809C1 - Method for accumulation of water reserves and structure for its implementation

Info

Publication number: RU2818809C1
Application number: RU2023134656A
Authority: RU
Inventors: Владимир Константинович Губин; Евгений Эдуардович Головинов
Filing date: 2023-12-22
Publication date: 2024-05-06

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: method involves water intake by a pump from an on-farm canal into a storage structure made in the form of a slopeless platform located near the on-farm canal and surrounded along the perimeter by a trench with an earthen embankment, formed along the outer edge of the trench from the soil extracted during its excavation, and connected to on-farm canal by pipeline with valve. Water from the on-farm canal into the storage structure before the beginning of the irrigation season is supplied through a pipeline with an open valve by gravity, filling the trench, and after its filling to the water level in the on-farm canal, the gate valve is closed and water is supplied by a mobile pump station, filling the storage structure to the required level limited by the embankment height, after which water supply is stopped, and during irrigation season water shortage in on-farm canal is compensated by gravity supply from storage structure by opening gate valve on pipeline. Storage structure consists of a slope-free site located near the on-farm canal and surrounded by a trapezoidal cross-section trench with an earthen embankment formed along the outer edge of the trench from soil extracted during its excavation. Trench has a depth equal to the depth of the on-farm canal, and a width determined by the amount of soil required for backfilling of an earthen embankment with a height of at least two meters. Trench is connected to the on-farm canal by a pipeline with a gate valve, and on the bank of the on-farm canal there is a platform for a mobile pump station.

EFFECT: use of the proposed method enables to fill the storage structure with water in spring with excess drainage and to use this water in the summer to eliminate its shortage in the on-farm canal, and the design of the storage structure provides saving operating costs due to the combination of gravity feed of water with pumping and gravity feed of water back into the canal when filling the storage structure, as well as by limiting the amount of excavation during the construction of the storage structure by excavation of soil in an amount required to form an embankment.

2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области сельского хозяйства и найдет применение при орошении равнинных степных регионов, где отсутствуют понижения рельефа, пригодные для строительства прудов-запруд.The proposed invention relates to the field of agriculture and will find application in the irrigation of lowland steppe regions where there are no relief depressions suitable for the construction of dammed ponds.

Известен способ накопления паводковых вод в степных регионах, включающий устройство на реках каскада прудов-запруд, задерживающих избыток воды, образующийся во время паводков или при выпадении значительного количества осадков. (Суслов О.Н. Монография //Степные реки Краснодарского края// С 89-91, Краснодар 2015 г. Электронный ресурс, режим доступа (instecology.ru>stepnie_reki.pdf.) Обращение 27.11.2023 г.There is a known method for accumulating flood waters in steppe regions, which includes constructing a cascade of dammed ponds on rivers that retain excess water formed during floods or when significant amounts of precipitation fall. (Suslov O.N. Monograph //Steppe rivers of the Krasnodar Territory// C 89-91, Krasnodar 2015. Electronic resource, access mode (instecology.ru>stepnie_reki.pdf.) Appeal 11/27/2023

Недостатками этого способа являются: необходимость наличия реки и рельефа местности, пригодного для строительства запруды (плотины) высотой более двух метров для поддержания уровня воды, препятствующего зарастанию пруда, а также пересыхание летом русла реки и превращение ее в цепочку прудов, что отрицательно влияет на экологию территории.The disadvantages of this method are: the need for a river and terrain suitable for the construction of a dam (dam) with a height of more than two meters to maintain the water level that prevents the pond from becoming overgrown, as well as drying out of the river bed in summer and turning it into a chain of ponds, which negatively affects the environment territories.

Известен способ накопления местного стока в водохранилищах, созданных путем перегораживания плотиной балок или оврагов, русло которых имеет глубину не менее 5 метров. Электронный ресурс, режим доступа (lektsii.org Устройство прудов или водохранилищ на местном стоке.) Обращение 27.11.2023 г.There is a known method for accumulating local runoff in reservoirs created by damming gullies or ravines, the bed of which is at least 5 meters deep. Electronic resource, access mode (lektsii.org Construction of ponds or reservoirs on local runoff.) Appeal November 27, 2023

Недостатком этого способа является обязательное наличие значительной площади водосбора, а также балки или другого понижения рельефа глубиной не менее 5 метров.The disadvantage of this method is the mandatory presence of a large catchment area, as well as a beam or other relief depression with a depth of at least 5 meters.

