Введение. Рассматривая оросительные системы с применением дренажа, которые в настоящее время эксплуатируются на мелиорируемых землях в РФ видим, что многие из них находятся в неудовлетворительном состоянии. Данное положение говорит о необходимости либо их капитального ремонта или реконструкции из-за того, что в процессе эксплуатации выявлены ошибочные технические решения, что говорит о необходимости применения новых технических решений [1–3]. Также согласно стратегии развития мелиорации планируется масштабное увеличение орошаемых площадей, что повлечет строительство новых более совершенных систем, а также проведение культуртехнических работ [4]. При этом при проектировании оросительно-дренажных систем необходимо учитывать один из основных моментов – это выбор типа дренажа в зависимости от различных условий, но наиболее рациональным, по мнению Е.Н. Иванова, является закрытый горизонтальный дренаж [5]. Одним из вопросов при проектировании дренажа является междренное расстояние. По исследованиям И.Г. Карайева наиболее удовлетворительным расстоянием является 200 м [6, 7]. При эксплуатации закрытого горизонтального дренажа часто сталкиваются с процессами его заиливания, для устранения данного явления на землях с малыми уклонами приходится сильно заглублять элементы дренажной системы, что также приводит к негативных последствиям [8, 9]. Для устранения данных явлений предлагаются различные сифонно-вакуумные дренажные системы. Основными элементами данных систем являются дренажная сеть, сооружения для сброса воды, а также для орошения применяют способ дождевания с применением различной дождевальной техники с возможностью использования слабоминерализованной грунтовой воды для орошения [10, 11]. Проведенный анализ дренажных сетей на орошаемых землях показал, что в современных реалиях необходимо при их модернизации учитывать возможность очистки дрен и коллекторов от различных загрязнений, автоматизации процессов очистки и орошения, а для применения на больших мелиорируемых участках применение модульности с возможностью увеличения площадей при необходимости [12, 13]. В связи с этим целью исследований определена разработка новых технических решений оросительно-дренажных систем для регулирования водного режима почв с возможностью промывки и очистки от химических засорений. Материалы и методы. Объектом исследований являлись дренажные системы на орошаемых землях. Для обоснования и разработки предлагаемых конструктивных решений проводился поиск и анализ ранее применяемых конструкций дренажных сетей на практике, а также не принятые к практике, но предлагаемые различными учеными, такими как: М.Ф. Гурбанов, Ф.С. Салахов, В.П. Коваленко, П.В. Шведовский, В.Ф. Галковский, М.И. Голубенко, И.П. Кружилин, А.Г. Болотин, В.И. Генералов, В.Н. Щедрин, А.Л. Кожанов и др. В процессе анализа и разработки технических решений предложенных оросительно-дренажных систем применялись аналитический и логический методы, а также метод конструирования [12]. Результаты и обсуждение. Анализируя орошаемые зоны РФ, видим, что для поддержания нормального уровня грунтовых вод (УГВ) для возможности выращивания сельскохозяйственных культур, а также понижения УГВ при необходимости необходимо применять дренажные системы различных конструкций. Ранее построенные дренажные системы на орошаемых землях уже находятся зачастую в неисправном техническом состоянии из-за заиления, химического засорения и для приведения в нормативное состояние требуется больших объемов очистка, что зачастую является трудоемкой задачей. Также на большинстве систем требуется проведение реконструкции, а на вновь вводимых орошаемых землях строительство. Так, при проведении реконструкции или строительства необходимо предусматривать проектирование таких дренажных систем, которые могли бы в автоматическом режиме проводить промывки и очистку от химических отложений. А в сложившихся условиях хозяйствования, когда в хозяйствах происходит увеличение площади орошаемых участков, необходимо также предусматривать такие конструктивные решения, которые позволяли бы увеличивать площади оросительно-дренажных систем по принципу модульности. Разработаны новые конструктивные решения оросительно-дренажных систем для регулирования водного режима почв с радиальными расположениями лучевых дрен и закольцованными внешними дренами для возможности промывки и очистки, что может повысить эффективность работы дрен со временем, из-за отсутствия их механического или химического засорения. При этом в новых конструктивных решениях должны быть устранены и следующие недостатки существующих дренажных систем: невозможность подачи воды из других источников при недостатке ее в герметичных колодцах для промывки или подачи на орошение; близкое заложение дрен к поверхности земли, что ограничивает применение данной системы на площадях с высоким расположением минерализованных грунтовых вод и может приводить к вторичному засолению орошаемого массива; отсутствие возможности отвода дренажных вод самотеком, зависимости от поставки энергоресурсов для работы насосных станций, что может приводить переполнению центральных колодцев с подтоплением дрен-сифонов, что впоследствии может приводить к их заилению и дальнейшей потере работоспособности всей системы. Техническим результатом в радиальной оросительно-дренажной системе с лучевыми и внешними дренами (рис. 1) является повышение эффективности и долговечности работы оросительно-дренажной системы за счет предотвращения заиливания дрен и упрощения их обслуживания.
