Водні мелірації

Перетворення ландшафтів за допомогою регулювання їх водного режиму здійснюється шляхом осушення, обводнення зрошення та створення водосховищ. Практика водних меліорації сільськогосподарського призначення нараховує кілька тисячоліть. Основним джерелом прісної води на Землі є атмосферні опади, які розподілені нерівномірно. Їх кількість зростає при русі з півночі на південь і зменшується із заходу на схід. Нерівномірність розподілу опадів проявляється і на регіональному рівні.

Правильний вибір напрямку та способів проведення водних меліорації залежить від комплексу природних умов - клімату, механічного складу грунтів і грунтів, рельєфу і т. д. Найбільш важлива зволоженість полів. У зміст цього поняття вкладається розгляд як загальних гідротермічних умов регіону (співвідношення тепла і вологи, структури водного балансу, внутрішньорічні структури атмосферного зволоження і теплозабезпечення), так і типів водного живлення. При оцінці природної зволоженості території і потреби в меліорації задовільно зарекомендував себе метод гідротермічних коефіцієнтів.

На додаток до зазначених у другому розділі і широко використовуваним коефіцієнтами Г. Т. Селянинова, Д. І. Шашко, П. І. Колоскова та М. І. Будико, наведемо коефіцієнт зволоження І. І. Іванова (1) і коефіцієнт випаровування А . М. Алпатьєва (2):

1. Радіаційний індекс сухості r = R/Lx

2. Коефіцієнт зволоження Іванова k = x(опади)/E(випаровуваність)

3. Коефіцієнт Селянинова ГТК = х/0.1*суму Т>10 0C

4. Коефіцієнт Шашко k = x/сума d (дефіцит вологості повітря)

5. Коефіцієнт Алнатьева k = E (випар)/E0(випаровуваність)

У 2) і 5) використовуються річні величини. Це скрізь недостатньо, отже, гідність 3).

У 2) до >=0/75 - потрібний дренаж

до = 0.56-0.74 - потрібне осушення і зрошування

до < 0.56 - потрібне зрошування.

У 4) можна брати за кожен період.

в яких X - річні атмосферні опади, - максимально можливе випаровування (випаровуваність), t-середня місячна температура повітря, f-середня місячна відносна вологість повітря, Кі - коефіцієнт випаровування, фізично рівний відношенню витрат тепла на сумарну випаровування к. величиною річного радіаційного балансу . Зв'язок коефіцієнта випаровування з типами і підтипами ландшафтів і з спрямованістю водних меліорації Гідротермічні умови типів і підтипів ландшафтів і потреба в водних меліорацій Тип (підтип) ландшафту EfE0 Підтип водних меліорації Тундровий 0,85 - -0,90 дренаж Северотаежіий 0,80 - -0,85 той же середньотайгові 0,76 - -0,85 »Южнотаежний 0,72 - -0,80 дренаж (вибірково) широколистяних і кош-дренаж (вибірково), вибірково здійсню-рішуче-зволожувальних системи шанних лісів 0,67 - -0,75

Лісостепової 0,55 - -0,70 вибірково зволожувальних системи Степовий 0,30 - -0,55 той же напівпустельний 0,10 - -0,40 зрошення і обводнення Пустельний менше 0,15 той же Проте кожен з гідротермічних коефіцієнтів має індивідуальні властивості . Так, коефіцієнт зволоження М. М. Іванова більш доцільно застосовувати при меліоративному районуванні, територій з недостатнім зволоженням, так як він прямо показує, якою мірою опади відшкодовують можливе випаровування з відкритої водної поверхні в даних кліматичних умовах. Індекс сухості М. І. Будико як показник зволоження вказує на частку опадів, яка може бути поглинена сумарним випаровуванням, і решту частку основної прибуткової частини водного балансу, яка повинна бути або скинута в осушувальна мережа, або зарегульована. Тому радіаційний індекс сухості більш підходить для меліоративного районування в зоні достатнього і надмірного зволоження. Гідротермічний коефіцієнт Г. Т. Селянинова дозволять характеризувати водозабезпеченість території за вегетаційний період або окремі його інтервали. Велике меліоративне значення має коефіцієнт інфільтрації або поглинання опадів грунтом. Його отримують шляхом ділення кількості вологи, поглиненої грунтом, на кількість опадів. Інформація, що міститься в грунті вода ділиться на продуктивну і непродуктивну. Кількість води в грунті, при якому рослини підтримують свою життєдіяльність і синтезують органічну речовину, вважається продуктивним. Нижня межа цього змісту-вологість стійкого завяданія рослин. Вміст води в грунті, при якому вода не використовується рослинами для створення органічної речовини, називається непродуктивним. Продуктивний запас води в грунті дорівнює її загальним запасам за вирахуванням При максимальній капілярної вологоємності. і потреби у волозі сільськогосподарських культур мають строгу географічну закономірність розповсюдження.