Известна водооборотная система, в которой отсутствует возможность устройства прудов-накопителей стока, поэтому избыточный сток закачивают насосом в специальные колодцы-накопители, из которых воду с помощью насосов в засушливый период подают на орошение. (Патент РФ №2655799, МПК Е02В 11/00 // «Водооборотная осушительно-оросительная система» //, бюлл №16, опубликовано 29.05.2018 г).A water circulation system is known in which there is no possibility of constructing runoff storage ponds; therefore, excess runoff is pumped into special storage wells, from which water is supplied for irrigation using pumps during the dry period. (RF Patent No. 2655799, IPC E02B 11/00 // “Water circulation drainage and irrigation system” // Bulletin No. 16, published 05/29/2018).

Недостатком этого способа является необходимость использования стационарного насоса для закачки воды в колодцы-накопители и отбора ее из колодцев-накопителей насосом, а также значительные затраты на строительство этих колодцев.The disadvantage of this method is the need to use a stationary pump to pump water into storage wells and take it out of the storage wells with a pump, as well as the significant costs of constructing these wells.

Известно устройство пруда-копани, который выполняют путем выемки грунта и отсыпки его в виде насыпи, формируя пруд в полувыемке-полунасыпи с последующим заполнением водой закачкой ее из водоисточника. Забор воды из пруда также осуществляется с помощью насоса (Теодоронский B.C., Сабо Е.Д., Фролова В.А.// Строительство и эксплуатация объектов ландшафтной архитектуры// изд. Академия 2008 г. С 133-142). Это техническое решение принято в качестве прототипа.It is known to construct a pond-dig, which is carried out by excavating soil and dumping it in the form of an embankment, forming a pond in a half-excavation-half-embankment, followed by filling it with water by pumping it from a water source. Water is also taken from the pond using a pump (Teodoronsky V.S., Sabo E.D., Frolova V.A. // Construction and operation of landscape architecture objects // Academy ed. 2008, pp. 133-142). This technical solution was adopted as a prototype.

Недостатком этого способа является большой объем земляных работ по откопке котлована пруда, а также вывозу излишков вынутого грунта. Кроме того, необходимо использовать стационарный насос для заполнения пруда из водоисточника и забора воды из пруда на орошение.The disadvantage of this method is the large amount of excavation work involved in digging out the pond pit, as well as removing excess excavated soil. In addition, it is necessary to use a stationary pump to fill the pond from a water source and draw water from the pond for irrigation.

Устранить указанные недостатки позволяет способ накопления запасов воды, включающий забор воды насосом из водоисточника и закачку ее в сооружение-накопитель, в котором согласно изобретению, в качестве водоисточника используют внутрихозяйственный канал, а сооружение-накопитель выполняют в виде безуклонной площадки, размещенной вблизи внутрихозяйственного канала и окруженной по периметру траншеей с земляным валом, сформированным вдоль наружного края траншеи из грунта, извлеченного при ее откопке, и соединенной с внутрихозяйственным каналом трубопроводом с задвижкой, при этом воду из внутрихозяйственного канала в сооружение-накопитель до начала оросительного сезона подают по трубопроводу при открытой задвижке самотеком, заполняя траншею, а после ее заполнения до уровня воды во внутрихозяйственном канале задвижку закрывают и подачу воды производят передвижной насосной станцией, заполняя сооружение-накопитель до уровня высоты вала, после чего подачу воды прекращают, а во время оросительного сезона восполняют нехватку воды во внутрихозяйственном канале самотечной подачей из сооружения-накопителя, открыв задвижку на трубопроводе.These disadvantages can be eliminated by a method for accumulating water reserves, which includes taking water with a pump from a water source and pumping it into a storage structure, in which, according to the invention, an on-farm canal is used as a water source, and the storage structure is made in the form of a slope-free platform located near the on-farm canal and surrounded along the perimeter by a trench with an earthen rampart formed along the outer edge of the trench from the soil extracted during its excavation, and connected to the on-farm canal by a pipeline with a valve, while water from the on-farm canal is supplied to the storage structure before the start of the irrigation season through a pipeline with the valve open by gravity, filling the trench, and after it is filled to the water level in the on-farm canal, the valve is closed and water is supplied by a mobile pumping station, filling the storage structure to the height of the shaft, after which the water supply is stopped, and during the irrigation season the lack of water in the on-farm canal is compensated channel by gravity feed from the storage structure by opening the valve on the pipeline.

