книги из ГПНТБ / Механизация и автоматизация оросительных систем и технология орошения сельскохозяйственных культур сборник научных статей гидромелиоративного факультета

Заметим, что в облаете автоматизации рисовых ороси­ тельных систем в Союзе наибольшие успехи достигнуты в Краснодарском крае (работы Кубаньгипроводхоза, СоюзНИИРиса, Куб. СХИ, Кирг. СХИ и др.).

2. СИСТЕМЫ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА. В условиях Даль­ него Востока, где имеет место обилие осадков, при автомати­ зации низового звена рисовых оросительных систем необхо­ димо решать задачу автоматического отвода излишних вод. Автоматизация водораепределения здесь решается в основном аналогично с системами Краснодарского края, но в данных условиях необходимо предусматривать устройства для авто­ матического отвода избыточных вод в сброс. Эти устройства выполняются в комплексе со сбросными сооружениями и средствами их автоматизации. В решении этих задач уже имеется определенный опыт, в частности в разработках про­ ектного института Дальгипрорис.

3. СИСТЕМЫ НА ПОДОВЫХ ЗЕМЛЯХ. На подовых землях, где затруднена прокладка открытых каналов, затруд­ нен открытый дренаж, преимущественное распространение должны получить закрытые оросительные системы. При этом представляет интерес совмещение в одном тракте водовода и сброса. Это может достигаться устройством трубы в трубе или прокладкой двух трубопроводов параллельно. Принципы ав­ томатизации этих систем аналогичны изложенным выше си­ стемам. Здесь лишь необходимы средства автоматизации водоподачи и водоотвода для трубопроводов. На сегодня на Украине уже накоплен определенный опыт автоматизации этих систем.

4. СИСТЕМЫ АРИДНОЙ ЗОНЫ. Отличительной особен­ ностью автоматизации этих систем с учетом особенностей этой зоны, изложенных выше, является автоматическое регу­ лирование солевого и температурного режимов чека наряду с регулированием уровня воды в нем. Это достигается уста­ новкой на чеках авторегуляторов, регулирующих как уровень воды, так и солевой и температурный режимы воды в чеке. Эти авторегуляторы в обычных условиях регулируют уровень

воды, а при достижении критического порога солей или тем- ■ пературы воды в чеке, автоматически открывают сбросное отверстие и вода из чека сбрасывается, а в чек поступает свежая вода.

Другой отличительной особенностью систем аридной зоны является повышенная фильтрация. Поэтому здесь заслужи­ вает внимания устройство облицованных каналов, лотков,

10

С X Е М Ы

автоматизации бодораспределения 6 низобон збене рисобых оросительных си -

степ Взоне Высотах температур о повышенной засоленности земель

Рис. 4

трубопроводов. В низовом звене оросительных систем в пер­ спективе на наш взгляд все большее распространение будут получать трубы. Принципиальная схема автоматизации водораспрсделения низового звена систем аридной зоны показана па рис. 4. На сегодня в Казахстане, Узбекистане и в Киргизии накоплен определенный опыт в области автоматизации этих систем (работы Союзгипрорис, КазШШВХ, ВНИИКЛМС, Кирг. СХИ и др.).

Нами для автоматизации рисовых оросительных систем предложен новый способ автоматизации (изложенный выше), разработан комплекс технических средств автоматизации: автомат цилиндрический канальный, патентуемый в ряде стран (разработан совместно с В. М. Масловым из Краснода­ ра), совместно с В. М. Масловым разработаны авторегулято­ ры постоянного перепада уровней воды между оросителем и

чеке с одновременным регулированием солевого и темпера­ турного режимов воды в чеке. Нами предложен авторегуля­ тор перепада уровней воды в картовом оросителе и др., по они здесь не рассматриваются, как не относящиеся к предме­ ту темы.

При автоматизации рисовых оросительных систем важное значение приобретают полив сопутствующих культур. Нами с В. М. Масловым предложены способы и средства механи­

ВЫ В О Д Ы

Вработе обобщены характеристики рисовых ороситель­ ных систем страны, вскрыты их особенности. С учетом осо-. бенностей выделены четыре характерных зоны: Краснодар­ ского края, Дальнего Востока, подовых земель (на Украине), аридной зоны (Средняя Азия и Казахстан).