Рис. 1. Радиальная оросительно-дренажная система: 1 – оросительный канал; 2 – насосная станция; 3 – напорный трубопровод; 4 – дождевальная машина; 5 – гидрант-водовыпуск; 6 – центральный колодец; 7 – запорные устройства; 8 – сбросной трубопровод; 9 – водоприемник; 10–17 – крайние колодцы; 18–25 – внешние дрены; 26–33 – лучевые дрены; направления воды при промывке обозначены сплошными стрелками
Указанный технический результат достигается за счет устройства радиальной оросительно-дренажной системы, состоящей из оросительного канала, насосной станции, напорного трубопровода, снабженного гидрантом-водовыпуском, центрального колодца, лучевых и внешних дрен, соединенных посредством крайних колодцев, запорных устройств, сбросного трубопровода и водоприемника. Конструкция радиальной оросительно-дренажной системы отличается тем, что основание центрального колодца расположено выше всех оснований крайних колодцев, от которого исходят истоки дрен, попадание воды вкоторые при промывке регулируются запорными устройствами, при этом наивысший крайний колодец снабжен двумя запорными устройствами для направления воды при промывке по часовой стрелке либо против, при этом лучевые дрены входят в крайние колодцы выше относительно расположения внешних дрен, причем центральная опора дождевальной машины кругового действия и центральный колодец оросительно-дренажной системы совмещены, и вода для промывки оросительно-дренажной системы подается по трубопроводу обслуживающего дождевальную машину через гидрант-водовыпуск. Радиальная оросительно-дренажная система при режиме промывки работает следующим образом. Промывочная вода забирается из оросительного канала насосной станцией и подается по напорному трубопроводу через гидрант-водовыпуск в центральный колодец. При этом в центральном колодце открывается запорное устройство, расположенное на истоке лучевой дрены 27, по которой пропускается промывочная вода, впоследствии попадающая через крайний колодец 11 во внешнюю дрену 19, далее через внешние дрены 20, 21 и колодцы 12, 13, 14 и сбросной трубопровод попадает в водоприемник. Далее перекрывается запорное устройство на лучевой дрене 27 и открывается запорное устройство на лучевой дрене 28 и производится ее промывка аналогично предыдущему случаю. В заключение промывок лучевых дрен переходим к промывке лучевой дрены 26, при этом открывается одно из запорных устройств, расположенных в наивысшем крайнем колодце 10, направляя промывочную воду по часовой либо против часовой стрелки, тем самым дополнительно промывая внешние дрены 18, 19, 20, 21 или 25, 24, 23, 22 и сбрасывая промывочную воду в водоприемник через крайний колодец 14 и сбросной трубопровод. При этом отметка основания центрального колодца располагается выше отметок оснований всех крайних колодцев. Наивысшую отметку основания имеет колодец 10 среди крайних колодцев, а крайний колодец 14 наинизшую, внешние колодцы 11, 12, 13 и 15, 16, 17 имеют промежуточные значения отметок оснований колодцев, позволяющие иметь равномерный уклон внешних дрен: от верхнего к нижнему крайнему колодцу. Предложенная радиальная оросительно-дренажная система может применяться на орошаемых землях различных по площади предпочтительно под дождевальными машинами кругового действия. Задумкой предложенного конструктивного решения модульной оросительно-дренажной системы с лучевыми и внешними дренами, имеющей струйный насос (рис. 2) является повышение эффективности и долговечности