Сооружение-накопитель для осуществления предлагаемого способа, состоящее из безуклонной площадки, расположенной вблизи внутрихозяйственного канала и окруженной по периметру траншеей трапециевидного сечения с земляным валом, сформированным вдоль наружного края траншеи из грунта, извлеченного при ее откопке, при чем траншея имеет глубину, равную глубине внутрихозяйственного канала и ширину, определяемую количеством грунта, необходимого для отсыпки земляного вала высотой не менее двух метров, при этом траншея соединена с внутрихозяйственным каналом трубопроводом с задвижкой, а на его берегу оборудована площадка для передвижной насосной станции.A storage structure for implementing the proposed method, consisting of a non-sloping area located near the on-farm canal and surrounded along the perimeter by a trench of a trapezoidal cross-section with an earthen rampart formed along the outer edge of the trench from soil extracted during its excavation, and the trench has a depth equal to the depth of the on-farm channel and width, determined by the amount of soil required to fill an earthen embankment with a height of at least two meters, while the trench is connected to the on-farm channel by a pipeline with a valve, and on its bank there is a platform for a mobile pumping station.

Новый технический результат от применения предложенного способа накопления воды и сооружения-накопителя для его осуществления состоит в том, что выполнение сооружения-накопителя в виде безуклонной площадки, огороженной траншеей и валом, позволяет накопить до начала оросительного сезона значительный объем воды для компенсации ее дефицита во время оросительного сезона. Конструкция сооружения-накопителя обеспечивает экономию эксплуатационных затрат, благодаря сочетанию самотечной подачи воды с ее закачкой передвижной насосной станцией при заполнении сооружения и самотечной подачей воды в внутрихозяйственный канал в оросительный сезон, при этом формирование вала из грунта, извлеченного при отрывке траншеи, позволяет ограничить объем земляных работ количеством грунта, необходимым для отсыпки вала заданной высоты.A new technical result from the use of the proposed method of water accumulation and a storage structure for its implementation is that the implementation of a storage structure in the form of a slope-free platform, fenced with a trench and a shaft, allows you to accumulate a significant volume of water before the start of the irrigation season to compensate for its deficit during irrigation season. The design of the storage structure ensures savings in operating costs due to the combination of gravity supply of water with its injection by a mobile pumping station when filling the structure and gravity supply of water into the on-farm canal during the irrigation season, while the formation of a shaft from the soil extracted when excavating a trench allows limiting the volume of earthen soil. work with the amount of soil necessary to fill a shaft of a given height.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлено сооружение-накопитель - вид в плане; на фиг. 2 - сооружение - накопитель, вид в разрезе.The essence of the invention is illustrated by the drawing, where in FIG. 1 shows the storage structure - plan view; in fig. 2 - storage facility, sectional view.

Сооружение-накопитель состоит из площадки 1, траншеи 2 и земляного вала 3, огораживающего ее по наружнему краю. Траншея соединена на глубине не менее 20 см от дна с внутрихозяйственным каналом 4 трубопроводом 5, снабженным задвижкой 6, размещенной в колодце 7. На берегу канала устроена площадка 8 для передвижной насосной станции 9, всасывающая труба 10 которой погружена в канал 4, а ее нагнетательная труба 11 выведена через вал 3 в сооружение-накопитель.The storage structure consists of platform 1, trench 2 and earthen rampart 3 enclosing it along the outer edge. The trench is connected at a depth of at least 20 cm from the bottom with the on-farm channel 4 by a pipeline 5 equipped with a valve 6 placed in the well 7. On the bank of the canal there is a platform 8 for a mobile pumping station 9, the suction pipe 10 of which is immersed in channel 4, and its discharge pipe pipe 11 is routed through shaft 3 into the storage structure.