Сформулированы основные принципы, предложены спо­ собы и даны схемы комплексной автоматизации водораспределения в низовом звене рисовых оросительных систем. Опре­

12

делен объем и требуемые средства автоматизации, т. е. рассмотрены узловые вопросы технологии автоматизации водорасиределения в низовом звене рисовых оросительных систем.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

ЗАЩИТЫ СКВАЖИН ВЕРТИКАЛЬНОГО ДРЕНАЖА ОТ МЕХАНИЧЕСКОЙ СУФФОЗИИ

Доктор технических наук, профессор Я. В. БОЧКАРЕВ Главный специалист института «Союзгипрорис» Ж. К. ИМАНКУЛОВ

Вертикальный дренаж является эффективным средством регулирования водно-солевого режима почво-грунтов и есте­ ственно получит широкое распространение в практике ме­

лиорации.

В стране накоплен положительный опыт эксплуатации систем скважин вертикального дренажа, внедренных за пос­ ледние годы на многих крупных массивах орошения. Так, например, на Арысь-Туркестанской оросительной системе и старой зоне орошения Голодной степи на территории Казах­ ской ССР основным видом дренажа является вертикальный. Ныне промышленность страны выпускает ежегодно 70— 75 тыс. единиц погружных агрегатов водоподъема и в комп­ лекте с напорными трубопроводами, пускорегулирующей и защитной аппаратурой поставляет во многие отрасли народ­ ного хозяйства. Из них 45—50 тыс. единиц ежегодно постав­ ляется для нужд сельскохозяйственного производства.

В настоящее время вертикальный дренаж имеет высокую степень механизации. Технология производства работ по строительству скважин достаточно совершенна. Однако, не­ смотря на это, эксплуатационные показатели скважин верти­ кального дренажа не отвечают возросшим требованиям к ним. Например, по данным института САНИИРИ средневзвешен­ ное число часов работы скважин до первого отказа по старой зоне орошения Голодной степи на территории Казахской ССР составляет 2875. При этом отказы в работе скважин в основ­ ном связаны с механической суффозией и сопутствующими ей явлениями.

Условия возникновения механической суффозии достаточ­ но хорошо изучены и по современным представлениям основ­

13

ной формой борьбы с суффозией является правильный подбор параметров фильтра скважины [1]. Последнее положение научно обосновано и является существенным вкладом теории фильтрации в практику строительства вертикального дренажа.

Однако, как подтверждает накопленный опыт эксплуата­ ции вертикального дренажа, обеспечение оптимальных пара­ метров фильтра является лишь необходимым, но далеко не достаточным условием предотвращения механической суффо­ зии в скважинах. Параметры фильтра подвержены значитель­ ным изменениям во времени и в ходе эксплуатации скважины нуждаются в дополнительных мерах защиты с целью сохра­ нения значений параметров в допустимых пределах и измене­ ния их по требованию. Недоучет этого обстоятельства приво­ дит к развитию суффозии в скважинах со всеми вытекающими отсюда последствиями. С другой стороны, как показал опыт эксплуатации, работа скважины постоянно без суффозии приводит к зарастанию или кольматации. Тем самым необхо-. димость борьбы с механической суффозией и возможным зарастанием или кольматацией в ходе эксплуатации скважин становится очевидна.

Все же в практике проектирования вертикального дрена­ жа, как правило, продолжают игнорировать эти требования, ограничиваясь реализацией рекомендаций по подбору пара­ метров фильтра, а вся борьба по предотвращению пескования в ходе эксплуатации скважин сведена к периодическому устранению последствий суффозии (замена электросилового оборудования, подвоз и подсыпка гравия при образовании провальной воронки, возникшей в фильтрующей зоне скважи­ ны и т. д.). Более того, проектом эксплуатации скважин вер­ тикального дренажа такие виды работ заранее предусматри­ ваются и тем самым заранее планируются размеры увеличе­ ния эксплуатационных затрат по причине механической суффозии. Такой подход к решению проблемы носит явно пассивный характер, т. е. без принятия каких-либо активных мер и применения технических средств для предотвращения пескования скважин. Все это приводит к огромному перерас­ ходу средств.