При водогосподарських розрахунках, для визначення норм зрошення і поливу використовуються дефіцит і коефіцієнт дефіциту зволоження. Дефіцит зволоження E11 = E0-X, а коефіцієнт дефіциту зволоження - / Сд є ставлення E11 до E0, тобто дефіциту зволоження, до випаровуваності. Зауважимо, що величина Ек може використовуватися тільки в орієнтовних розрахунках (прикидка), так як не відображає реальної величини водоспоживання сільськогосподарських культур, характеризує гідротермічні умови приземного шару повітря

Геофізичні методи визначення норм зрошення розроблялися М. І. Будико, Г. П. Дубинським, В. С. Мезенцевим і А. Р. Константіновим. Г.П. Дубинський (1967) запропонував енергетичний коефіцієнт тепловологообміну - відношення витрат тепла на випаровування до величини турбулентного теплообміну з атмосферою. Знайдені конкретні значення КТБ для різних зрошуваних культур. Транспірація вологи рослинами пов'язана не тільки з біологічними властивостями останніх, але і з широтою місцевості. Коефіцієнт транспірації одного і того ж рослини на півночі країни в 1,5-2 рази менше, ніж на півдні.

Так як багато показників, що застосовуються при характеристиці водного та термічного режимів і водозабезпеченості, мають певну закономірність розподілу, неодноразово робилися спроби районування території та окремих великих регіонів СРСР за потребами в-водних меліора-ціях. Користуючись величиною відношення кількості опадів за рік до суми температур повітря вище 10 °, С. Л. Міркін (1960) виділив 7 зон природної зволоженості: 1) надмірно вологу, 2) періодично надмірно вологу, 3) нормально вологу, 4) періодично посушливу, 5) посушливу, 6) різко посушливу, 7) суху. В. С. Мезенцев для поділу території в меліоративних цілях розробив метод гідролого-кліматичних розрахунків (ГКР), згідно з яким розраховуються два види дефіциту природної вологозабезпеченості території: 1) дефіцит зволожений і 2) дефіцит сумарного випаровування AE рівний AE = E-Е \ де KX - загальне зволоження; Wx і W2-запаси вологи в розрахунковому шарі грунту на початок і кінець розрахункового проміжку часу; E0 - максимально можливе випаровування; Е? - Оптимальне випаровування, E - сумарна випаровування; \ \ - необхідний рівень оптимальності зволоження; г - параметр, що залежить від вологості розриву капілярних зв'язків. Окремий природний фактор або їх поєднання не можуть повною мірою відобразити водозабезпеченість території і її потреби у водних меліорацію. Так, при близьких середніх значеннях річних опадів у тундровій і степовій зонах в першій формуються умови надмірного зволоження, а в другій-недостатнього. І навіть узагальнені показники відносини опадів до випаровування (або випаровуваності) не завжди правильно відображають ступінь зволоженості території. Наприклад, коефіцієнт зволоження, за М. М. Іванову (1956), рівний 1, може бути отриманий при рівнях опадів і випаровування в 500 і 1000 мм. Тому типізацію і районування території за потребами у проведенні водних меліорації необхідно здійснювати на основі врахування всіх або більшості основних природних компонентів і факторів. Під елементарним циклом зволоження слід розуміти один період зволоження і наступний за ним сухий період. Слід враховувати тривалість середнього максимального за вегетаційний період терміну без випадання опадів, протягом якого вологість грунту може опуститися нижче вологості завяданія рослин. Нами була проаналізована структура випадіння атмосферних опадів на ETC і підрахована тривалість періодів з опадами і без них. У літній період значна частина атмосферних опадів йде на змочування верхнього горизонту грунту і лише невелика їх частка формує підземний стік. Його інтенсивність мала і не перевищує 0,2 мм / добу в лісостеповій та степовій зонах і 0,6 мм / добу в лісовій. Тому з деякою часткою умовності можна вважати, що літні опади в основному йдуть на сумарну випаровування. Його верхньою межею виступає випаровуваність. Відношення опадів за елементарний цикл зволоження X до випаровуваності за цей же період E0 дозволяє судити про тенденції у зміні вологозапасів.

Для обгрунтування проведення водних меліорації на регіональному і особливо на локальному рівнях (рівні окремих господарств) необхідний аналіз типів водного живлення, оскільки саме тип водного живлення диктує вибір способу водної меліорації, особливо осушувальної.

У найбільш завершеною формі типи водного живлення природно-територіальних комплексів сформульовані А. Д. Брудастовим (1955); виділено п'ять основних типів: атмосферний, грунтовий, грунтово-напірний, схиловий (делювіальних) і намивний (алювіальних) відкладів. У межах одного масиву осушення може бути кілька типів водного живлення, які утворюють змішані типи.

ТЕХНІКА І СПОСОБИ ПРОВЕДЕННЯ осушувальних меліорацій

Основним завданням осушувальних меліорації є видалення надлишкової вологи з боліт і заболочених земель. Якщо заболочування земель викликається поверхневими водами, то осушення цих земель зводиться до видалення надлишку вологи з поверхні.