работы модульной оросительно-дренажной системы за счет предотвращения заиливания, химического засорения дрен, упрощения их обслуживания и возможности увеличения мелиорируемой площади за счет увеличения количества модулей, что является техническим результатом. Указанный технический результат достигается за счет устройства модульной оросительно-дренажной системы, состоящей из оросительного канала, насосной станции, напорного трубопровода, сбросного коллектора, водоприемника и единичных модулей, включающих дождевальную машину кругового действия, гидранта-водовыпуска с быстросъемным соединением, гибкого трубопровода с быстросъемными соединениями, лучевых дрен с быстросъемным соединением, внешних дрен, крайних колодцев с запорной арматурой на внешних и лучевых дренах, центрального колодца и струйного насоса с быстросъемными соединениями. Конструкция модульной оросительно-дренажной системы отличается тем, что каждый модуль выполнен в виде равностороннего шестиугольника (пчелиный сот), описывающего рабочую площадь дождевальной машины кругового действия, при добавлении модуля к действующему(им) модулю(ям), по линии их соприкосновения используются, как общие, внешние дрены с запорными устройствами и крайние колодцы действующего(их) модуля(ей). При очистке дрен от заиливания, подвод промывочной воды от гидранта-водовыпуска к истоку лучевой дрены осуществляется посредством гибкого трубопровода и быстросъемных соединений, при этом установленные в крайних колодцах запорные устройства на внешних дренах и устьях лучевых дрен служат для регулирования направления потока промывочной воды при удалении заиливания от центрального колодца до сбросного коллектора. При очистке дрен от химического засорения используется струйный насос, присоединяемый входным патрубком к гибкому трубопроводу и напорным патрубком к лучевой дрене посредством быстросъемных соединений, через всасывающий патрубок которого посредством армированного гибкого шланга забирается из транспортируемого резервуара требуемый химический состав для приготовления раствора, при этом установленные в крайних колодцах запорные устройства на внешних дренах и устьях лучевых дрен служат для проведения посекторного заполнения раствором и выдерживания необходимого времени контакта с химическим засорением. Модуль оросительно-дренажной системы включает элементы: дождевальную машину кругового действия, центральный колодец, лучевые дрены, внешние дрены, крайние колодцы, запорные устройства на лучевых дренах, запорные устройства на внешних дренах. Центральный колодец (рис. 3) включает элементы: напорный трубопровод, дождевальную машину кругового действия, гидрант-водовыпуск с быстросъемным соединением, гибкий трубопровод с быстросъемными соединениями, истоки лучевых дрен с быстросъемными соединениями, струйный насос с быстросъемными соединениями, оснащенный всасывающим патрубком с армированным гибким шлангом, напорным патрубком с быстросъемным соединением и входным патрубком с быстросъемным соединением. Модульная оросительно-дренажная система при режиме орошения работает следующим образом. Вода забирается из оросительного канала насосной станцией и подается по напорному трубопроводу в дождевальные машины кругового действия для подачи воды на орошаемые поля. При режиме дренажа работает следующим образом. Дренажная вода из толщи грунта поступает в лучевые дрены и во внешние дрены, далее через сбросной коллектор отводится в водоприемник.