Предложенный способ осуществляют следующим образом:The proposed method is carried out as follows:

До начала оросительного сезона воду из внутрихозяйственного канала 4 подают на заполнение сооружения-накопителя. Заполнение производят в несколько приемов. Вначале самотеком заполняют траншею 2. Для этого в колодце 7 открывают задвижку 6, и вода из канала 4 по трубопроводу 5 поступает в траншею 2. После заполнения ее до уровня воды в канале 4 задвижку 6 перекрывают, на площадке 8 устанавливают передвижную насосную станцию 9. Заборный трубопровод 10 этой станции помещают в канал 4, а напорный трубопровод 11 через вал 3 выводят в сооружение-накопитель и включают насосную станцию 9. При этом вода из канала 4 по трубопроводу 11 поступает в сооружение-накопитель, заполняя его объем до заданного уровня в пределах высоты вала 3. После заполнения сооружения-накопителя водой насосную станции 9 выключают и перемещают на другое место. В оросительный сезон при нехватке воды во внутрихозяйственном канале 4 производят его пополнение. Для этого открывают задвижку 6 на трубопроводе 5, и вода, благодаря превышению ее уровня в сооружении-накопителе над уровнем в канале 4, самотеком поступает в канал 4. Подачу воды в канал из сооружения-накопителя регулируют с помощью задвижки 6.Before the start of the irrigation season, water from on-farm canal 4 is supplied to fill the storage structure. Filling is carried out in several stages. First, trench 2 is filled by gravity. To do this, valve 6 is opened in well 7, and water from channel 4 through pipeline 5 enters trench 2. After filling it to the water level in channel 4, valve 6 is closed, and a mobile pumping station 9 is installed on site 8. The intake pipeline 10 of this station is placed in channel 4, and the pressure pipeline 11 is led through shaft 3 into the storage structure and the pumping station 9 is turned on. In this case, water from channel 4 through pipeline 11 enters the storage structure, filling its volume to a given level in within the height of the shaft 3. After filling the storage structure with water, the pumping station 9 is turned off and moved to another location. During the irrigation season, if there is a shortage of water in the on-farm channel 4, it is replenished. To do this, valve 6 is opened on pipeline 5, and water, due to its level in the storage structure exceeding the level in channel 4, flows by gravity into channel 4. The supply of water into the channel from the storage structure is regulated using valve 6.

Рассмотрим пример осуществления предложенного способа с использованием сооружения-накопителя в условиях степных районов республики Калмыкия.Let us consider an example of the implementation of the proposed method using a storage structure in the steppe regions of the Republic of Kalmykia.