Необоснованная категоричность устоявшихся представле­ ний послужила, на наш взгляд, основным препятствием соз­ данию технических средств, разработке надлежащих мер и созданию рекомендаций по предотвращению механической суффозии. Поэтому не случайно, что известные на сегодня технические решения не совершенны и не находят практиче­

14

ского применения, а рекомендации по ограничению пестова­ ния в ходе эксплуатации скважин разноречивы. Такое состоя­ ние дел, оборачивающееся резким снижением технико-эконо­ мических показателей вертикального дренажа несомненно будет тормозить в известной степени его дальнейшее распро­ странение. В этой связи перед научной и технической мыслью прежде всего стоит задача разработки научно обоснованных рекомендаций по предотвращению механической суффозии и усовершенствования техники борьбы с нею. В комплекс раз­ решаемых задач первостепенное значение приобретают во­ просы технологии автоматизации и определение технических условий и требований к техническим средствам автоматиза­ ции, решение которых создаст необходимые предпосылки для разработки средств автоматической зашиты скважин верти­ кального дренажа от механической суффозии, что и является предметом рассмотрения данной работы.

В основу автоматизации защиты скважин вертикального дренажа от механической суффозии положен принцип предот­ вращения разрушаемое™ сводообразований над отверстиями фильтра.

Как известно, при подборе параметров фильтра руковод­ ствуются критерием суффозионности, определяемым, как пра­ вило, соотношением между диаметрами частиц, составляющих отсыпку и водоносный пласт 2. Существующие рекомендации но определению оптимальных соотношений основаны как на положении о соизмеримости защищаемых от выноса частиц со средним диаметром поровых каналов отсыпки, так и дан­ ных, полученных с учетом сводообразования. Длительный опыт применения гравийных обсыпок полностью подтвердил преимущества рекомендаций, основанных на данных, полу­ ченных с учетом сводообразования.

Однако своды над отверстиями фильтра, образованные при установившемся режиме откачки, неизбежно разрушают­ ся под воздействием противотока воды в момент остановки наноса и выше критического напорного градиента, возникаю­ щего в момент повторного пуска скважин.

Время, необходимое для восстановления сводов над фильт­ рами, фильтровыми отверстиями обычно измеряется десятками минут, в течение которых происходит интенсивный вынос частиц фильтрующейся среды. Естественно, если не предпри­ нимать специальные меры по предотвращению разрушаемое™ сводообразования, то это приводит к тому, что скважина переходит к разряду «пёскующих» [3]. Следовательно

15

задача сохранения параметров фильтра в течение срока службы скважины, зависящего от ее целевого назначения, сводится к защите от разрушения сводов, образовавшихся над отверстиями фильтра. Такая задача может быть выпол­ нена наилучшим образом при оснощении скважины средства­ ми автоматики, обеспечивающими эффективное снижение на­ порного градиента при пуске и исключение противотока воды в момент остановки агрегата водоподъема. Основная идея создания/средств автоматики должна заключаться в воздей­ ствии на динамику грунтового потока путем регулирования расхода в напорном трубопроводе по определенной програм­ ме. По рассматриваемой технологии схема работы устройств автоматики должна сводиться к следующему. Перед пуском скважины водонапорный тракт автоматически перекрывается, после чего включается насос и регулируется расход во време­ ни, т. о. чтобы градиент напора в период пучка оставался ниже критического.

К моменту установления расчетного расхода водонапор­ ный тракт полностью открывается и остается таким на все время работы скважины.

Перед остановкой скважины устройство автоматики снова включается в работу и снижает расход во времения со ско­ ростью, исключающей образование разрыва сплошности пото­ ка во избежание гидравлического удара в водонапорном тру­ бопроводе. К моменту перекрытия водонапорного тракта автоматически выключается насос. С целью исключения про­ тивотока воды, заключенной в водонапорной колонне, пере­ крытие ее производят в непосредственной близости над агре­ гатом водоподъема. Замедленное открывание автоматического устройства обеспечивает обратный пропуск воды в дозах, не представляющих угрозы разрушения сводов. После длитель­ ной эксплуатации, когда поверхность фильтрации закольматируется или зарастет, скважину переводят на короткий период в обычный режим эксплуатации с целью очистки по­ верхности фильтрации и вновь включаются средства автома­ тики по защите скважин от механической суффозии. Следо­ вательно необходимо иметь технические средства автомати­ ческого регулирования величиной расхода воды во времени, которые должны соответствовать определенным техническим условиям и требованиям автоматизации защиты.