При живленні боліт і заболочених земель грунтовими водами методи осушувальних заходів спрямовані на регулювання відтоку грунтових вод і підтримка оптимальної вологості грунтів. У тому випадку, коли заболочування відбувається за рахунок декількох джерел, осушення проводиться змішаним шляхом: відкрита осушувальна мережа може з'єднуватися із закритим дренажем і т. д. На окремих територіях необхідно поєднувати осушення з зволоженням грунтів в посушливі періоди року. Причини заболочування, джерела живлення боліт і заболочених земель, а також мету меліорації визначають способи і методи її проведення. Під способом осушення розуміється характер застосування технічних засобів, за допомогою яких вирішуються завдання меліорації. До способів осушення відносяться: горизонтальний (закритий, відкритий, систематичний, вибірковий розріджений), вертикальний (головний, і вибірковий) і комбінований дренаж, система агромеліоративних заходів та ін

Метод осушення - це цільова спрямованість меліоративних заходів, що визначає шляхи відведення надлишкових вод. Виділяються наступні методи осушення: пониження рівнів грунтових вод, захист території від припливу вод ззовні, прискорення стоку, регулювання тривалості затоплення, а також посилення фільтрації води в нижчих горизонтів грунтів. Взаємне розташування елементів осушувальної підсистеми на плані і у вертикальній площині відображається у схемі осушення. Визначальними її факторами є: тип водного живлення, причини заболочування, характер використання земель та ін. Поряд зі схемою осушення складається схема комплексного використання та охорони водних і земельних ресурсів. Це проектно-прогнозний документ, від якого залежать характер, черговість і ефективність меліоративного та водогосподарського будівництва. Виділяються регіональні, басейнові, обласні та районні схеми.

Елементи осушувальних систем. Всі осушувальні системи, за допомогою яких здійснюється меліорація, прийнято класифікувати: 1) за ступенем каналізації (мережа каналів розвинена і розріджена); 2) за способом відведення води (самопливні і з механічним підйомом води); 3) за типами осушувальних каналів (відкриті й закриті). Виділяються також системи двосторонньої дії (осушувальної-зрошувальні, осушувачі-зволожувальних з попереджувальним шлюзування)). За належністю системи діляться на внутрішньогосподарські і міжгосподарські.

У осушувальної системи розрізняють наступні основні частини: захисну, регулюючу та провідну мережі, водоприймач та споруди на осушувальної мережі, водообеспе-безпечує і зрошувальну мережі.

Огороджувальних мережа служить для огородження меліорованих ділянки від надходження вод ззовні. Вона складається з захисних валів, горішніх і ловчих каналів. Вали створюються зазвичай при меліорації заплав і в дельтах річок для захисту від паводка. Нагірні канали призначені для перехоплення поверхневих вод. Вони будуються на верхній (за положенням у рельєфі) ділянці з мінімальним ухилом (0,0002-0,0003). Залежно від характеру водозборів і кількості поверхневих вод нагірні канали можуть бути переривчасті, підключені до найближчих колекторів, і суцільні, підключені до магістрального каналу або водоприймача. Для затримки стоку грунтових вод служать ловчі канали (дрени). Зазвичай вони глибші горішніх і розташовуються по гідрологічній межі осушуваної площі. Ловчі канали можуть бути як відкритими, так і у вигляді закритого дренажу. Для перехоплення глибинних грунтових вод по дну ловчого каналу будуються трубчасті колодязі. Глибина ловчих каналів дуже велика, іноді може перевищувати 3-4 м. Їх мінімальний ухил - 0,0002-0,003. Залежно від грунтових і гідрологічних умов регулююча мережа може бути збиральною або дренажною. Збиральна мережа складається з збирачів на важких грунтах, дренажна - з осушувачів на легких грунтах, де стік формується по порах підорних шарів грунтів. Призначення регулюючої мережі - створювати водний і повітряний режими грунтів безпосередньо на осушуваної площі шляхом збору та відведення надлишкових поверхневих або грунтових вод. Склад елементів регулюючої частини осушувальної системи залежить від методу осушення. Регулююча осушувальна мережа може бути відкритою, тимчасовою і закритою.

Відкрита мережа складається з ряду осушувачів у вигляді каналів улоговин або борозен. Осушувачі зобов'язані відводити надлишкові води, не даючи можливості їм застоюватися. Тому конструкція осушувачів повинна забезпечувати безперешкодне надходження поверхневих вод у найближчий осушувач. Ця умова задовольняється шляхом розрахунку параметрів каналів, а також відстані між ними, розташування їх відносно рельєфу. У поперечному перерізі осушувальні канали найчастіше бувають у формі трапеції, тільки в легких сипучих грунтах і при будівництві великих магістральних каналів їм додають параболічну або комбіновану форми.