Орошаемый массив находится в степи, на левом берегу внутрихозяйственного канала 4. Участок на правом берегу канала не орошается. Почвы среднесуглинистые, рельеф спокойный, без выраженного уклона. Канал 4 глубиной 1,5 м на данном участке выполнен в выемке. Сооружение-накопитель построено на неорошаемом правом берегу на расстоянии 30 метров от канала 4 на площади два гектара размером 100×200 м. Траншею 2 трапецеидального сечения отрывали на глубину 1,5 м. Трапецеидальное сечение позволяет формировать у траншеи устойчивые к обрушению откосы и предотвратить ее заплывание при заполнении водой. Земляной вал 3 высотой 2,5 м и шириной 2 м по верху формировали из грунта, извлекаемого экскаватором из траншеи 2, с послойным уплотнением катком. Крутизну откосов вала выполняли в соответствии со СНиП для средних суглинков - 45°. Сооружение-накопитель соединяли с каналом 4 полимерным трубопроводом 5 диаметром 150 мм так, чтобы его концы располагались на глубине не менее 20 см от дна. Это расстояние предотвращает поступление ила в канал 4 из сооружения-накопителя с потоком воды. На расстоянии 10 м от канала 4 на трассе укладки трубопровода 5 устраивали колодец 7 из сборного железобетона. В этом колодце монтировали задвижку 6. Рядом с каналом 4 устраивали площадку 8 для размещения передвижной насосной станции 9. В качестве насосной станции использовали агрегат для полива по полосам ПТ 250, состоящий из шасси, на котором установлены дизельный двигатель и пропеллерный насос. Расход насоса составлял до 300 л/с (1000 м / час). Агрегат ПТ250 укомплектован быстроразборным трубопроводом для транспортировки воды от канала 4 к сооружению-накопителю.The irrigated area is located in the steppe, on the left bank of on-farm canal 4. The area on the right bank of the canal is not irrigated. The soils are medium loamy, the relief is calm, without a pronounced slope. Channel 4, 1.5 m deep, in this area is made in a excavation. The storage structure was built on the unirrigated right bank at a distance of 30 meters from channel 4 on an area of two hectares measuring 100×200 m. Trench 2 of a trapezoidal cross-section was torn to a depth of 1.5 m. The trapezoidal cross-section makes it possible to form collapse-resistant slopes near the trench and prevent it swimming when filled with water. Earthen shaft 3, 2.5 m high and 2 m wide at the top, was formed from soil extracted by an excavator from trench 2, compacted layer-by-layer with a roller. The steepness of the slopes of the shaft was carried out in accordance with SNiP for medium loams - 45°. The storage structure was connected to channel 4 by a polymer pipeline 5 with a diameter of 150 mm so that its ends were located at a depth of at least 20 cm from the bottom. This distance prevents sludge from entering channel 4 from the storage structure with the flow of water. At a distance of 10 m from channel 4 on the pipeline laying route 5, a well 7 made of precast reinforced concrete was installed. A valve 6 was installed in this well. A platform 8 was installed next to channel 4 to accommodate a mobile pumping station 9. A unit for strip irrigation PT 250, consisting of a chassis on which a diesel engine and a propeller pump were installed, was used as a pumping station. The pump flow rate was up to 300 l/s (1000 m/h). The PT250 unit is equipped with a quick-dismountable pipeline for transporting water from channel 4 to the storage structure.

Перед началом оросительного сезона воду из внутрихозяйственного канала 4 подавали для заполнение сооружения-накопителя. В начале заполняли самотеком траншею 2. Для этого в колодце 7 открывали задвижку 6, и вода из канала 4 по трубопроводу 5 поступила в траншею 2. После заполнения ее до уровня воды в канале 4 задвижку 6 перекрывали, на площадке 8 устанавливали передвижную насосную станцию 9. Заборный трубопровод 10 этой станции опускали в канал 4, а трубопровод 11 прокладывали через вал 3 до сооружения-накопителя. Затем включали насосную станцию 9. При этом вода из канала 4 по трубопроводу 11 поступала в сооружение-накопитель, заполняя его до отметки 2,3 м вала 3. Двадцать сантиметров верхней отметки высоты вала 3 оставляли для компенсации возможных отклонений его высоты от проектной и предотвращения его размыва. Объем воды в сооружении-накопителе сложился из объема грунта, извлеченного из траншеи 2 при формировании вала 3-3750 м и объема воды, закаченной на площадку 1 (100×200 м), огороженную валом 3, насосной станцией 9, что составило более 40000 м воды. Продолжительность заполнения сооружения-накопителя при двухсменной работе насосной станции 9 составила 5 дней. После заполнения водой сооружения-накопителя насосную станции 9 выключали, трубопроводы 10 и 11 разбирали и насосную станцию увозили на другое место. В оросительный сезон при проведении поливов и недостатке воды в канале 4 производили пополнение его водой из сооружения-накопителя. Для этого открывали в колодце 7 задвижку 6 на трубопроводе 5, и вода, благодаря превышению ее уровня в сооружении-накопителе над уровнем в канале 4, поступала самотеком в канал 4. Подачу воды регулировали с помощью задвижки 6. После полного опорожнения сооружения-накопителя от воды производили очистку дна траншеи 2 от отложений ила, подготовив сооружение-накопитель для заполнения к следующему оросительному сезону.Before the start of the irrigation season, water from on-farm canal 4 was supplied to fill the storage structure. First, trench 2 was filled by gravity. To do this, valve 6 was opened in well 7, and water from channel 4 through pipeline 5 entered trench 2. After filling it to the water level in channel 4, valve 6 was closed, and a mobile pumping station 9 was installed on site 8 The intake pipeline 10 of this station was lowered into channel 4, and pipeline 11 was laid through shaft 3 to the storage structure. Then pumping station 9 was turned on. At the same time, water from channel 4 through pipeline 11 entered the storage structure, filling it to the 2.3 m mark of shaft 3. Twenty centimeters of the upper height mark of shaft 3 was left to compensate for possible deviations of its height from the design and to prevent its erosion. The volume of water in the storage structure was made up of the volume of soil extracted from trench 2 during the formation of shaft 3-3750 m and the volume of water pumped to site 1 (100×200 m), fenced by shaft 3, pumping station 9, which amounted to more than 40,000 m water. The duration of filling the storage structure during two-shift operation of pumping station 9 was 5 days. After filling the storage structure with water, pumping station 9 was turned off, pipelines 10 and 11 were dismantled and the pumping station was taken to another location. During the irrigation season, when irrigation was carried out and there was a lack of water in channel 4, it was replenished with water from the storage structure. To do this, valve 6 on pipeline 5 was opened in well 7, and water, due to its level in the storage structure exceeding the level in channel 4, flowed by gravity into channel 4. The water supply was regulated using valve 6. After the storage structure was completely emptied from water cleaned the bottom of trench 2 from silt deposits, preparing the storage structure for filling for the next irrigation season.