Обобщая изложенное, можно сформулировать технические условия и требования к средствам автоматики.

Технические средства автоматизации защиты должны:

16

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. К а ц Д. М. Гидрогеология. Издательство «Колос», М., 1969 г.

2.Г а в р и л к о В. М. Фильтры водозаборных, водопонизительных и гид­ рогеологических скважин. Стройиздат, 1968 г.

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ОБСЛЕДОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СООРУЖЕНИЙ В КИРГИЗИИ

К. т. II, доцент СОБОЛЕВI Г. В.

Проектирование автоматизированных сооружении связано ч рядом трудностей, главной из которых является выбор кон­ струкций затворов-автоматов. За последние годы, многие сооружения на оросительных системах республик орошаемого земледелия нашей страны, в том числе и Киргизии, стали ос­ нащаться гидравлическими затворами-автоматами с различ­ ными конструктивно-строительными, эксплуатационными и технико-экономическими показателями.

На сооружениях оросительных систем Киргизии внедрено значительное количество вододействующих за'творов-автома- тов (прямого и непрямого действия) конструкций: Я. В. Боч­ карева, Э. Э. Маковского, Я- В. Бочкарева и П. Ф. Чиркова, В. В. Шарова, А. И. Александрова, Мамышева, фирмы Нейрпик и др.

Опыт обобщения анализа работы гидроавтоматов для различных режимных условий не проводился. В целях обоб­ щения и систематизирования материала по этому вопросу экспедицией института «Оргводстрой»1 в период 1971— 1972 гг. были произведены обследования автоматизированных водозаборных узлов, головных регуляторов, водовыпусков, перегораживающих и сбросных сооружений построенных на реках и каналах 26 управлений оросительных систем рес­ публики.

13

Произведенные нами обобщения проектных данных, мате­ риалов, отчетов лабораторных и натурных обследований по­ казало, что существующие автоматизированные сооружения, построенные на реках и каналах, нуждаются в дальнейшей доработке конструкций затворов-автоматов, направленной на совершенствование применяемых методов борьбы с нано­ сами, плавающими предметами.

Причины неудовлетворительной работы отдельных авто­ матизированных сооружений и слабого внедрения затворовавтоматов в водохозяйственное строительство республики за­ ключаются в следующем:

1. При составлении проектов автоматизированных соору­ жений отсутствуют комплексные проработки по борьбе с на­ носами, плавающими предметами и обоснование эксплуата­ ционных мероприятий.

2.Отдельные проекты составляются не специализирован­ ными проектными организациями.

3.Отсутствие специализированного завода по изготовле­ нию затворов-автоматов.

4.Отсутствие пуско-наладочных бригад при главном уп­ равлении эксплуатации оросительных систем или Облводхозах ММиВХ Кирг. СОР.

5.Слабые кадры технических работников в УОС.

6.Отсутствие типовой технической документации по вы­ бору затворов-автоматов.

7.Отсутствие авторского и технического контроля.

8.Не имеется достаточно обоснованной методики эконо­ мической оценки внедренных автоматических устройств.

9.Применяемые методы поощрения не стимулируют в до­ статочной степени заинтересованность ученых и инженернотехнических работников УОС в широком внедрении автома­ тизированных сооружений на системах.

10.Не имеется типовой инструкции по эксплуатации ав­ томатизированных сооружений. Отдельно внедренные водо­ действующие затворы-автоматы на сооружениях оросительных систем республики существенной экономии воды и сокраще­

ния эксплуатационного штата в УОС не дают. Но при этом на сооружениях достигается определенный эффект, который сво­ дится к следующему:

—повышается надежность и устойчивость работы в раз­ личных режимных условиях;

—обеспечивается стабилизация подаваемых расходов во­ ды в каналы;