Канал, що має форму трапеції, складається з дна, відкосів, бровок, берми і кавальєри (рис. 13). Він характеризується наступними параметрами: а - ширина по верху; Ъ - ширина по дну; H - глибина каналу; h - глибина води; з - закладення укосів; а-кут, утворений укосом і продовженням дна каналу. Ці параметри тісно пов'язані один з одним і залежать від грунту і призначення каналу. Від крутизни укосу залежить не тільки пропускна здатність каналу, але й обсяг земляних робіт і стійкість укосів. Ступінь крутості укосу прийнято виражати через відношення закладення укосу до глибини каналу, яке називається коефіцієнтом закладення укосу. Цей коефіцієнт тим більше, чим більше глибина і пропускна здатність каналу. Для грунтів неоднаковий стійкості прийняті різні значення коефіцієнтів закладання укосу. Ширина каналу по дну визначається згідно з розрахунками і не повинна бути менше 0,25 м. Ширина верхньої частини залежить від ширини дна, глибини каналу і коефіцієнта закладання укосів. При влаштуванні кавальєри уздовж бровки каналу закладається берма шириною 0,5-1,5 м, а сам кавальєр перетинається водостічними воронками для стоку води в канал. Частота розташування і глибина осушувачів залежать від кількості та швидкості руху що надходить до них води. Мінімальна глибина осушувачів дорівнює нормі осушення для переважної культури плюс глибина побутового стоку і осідання грунту після осушення. Практично вона коливається від 0,7 до 1,3 м. . Нормою осушення умовно вважається глибина рівня грунтових вод по середині між двома осушувачами, при якій створюються оптимальні умови для певної сільськогосподарської культури в даний період її розвитку. Ця величина мінлива і залежить від грунтових умов, виду та фази розвитку вирощування сільськогосподарських культур. На практиці при розрахунку осушувальних систем використовуються середні значення норми осушення, отримані експерементальним і розрахунковим шляхами.

На засолених грунтах і при наявності мінералізованих грунтових вод у водному режимі замість норми осушення дають показник критичної глибини залягання грунтових вод. Це глибина грунтових вод, при якій не відбувається засолення грунту, так як капілярний підйом води в грунт, що несе солі з боку грунтових вод, мінімальний. Осушувальна мережа проектується і будується таким чином, щоб вона могла забезпечувати будь-яку необхідну норму осушення, а також створювати умови для своєчасного початку весняних польових робіт. Відстані між каналами залежать від інтенсивності опадів і ухилу місцевості. Вони повинні бути вибрані так, щоб тривалість затоплення поверхні грунту не перевищувала відомої межі для сільськогосподарських культур. На луках і сіножатях допускається велика тривалість затоплення, ніж на землях, зайнятих польовими культурами.

Крім розрахункових, існують дані, отримані експерементальним шляхом і рекомендовані в якості норм для проектування осушувальних систем.

Довжина каналів повинна забезпечувати належний ухил, потрібну швидкість течії води, сталість глибин і перетинів і створювати оптимальні умови для роботи сільськогосподарських машин. Вона залежить від рельєфу місцевості і кількості поверхневого стоку. При складному рельєфі проектуються канали довжиною 600-800 м, при рівнинному з достатнім ухилом поверхні - 1300 м.

Велике значення має величина ухилу каналу, від якої залежать термін його служби і кількість меліоративних робіт. Ухил визначається відношенням перевищення до довжини каналу і робиться в основному в межах 0,0006-0,003.

Регулювати стік поверхневих вод можна за допомогою тимчасових осушувачів і спеціальних агромеліоративних заходів. Тимчасові осушувачі прокладаються щорічно, у вигляді широких дрібних каналів з пологими схилами або спеціальних осушувальних борозен. Вони не перешкоджають проходженню сільськогосподарських машин і можуть засівати, що обумовлює повне і раціональне використання земель. Крім того, при цьому поліпшуються умови руху води і відбувається швидке скидання надлишкової вологи з грунтового шару.

Ложбинно подібні канави прокладаються грейдером або спеціальними канавокопачами. Глибина канав не перевищує 0,3-0,4 м, ухил дна 0,008-0,001. Тимчасові осушувачі більш ефективно застосовувати на суглинних і глинистих грунтах, водопроникність яких низька. Відстань між осушувачами-50-100 м. Вони розташовуються, як правило, за горизонталями денної поверхні. Регулювати надлишковий поверхневий стік можна також за допомогою закритих збирачів, або траншейним дренажем. Закриті збирачі - це траншея, на дно якої покладена дрена яка легко проводить воду матеріал. Траншея заповнюється пористої засипкою (гравій, шлак). Глибина закладки дрен закритих збирачів - 0,7-1 м, відстань між ними-20: -80 м. Цей спосіб особливо ефективний на важких грунтах мінеральних зі слабкою водопроникністю.