Таким образом, применение предложенного способа накопления воды позволяет весной при избытке стока заполнять сооружение-накопитель водой и использовать эту воду летом для устранения ее дефицита во внутрихозяйственном канале, а конструкция сооружения-накопителя обеспечивает экономию эксплуатационных затрат за счет сочетания при заполнении сооружения-накопителя самотечной подачи воды с закачкой и самотечной подачей воды из нее в канал, а также за счет ограничения объема земляных работ при строительстве сооружения-накопителя выемкой грунта в количестве, необходимом для формирования вала.Thus, the use of the proposed method of water accumulation allows in the spring, when there is excess runoff, to fill the storage structure with water and use this water in the summer to eliminate its deficit in the on-farm canal, and the design of the storage structure provides savings in operating costs due to the combination of gravity feed when filling the storage structure water with injection and gravity supply of water from it into the canal, as well as by limiting the volume of excavation work during the construction of a storage structure by excavating soil in the amount necessary to form a shaft.

Claims

1. A method for accumulating water reserves, including taking water with a pump from a water source and pumping it into a storage structure, characterized in that an on-farm canal is used as a water source, and the storage structure is made in the form of a slope-free area located near the on-farm canal and surrounded by the perimeter a trench with an earthen rampart formed along the outer edge of the trench from soil extracted during its excavation, and connected to the on-farm canal by a pipeline with a valve, while water from the on-farm canal is supplied to the storage structure before the start of the irrigation season through a pipeline with the valve open by gravity, filling trench, and after it is filled to the water level in the on-farm canal, the valve is closed and water is supplied by a mobile pumping station, filling the storage structure to the height of the shaft, after which the water supply is stopped, and during the irrigation season the lack of water in the on-farm canal is compensated by gravity supply from the storage facility by opening the valve on the pipeline.

2. A storage structure for implementing the method according to claim 1, consisting of a non-sloping platform located near an on-farm canal and surrounded around the perimeter by a trench of a trapezoidal cross-section with an earthen rampart formed along the outer edge of the trench from soil extracted during its excavation, and the trench has a depth , equal to the depth of the on-farm canal, and the width determined by the amount of soil required to fill an earthen rampart with a height of at least two meters, while the trench is connected to the on-farm canal by a pipeline with a valve, and on its bank there is a platform for a mobile pumping station.