Рис. 2. Модульная оросительно-дренажная система: 1 – оросительный канал; 2 – насосная станция; 3 – напорный трубопровод; 4 –модули; 5 – сбросной коллектор; 6 – водоприемник; 7 – дождевальная машина кругового действия; 8 – центральный колодец; 9 – лучевые дрены; 10 – внешние дрены; 11 – крайние колодцы; 12 – запорные устройства на лучевых дренах; 13 – запорные устройства на внешних дренах; 14 – гидрант-водовыпуск с быстросъемным соединением; 15 – гибкий трубопровод с быстросъемными соединениями; 16 – истоки лучевых дрен с быстросъемными соединениями; 17 – струйный насос с быстросъемными соединениями; 18 – всасывающий патрубок с армированным гибким шлангом; 19 – напорный патрубок с быстросъемным соединением; 20 – входной патрубок с быстросъемным соединением; направление воды при отводе и промывке обозначены сплошными стрелками
Модульная оросительно-дренажная система при режиме промывки работает следующим образом. Промывочная вода забирается из оросительного канала насосной станцией подается по напорному трубопроводу при отключенной дождевальной машине, через гидрант-водовыпуск по гибкому трубопроводу, который подсоединяется к истоку лучевых дрен 16, которые (14, 15, 16) соединяются между собой посредством быстросъемных соединений и находятся в центральном колодце, вода, поступившая в лучевую дрену, производит ее промывку от заиливания, затем промывку внешних дрен лежащих по ходу движения промывочной воды, который (ход) регулируется запорными устройствами на лучевых дренах и на внешних дренах находящихся в крайних колодцах, далее через сбросной коллектор промывочная вода поступает в водоприемник. Модульная оросительно-дренажная система при режиме борьбы с химическим засорением дренажных труб работает следующим образом. Вода забирается из оросительного канала насосной станцией подается по напорному трубопроводу, при отключенной дождевальной машине, через гидрант-водовыпуск по гибкому трубопроводу, подводится к входному патрубку струйного насоса, через всасывающий патрубок струйного насоса посредством армированного гибкого шланга забирается из транспортируемого резервуара требуемый химический состав для приготовления раствора путем смешивания жидкостей в струйном насосе, через напорный патрубок струйного насоса раствор передается в исток лучевой дрены, элементы 14, 15, 16, 17 соединяются между собой посредством быстросъемных соединений и находятся в центральном колодце, при этом установленные в крайних колодцах запорные устройства на внешних дренах и устьях лучевых дрен служат для проведения посекторного заполнения раствором и выдерживания необходимого времени контакта с химическим засорением, по завершению контакта раствора с химическим засорением посредством запорных устройств на внешних дренах и устьях лучевых дрен, а также внешних дрен отработанный раствор направляется в сбросной коллектор и далее в водоприемник. Предложенная модульная оросительно-дренажная система может применяться на любых мелиорируемых площадях за счет увеличения или уменьшения количества модулей предпочтительно под дождевальными машинами кругового действия. Предложенные радиальные оросительно-дренажные системы позволяют проводить очистку дрен от различных загрязнений, а модульный принцип в модульной оросительно-дренажной системе дополнительно дает возможность применения данной системы на площадях разнообразных по площади за счет включения различного количества модулей по линии их соприкосновения.
Рис. 3. Центральный колодец модульной оросительно-дренажной системы: 3 – напорный трубопровод; 7 – дождевальная машина кругового действия; 14 – гидрант-водовыпуск с быстросъемным соединением; 15 – гибкий трубопровод с быстросъемными соединениями; 16 – истоки лучевых дрен с быстросъемными соединениями; 17 – струйный насос с быстросъемными соединениями; 18 – всасывающий патрубок с армированным гибким шлангом; 19 – напорный патрубок с быстросъемным соединением; 20 – входной патрубок с быстросъемным соединением
Разработанные радиальная оросительно-дренажная и модульная оросительно-дренажная системы, включающие лучевые и внешние дрены, соединенные запорными устройствами в колодцах для возможности автоматизированной промывки от заиления, а также струйного насоса с необходимыми патрубками запорными устройствами и гибкого шланга, через который забирается из транспортируемого резервуара требуемый химический состав для приготовления раствора путем смешивания жидкостей в струйном насосе для дальнейшей очистки от химических отложений в модульной системе, позволяющей применяться на различных площадях при добавлении модуля к действующему(им) модулю(ям) по линии их соприкосновения, когда используются, как общие внешние дрены с запорными устройствами и крайние колодцы действующего(их) модуля(ей). При этом предложенные оросительно-дренажные системы позволяют подавать оросительную воду к дождевальным машинам кругового действия для автоматизированного полива сельскохозяйственных культур.