Безстічний дренаж служить для регулювання надлишкових вод які поступають з опадами в орному і підорному горизонтах. Він заснований на розпушуванні водотривкого підорного (іллювіального) горизонту, щоб підвищити його водопроникність. Безстічний дренаж являє собою смуги шириною 90 - 120 см, розпушений на глибину до 100-130 см. Відстань між смугами - 6-12 м. прокладається дренаж поперек напрямку руху поверхневої води. Потрапляючи в розпушеному смугу, вода усмоктується в грунт і акумулюється у вигляді підвішеного водоносного горизонту. У наступний період вона поступово піднімається по капілярах з підвішеного горизонту до орному, тим самим поліпшуючи водно-повітряний режим грунту.

Вузькозагінна оранка застосовується для прискорення поверхневого стоку на знижених вирівняних ділянках. Вона полягає у оранці грунту з утворенням загонів шириною 12-20 м. Між загонами утворюються роз'ємні борозни, в яких накопичується поверхнева вода. Для відведення води з рознімних борозен поперек поля прокладаються тимчасові водовідвідні борозни, що впадають у відкриті тимчасові або постійні осушувачі. Відстань між водовідвідним борознами - 100-140 м. Вузбкозагінну оранку частіше використовують для осушення важких мінеральних грунтів під посіви озимих та ярих зернових культур. Однак вузькозагінна оранка і особливо профілювання місцевості часто сприяють розвитку ерозії знижують продуктивність сільськогосподарських машин і тому застосовуються лише у виняткових випадках.

Поверхневий стік можна також прискорити шляхом систематичного або вибіркового бороздування, яке в основному проводиться на посівах озимих культур. При систематичному бороздувані після посіву озимих культур прокладаються борозни глибиною 20-25 см на відстані 4-12 м; вони виводять у відкриті канали. Під борознами втрачається значна площа посівів, тому бороздування застосовується тільки в місцях сильних вимочек на глинистих грунтах.

Вибіркове бороздування полягає в прокладці борозен від мікропоніженій до відкритих осушувача. Воно застосовується повсюдно, коли поверхня осушуваної ділянки нерівна і необхідно осушити окремі заболочені зниження. Планування поверхні грунту спрямована на ліквідацію мікропоніжень. Особливо велике значення вона має на ділянках, складених лесом і лесовидними породами. Закрита регулююча мережа складається з дренажних труб, закладених у водоносний горизонт на певну глибину. Вода в дрену надходить через стики або спеціальні щілини, а потім відводиться з осушуваної ділянки. У зв'язку з цим навколо дрени: створюється менший гідродинамічний тиск, що змушує воду пересуватися до дрен. Кожна дрена має свою зону впливу на рівень грунтових вод, яка визначається глибиною закладення дрени, її провідної здатністю і потужністю водоносного шару. Якщо прокласти дві і більше дрени, то рівень грунтових вод між ними буде встановлений по кривій, що носить назву депресійної. Між елементами депресійної кривої існує тісний зв'язок, який характеризується рівнянням А. Д. Брудастова.

ффффффффффффффффффффффффф

де D - відстань між дрен, м; k - коефіцієнт фільтрації, м / с; q - витрата води з квадратного метра поверхні в 1 с, см3; / г - стріла прогину, м; а-висота води в дрен, м.

Глибина закладки дрен залежить від водопроникності грунту. Зазвичай дрени закладають у найбільш водопроникних горизонтах. Якщо дренаж покладений на водоупорi, мережа називається досконалою за ступенем розкриття пласта, якщо вище водоупора - недосконалою. Дрени закладають переважно на глибині 0,7-1,5 м. У важких глинистих грунтах краще працюють дрени, покладені на невеликій глибині, в легких грунтах - на максимальній.

Швидкість води в дрнах допускається рівний 0,3-1,5 м / с. При швидкості менше 0,3 м/с з'являється небезпека замулення трубок, при швидкості більше 1,5 м/с можливий розрив дренажу на стиках і розмив грунту. Оптимальна швидкість - 0,6-0,8 м / с.

Найбільш вигідні умови для дотримання швидкості води і ухилу дрен створюються при довжині не більше 200 м. При розрахунку діаметру дрен виходять з того, що за дренажних трубах рухається не тільки вода, але і повітря. Завдяки останньому досягаються регулювання водного режиму грунтів і їх аерація. Тому навіть весною при. максимальному внутрішньому стоці дрени не можна постійно заповнювати водою на повний перетин. Залежно від укладання щодо потоку грунтових вод дрени рподіляються на поздовжні і поперечні. Поздовжні дрени закладають перпендикулярно до горизонталях по ходу грунтової води. При такому розташуванні крива депресії має симетричну форму. Поздовжнє розташування дрен частіше застосовують при малих ухилах грунтових вод. Розташування дрен, перпендикулярно до потоку грунтових вод та паралельне горизонталям місцевості, називається поперечним і застосовується при високих ухилах грунтових потоків.

Регулюючі дрени передають воду в колектори, до яких вони приєднуються під кутом 50-90 ° з одного або двох сторін. Залежно від цього і колектори підрозділяють на односторонні і двосторонні. До двостороннім колекторам дрени підключаються в шаховому порядку. Регулюючі дрени, об'єднані колектором, складають дренажну систему. Часто регулююча мережа робиться у вигляді закритого дренажу, а проводить служать відкриті канали. Така система називається змішаною.

