Система автоматического управления уровнем грунтовых вод (САУ УГВ)

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УРОВНЕМ ГРУНТОВЫХ ВОД (САУ УГВ)(71) Заявитель Учреждение образования Белорусская государственная сельскохозяйственная академия(72) Автор Кумачев Владимир Иванович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусская государственная сельскохозяйственная академия(57) Система автоматического управления уровнем грунтовых вод, включающая регулирующий канал в виде перфорированного трубопровода, работающего в затопленном состоянии, отличающаяся тем, что вдоль перфорированного трубопровода непосредственно над ним устроена вертикальная диафрагма из капиллярного материала. Полезная модель относится к гидромелиорации и может быть использована для двустороннего регулирования уровней грунтовых вод. Известна система автоматического управления уровнем грунтовых вод (САУ УГВ) 1, состоящая из объекта управления (мелиорируемого участка) и автоматического регулятора. Объект управления представляет собой участок земли, навешенный на закрытый регулирующий канал, выполненный в виде перфорированного трубопровода, соединенного одним концом с подающим каналом, имеющим стабилизированную высокую отметку поверхности воды, а вторым - со сбросным каналом, имеющим стабилизированную низкую отметку поверхности воды. Автоматический регулятор состоит из двух каскадов регулирования основного и дополнительного. 49232008.12.30 В известную САУ входит регулирующий канал в виде перфорированного трубопровода, уложенного в почво-грунте. При обычных способах устройства перфорированного трубопровода выше него до поверхности земли располагается зона разрыхленного грунта. Эта зона в процессе работы САУ УГВ заполняется или опорожняется от гравитационной грунтовой воды в зависимости от наличия возмущающих воздействий осадков или испарения. В результате необходимый действующий напор для подачи воды из регулирующего канала в зону грунтовых вод или для отвода воды в регулирующий канал из зоны грунтовых вод создается с запаздыванием, определяемым временем наполнения (опорожнения) разрыхленной зоны грунта над перфорированным трубопроводом. Наличие запаздывания снижает оперативность управления уровнем грунтовых вод, что в свою очередь приводит к снижению точности поддержания УГВ. Кроме того, наполнение и опорожнение указанной разрыхленной зоны (в процессе переключения САУ с подачи на сброс и наоборот) приводит к непроизводительным затратам воды - холостым подачам и холостым сбросам. Задачей заявляемой полезной модели является увеличение быстродействия САУ УГВ и исключение бесполезных затрат воды. Указанная задача решается тем, что вдоль регулирующего канала САУ, работающего в затопленном состоянии, непосредственно над ним устроена вертикальная диафрагма из капиллярного материала. Устройство такой диафрагмы обеспечивает постоянное ее заполнение свободной водой, которая в процессе управляющих воздействий САУ превращается или в капиллярноподпертую воду (при сбросе), или в гравитационную (при подаче) без заполнения или опорожнения пор, а значит без запаздывания и холостых подач или сбросов. При этом обеспечение одинаковых размеров пор (что, например, для песка создается за счет его однородности) и высоты капиллярного поднятия до уровня подошвы пахотного горизонта позволяет заполнить постоянно свободной водой всю зону над регулирующим каналом в пределах всего диапазона возможных управляющих изменений уровня воды над регулирующим каналом (перфорированной трубой), что позволяет достичь максимального значения указанного эффекта. На фиг. 1 представлен разрез объекта управления с основными звеньями автоматической системы. На фиг. 2 - поперечный разрез звена САУ - регулирующего канала. САУ УГВ состоит из объекта управления, представляющего участок земли 1, с регулирующим каналом в виде закрытого перфорированного трубопровода 2, работающего в затопленном состоянии, соединенного с подающим 3 и сбросным 4 каналами со стабилизированной высокой и, соответственно, низкой отметками поверхности воды в последних,и автоматического 2-х каскадного регулятора 5, получающего информацию об УГВ через кабель 6 от датчика 7, а информацию об уровне в регулирующем канале от датчика 8. При этом регулятор управляет через привод 9 и регулирующий орган 10 поступлением воды из подающего канала в регулирующий, а через привод 11 и регулирующий орган 12 - отводом воды в сбросной канал из регулирующего, засыпка которого в отличие от прототипа представляет собой диафрагму 13 из однородного песка с высотой капиллярного поднятия до подошвы пахотного горизонта 14. САУ работает следующим образом. При УГВ, равном заданному, САУ находится в равновесии, а регулирующие органы 10 и 12 перекрывают регулирующий канал 2 с обоих концов. При этом поры диафрагмы 13 по всему ее объему заполнены водой, т.к. она обладает способностью капиллярного подъема до подошвы пахотного горизонта 14. При возникновении на объекте управления 1 возмущения, например выпадении дождя, УГВ начинает повышаться. Возникшее изменение УГВ измеряется датчиком 7 и через кабель 6 передается регулятору 5, который через привод 11 открывает регулирующий орган 12, открывая путь воде из регулирующего канала 2 в сбросной канал 4. Грунтовая вода начнет отводиться из зоны грунтовых вод объекта 1 практически мгновенно, т.к. для создания 2 49232008.12.30 необходимого фильтрационного напора, равного разности УГВ и уровня в регулирующем канале 2, измеренного датчиком 8, не понадобится время на опорожнение пор засыпки 13 над перфорированной трубой 2. Это обусловлено тем, что гравитационная вода, находящаяся в порах диафрагмы, вместо стекания в трубу 2 (как это обычно бывает) превращается в капиллярную, зависая на вогнутых менисках, увеличивающих свою кривизну около нижней границы 14 пахотного горизонта. При этом не понадобится и холостой (бесполезный) сброс объема воды, находящегося в порах засыпки 13, что экономит воду. При других исходных состояниях САУ проявление ее быстродействия и экономии воды аналогично, т.к. засыпка 13 постоянно заполнена водой. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3