За способом влаштування розрізняють траншейний і безтраншейний дренажі. Перший закладається у попередньо підготовлену траншею і закривається засипками. Як засипок використовують орний горизонт, торф, піщано-гравій-ву суміш і ін Особливо велике значення фільтраційні властивості засипок мають на важких грунтах. Безтраншейний дренаж закладається без попередньої підготовки траншеї. Дрени залежно від матеріалу, з якого вони виготовлені, поділяються на гончарні та пластмасові.

Гончарний дренаж улаштовується з. гончарних трубок діаметром 50 і 75 мм. Трубки повинні бути міцними, водо-та кислототривкі. Величина зазорів між ними - 2 мм, через них вода і посупає в дрену. На стику труб кладуть фільтруючий матеріал, найчастіше скловату.

До достоїнств гончарного дренажу слід віднести міцність, довговічність і порівняльну економічність. У нашій країні і за кордоном успішно впроваджується пластмасовий дренаж. Для виготовлення дрен застосовують поліетилен, полівінілхлорид, вініпласт та інші матеріали. Завдяки властивостям пластмас вирішені такі завдання, як збільшення довжини дренажних труб до повної довжини дрен (150 - 200 м і більше), зменшення їх ваги (у 30 разів в порівнянні-з гончарними), зниження вартості будівництва, велика можливість у механізації робіт у створенні в дре водоприймальних отворів різних розмірів і типів.

Дренажні пластмасові труби виготовляють різних конструкцій. Зокрема, діаметр суцільнотягнутих труб з поліетилену дорівнює 50, а товщина стінок-1 ,5-2 мм, водоприймальних поздовжньо-паралельні щілини розміром 0,5X3 або 1X25 мм розташовуються на них у 2-16 рядів.

Важливою операцією є захист дренажних труб від замулювання. Виділяються технічна (механічне) і хіміко-біологічне замулювання. Перше більш інтенсивно йде на дрібнодисперсних породах і добре розкладених торфах. Для запобігання такому замуленню застосовують захисно-фільтруючі матеріали. Вони діляться на органічні (мох, торф тощо), неорганічні (шлаки, піщано-гравійна суміш тощо) і штучні (склополотно, мінеральна і скляна вата та ін.) Хіміко-біологічне замулення - це засмічення дрен продуктами оксидів заліза, або заохрюваня. Воно залежить від вмісту в грунтовій воді залізистих сполук. Вважається, що небезпека замулення проявляється при вмісті у воді залізистих з'єднань більше 3 мг / л. Зменшити замулення можна шляхом внесення в траншеї вапна або фосфоритного борошна.

До безматеріальіому дренажу відносяться кротовий і щілинний. Кротовим дренаж полягає в пристрої па потрібної глибині (0,5-0,7 м) підземних дренажних ходів діаметром 6-20 см. кротові дрени прокладаються кротодренажними машинами з ухилом 0,02-0,002. Довжина дрен може бути дорівнює 50-200, відстань між ними - 1-20 м. Кротовим дренаж без кріплення стінок застосовують переважно на важких глинистих і торф'яних грунтах. Для підвищення термінів служби його прокладають у вологих пластичних грунтах. Останнім часом стінки дрен почали укріплювати шляхом введення в них суспензій добре розклалася торфу, розчину сульфату заліза, цементу та інших спеціальних складів. Кротові дрени під'єднують або до відкритих каналах або до збирачів закритого типу. Гирла кротових дрен, що виходять у збирач, зміцнюють гончарними або бетонними трубками. Щілинний дренаж за принципом роботи багато в чому схожий на кротовий. Він прокладається спеціальними дренами Ажіо-дисковими машинами на щільних торф'яних болотах з похованими залишками деревних пнів і коріння. Ухил щілинного дренажу зазвичай робиться не менш 0,0005; відстань між дренами- .25-50, довжина щілин - 250-300 м.

Кротові і щілинні дрени грають велику роль в регулюванні не тільки водного, але і повітряного режиму, особливо в літній період. Це найдешевші дрени, так як їх пристрій повністю механізовано і не вимагає будівельних матеріалів.

Закритий дренаж має ряд переваг перед відкритим. меліоративна територія не розділена каналами на окремі ділянки, що не обмежує застосування сільськогосподарських машин. Не втрачається площа під каналами і кавальєрах. Виключаються вогнища смітної рослинності, що утворюються на укосах каналів і бермах. Поля, осушені закритим дренажем, навесні просихають швидше, і починати сільськогосподарські роботи на них можна на 8-10 днів раніше, ніж на осушених відкритими каналами. Однак при глибокому промерзанні закритий дренаж перестає діяти і пізно починає функціонувати у весняний період.

Основне завдання провідної мережі полягає у вчасному та повному відведення у водоприймач поверхневих або грунтово-грунтових вод, що стікають безпосередньо в провідні канали або надходять через регулюючу мережу.

Провідні осушувальні канали розділяються на магістральний (головний) і бічні - колектори різних порядків, які подають воду в магістральний канал і через нього в водоприймача. Магістральний канал прокладають по найнижчих позначках осушуваної площі, прагнучи забезпечити двосторонній прийом води. У глибокому торфі канал намагаються прокласти по місцях його найбільшої потужності. Це забезпечує збереження проектного ухилу каналу і сполучення його з колекторами.

З'єднання колекторів різного порядку один з одним і з магістральним каналом може бути здійснено під прямим або гострим кутом. Кут сполучення залежить від швидкості течії та витрати води. При малих витратах допускається кут 90 °, що найкраще відповідає господарським вимогам. При великих витратах кут не повинен перевищувати 45 - 60 °. Кут впадання магістрального каналу в річку повинен бути рівним 40-60 °. При сполученні каналів різного порядку необхідно, щоб вода в каналі вищого порядку не створювала підпору з падаючим в нього каналом нижчого порядку. Самостійний рух води буде здійснюватися, якщо дно каналу вищого порядку на 10-20 см нижче дна каналу нижчого порядку (рис. 14). Розміри і пропускна здатність провідних каналів визначається максимальними витратами складових поверхневих і грунтових вод. Головну роль грають поверхневі води. Тому, щоб визначити розміри провідної мережі, перш за все встановлюють найбільші розрахункові витрати поверхневого стоку що надходить в цю мережу. При проектуванні осушувальних каналів встановлюються розрахункові значення модуля стоку для кожного періоду року відповідно до гідрологічними і господарськими умовами використання осушуваної території.

Для меліоративних цілей особливе значення має показник кількості грунтових вод, що стікають з одиниці площі, за одиницю часу, - модуль дренажного стоку. Він може бути встановлений експериментальним або розрахунковим шляхом, з урахуванням, що значення інтенсивності видалення вологи в 1 мм / добу відповідає модулю дренажного стоку, рівному 0,116 л /с-га. Швидкість руху води в каналі в усі періоди повинна бути такою, щоб не відбувалося його розмиву і замулювання. Найбільші межі допустимих швидкостей, що не викликають розмиву грунту, визначаються його властивостями. Щоб уникнути заростання, мінімальна швидкість води в каналі повинна бути не менше 0,2 м /с. Канали провідної мережі по конструкції найчастіше влаштовуються трапецеїдальної форми. Щоб уникнути надмірно великих поперечних розмірів вони робляться не довше 1,5 - 2 км з ухилами не менше 0,0005. Ширина каналів по дну може змінюватися від 0,3 до збирачів до 0,5 м і більше в магістральних каналах.

На осушувальних системах зводяться споруди: а) для запобігання розмиву каналів, а також регулювання швидкості руху води - перепади та бистротоків, гирла водовідвідних борозен, кріплення укосів і ін; б) для регулювання витрат і горизонтів води - шлюзи-регулятори; в ) для переїзду через канали - мости, труби та ін Щоб оберегти від розмивання, укоси і дно каналів зміцнюють додатково. Стінки роблять з тину, дерну і дощок. На мінеральних землях для кріплення краще використовувати залізобетонні плити. Шлюзи бувають різних конструкцій і з різного матеріалу: пальові й каркасні, у тому числі збірні з бетону та залізобетону. Місце, де проектується будівництво шлюзу, попередньо готується: торф ущільнюється, укоси і дно зміцнюються.

Рис. 14. Схема підключення каналів різного порядку: 1 - канал I порядку, 2 - дно каналу II порядку, 3 - канал III порядку, 4 - горизонт води

Рух води в закритій осушувальної мережі також має контролюватися і управлятися. Для цих цілей будується ряд гідротехнічних споруд: гирла колекторів і регулюючих дрен; контрольні, або оглядові, колодязі; відстійники, перепади, поглиначі і регулюючі споруди.

При впадінні у відкритий канал або водоприймача гирла дрен міцно кріпляться, дно і укіс каналу гирла укладуються каменем або цементним розчином.

Контрольні колодязі зазвичай розташовують у місцях з'єднання дрен або їх сильного перелому. Їх роблять з гончарних або залізобетонних труб діаметром 0,7-0,8 м, цегли або дерева. Верх колодязя на ріллі знаходиться під орним горизонтом, колодязь забезпечується кришкою. У колодязях іноді будують затвори, завдяки яким регулюється рух води в дрен.

Щоб запобігти застій води в мікропониженнях за відсутності водовідвідних борозен, влаштовують поглиначі у вигляді бетонованих колодязів, заповнених легководопроникним матеріалом (валуни, гравій, щебінь) і забезпечених водовідвідною трубою.

Водоприймачі. З осушувальної системи вода через магістральний канал відводиться до водоприймача.

Водоприймачем можуть бути природні чи штучні водотоки і водойми. Природні водотоки і водойми - це озера, морські затоки, річки, струмки, балки, улоговини; штучні-ставки, водосховища і великі канали. Однак не всі водотоки й водойми можуть бути використані в якості водоприймачів. Як водоприймачі вони повинні відповідати наступним вимогам: положення горизонту води в водоприймача не повинно створювати підпору її в магістральному каналі і підтоплення осушуваної території; пропускна здатність водоприймача повинна бути такою, щоб вчасно видаляти всі вступники до нього з осушуваної площі води; водоприймача повинен мати постійні і стійкі русло і береги.

У природному стані водотоки часто не відповідають перерахованим вимогам, тому необхідно покращувати їх стан. Заходи, спрямовані на створення сприятливих умов для роботи водоприймача, називаються оптимізаційними. Цьому служать наступні заходи: спрямлення русла, в результаті чого зростає швидкість на 40-50%; розчищення, вирівнювання і поглиблення водоприймача; розвантаження водоприймача за рахунок будівництва обвідного каналу. Знизити рівень води можна також шляхом збільшення випаровування, посилення водоспоживання та будівництва трубопроводів з механічною відкачуванням води.

Вертикальний дренаж - спосіб меліорації, що дозволяє оперативно і економно регулювати водні ресурси території за певних грунтових, гідрогеологічних та інших умовах. Застосовують осушувальні і осушувальних-зволожить-вання дренажі. Осушувальні будуються при достатньому притоці вод в умовах рясного грунтового та грунтово-напірного живлення, осушувальних-зволожувальних-за дефіцитом вологи у вегетаційний період в умовах атмосферного живлення грунтів. Осушувально-зволожувальний вертикальний дренаж-це сукупність гідротехнічних споруд (свердловини, канали, шлюзи, басейни-накопичувачі та ін), дощувальних агрегатів, напірних трубопроводів, настінних станцій, ліній електропередач і пунктів управління. Осушувальних вертикальний дренаж складається з свердловини, огороджувальної і скидної мережі і ЛЕП. На об'єктах зі складними гідрогеологічними умовами застосовують комбінований дренаж - поєднання горизонтального і вертикального дренажу. Свердловини можуть служити джерелом для зрошення. При систематичному (майданному) вертикальному дренажі свердловини розташовуються рівномірно, при вибірковому - нерівномірно.

Спосіб осушення боліт глибокими каналами, званий також донним осушенням, застосовується в умовах, коли торф має велику (2-3 м) потужність і стелить добре водопроникних шаром піску. Шар торфу прорізається осушувальними каналами на всю глибину. Канал врізається також у підстиляючий пісок на 0,2-0,7 м.

Принцип дії глибоких каналів заснований на тому, що завдяки високій фільтраційної здатності піску рівень води в ньому буде постійно знижуватися. Це викличе утворення низхідних токів поверхневих і грунтових вод в торф'яному шарі і відповідно зниження верхньої кайми капілярної вологи в торфі.

Глибокі канали прокладають на великій відстані (до 600 м і більше) один від одного. Це знижує об'єм будівельних витрат і створює хороші умови для механізації сільськогосподарських робіт. Однак необхідно враховувати, що укоси каналів дуже легко руйнуються, а торф'яна маса може бути пересушити через погану регульованою водного режиму даної системи.

Необхідність осушення заплав викликана високим природним родючістю. Боротьба з їх затопленням паводковими водами або атмосферними опадами ведеться шляхом зведення валів і дамб вздовж річки, а також регулюванням її стоку шляхом будівництва водосховищ. Вали і дамби можуть розташовуватися по одній або по обидва боки річки. Розрізняються вали незатоплюваних - висота яких визначається максимальним весняним паводком рідкісної повторюваності, і затоплювані - їх висота розрахована тільки на затримання максимальних літньо-осінніх паводків. Після закінчення паводку рівень грунтових вод повинен відповідати нормі осушення, для чого в валах на певній висоті влаштовують водопропускні отвори.

Польдерні осушення застосовується на заплавах річок, де в зону затоплення потрапляють великі площі. Уздовж берегової лінії будують дамби. Крім загальних елементів осушувальних систем, польдер має насосну станцію і дамби обвалування .

Рис. 15. Польдера система: 1 - водоприймач, 2 - закрита осушувальна мережа, 3 - дамби обвалування, 4 - нагорний канал, 5 - магістральний канал, 6 - насосна станція

Кольматаж - один зі способів осушення та одночасного підвищення родючості заплавних грунтів. Він полягає в тому, що паводкові води пропускають через спеціально влаштовані чеки, частинки осідають і вода скидається в річку. Кольматаж поділяють на періодичний і безперервний. При періодичному вода подається, в спеціальні чеки або басейни, відстоюється близько двох діб і скидається в річку. Безперервний кольматаж здійснюється за допомогою постійного водного потоку що повільно рухається. Відбувається поступове відкладення річкових наносів, вирівнювання та підвищення заплави. Процес кольматажу може тривати кілька десятків років, перш ніж заплава перетвориться на високопродуктивне угіддя.