книги из ГПНТБ / Лещинский, Г. Т. Ресурсы временного поверхностного стока пустынь Средней Азии и Западного Казахстана

12. LEO. Парафин. На поверхность почвы разбрызги­

100см3/м2;

16.«LFO 100» — легкое топливное масло; расход

300ем3/м2;

17.Механическое уплотнение.

Сведения о слое стока, инфильтрации и коэффициен­ те стока с искусственных водосборных площадок в Джи-

Таблица. 36

Стоковые характеристики площадок с искусственной обработкой почвы на станции Джилат

156

лате за осенне-зимний период 1964—1965 гг. при сумме осадков 332 мм, приведены в табл. 36.

На основе имеющегося материала сделаны следую­ щие выводы общего порядка:

1. Проблема формирования стока содержит >в себе физические, технические, экономические и агротехниче­

действие на ее интенсивность различных видов обработ­ ки поверхностного слоя почвы. Величина стока опреде­ ляется, с одной стороны, количественной характеристи­ кой осадков (сумма, обеспеченность и интенсивность и размер капель), а с другой — свойством почвы ((водо­ удерживающая и фильтрующая способность). Поскольку мы пока еще не можем управлять погодой, остается дру­ гой путь к увеличению количественной характеристики эффективных осадков (объемов стока) путем улучшения водоудерживающей и ухудшения фильтрующей способ­ ности почвы. Водоудерживающая способность почвы мо­ жет быть улучшена за счет уплотнения поверхностного слоя почвы. Однако эффективная борьба с инфильт,рационными потерями может осуществляться только (глубо­ ко (понимая природу процесса инфильтрации.

2. Поскольку на практике искусственная обработка почвы, как правило, щриурочена к ее «верхним «слоям, особый интерес представляет выяснение механизма .влия­ ния свойств «верхних слоев —«во взаимосвязи со свойст­ вом почвенного профиля в целом — на процессы инфиль­ трации. Соображения теоретического пцрядка и резуль­ таты экспериментов говорят о возможности провнозцрования (предвычисления) установившихся скоростей .ин­ фильтрации в профилях с коркой при наличии всесторон­ ней характеристики корки и подкорковых горизонтов. Там, где возникает необходимость в создании искусствен­ ной корки для сбора дождевых вод, на помощь в фор­ мировании желаемых свойств корки и подкорковых .го­ ризонтов приходит теория.

3. Различные виды обработки поверхности почвы, с целью создания стока, оказывается возможным класси­ фицировать следующим образом:

а) механическая обработка почвы, как-то: планиров­ ка местности и уплотнение почво-грунтов;

б) дисперсионное образование (химическим путем)

157

на поверхности почво-груптов коллоидных частиц, спо­ собствующих набуханию почвенных агрегатов, что при­ водит к образованию корки;

в) обработка почвы гпдрофобизующими материалами путем внесения на ее поверхность активных водооттал­ кивающих веществ, способствующих ослаблению ин­ фильтрации;

г) нанесение на поверхность почвы связывающих ве­ ществ. При этом происходит пропитывание и закупорка пор вязкими материалами, превращающими рыхлую структуру почвы в твердую основу;

д) обработка почво-грунтов покрытиями, образующи­ ми на их поверхности тонкую пленку из прочного и водо­ непроницаемого материала;

е) различные комбинации из перечисленных выше видов обработки.

4. Предварительные испытания покрытий (Soil Sea­ lants) обнаружили три возможные категории последст­ вий, которые могут проявиться одновременно: гидрофобизация, упрочнение (противоэрозийный эффект) и коркообразование. Гидрофобизация наблюдается кратковре­ менно в-самом начале выпадения ливневых дождей, ко­ гда сухая поверхность почвы предохраняется от воздей­ ствия' воды. Как только поверхностный слой частично насыщается влагой, эффект гидрофобизации исчезает и- сменяется процессом коркообразования.

Как выяснилось, для упрочнения почвенной структу­ ры требуется внесение небольших доз соответствующих’ химических препаратов, но такое количество не способ-' ствует разбуханию почвы и фактически увеличивает' скорость инфильтрации. Только с применением значи­ тельныхдоз действие этих препаратов становится эф­

щадках'показали перспективность применения разбрыз­ гивающих материалов, какими являются натриевые дис­ пергирующие агенты (применение их тем не менее вле­ чет за собой усиление эрозии) и мазутные материалы нефтяных дериватов. Наилучшие результаты были полу-: чены комбинированием этих покрытий.

6. Применение покрытий из нефтяных растворов яв­ ляется, по-видимому, самым доступным из всех сущест­ вующих в настоящее время видов обработки поверхно-

158

сти почво-грунтов в целях искусственного сбора прес­ ных вод в условиях аридного климата. Этому способст­ вуют такие хорошо известные преимущества, как недефицитность нефтяных материалов, относительная дешевизпа, удобство в обращении, хранении и эксплуатации: обладание свойствами водоотталкивания и цементирова­ ния рыхлой почвы (если содержание глины в ней не слишком велико). Внесением различных добавок к неф­ тяным растворам можно добиться улучшения противоэрозионных свойств почвы и упрочнения ее поверхности. Увеличивая или уменьшая дозу и степень концентрации раствора, можно регулировать глубину проникновения материала в почву, степень сцепления с почвенными час­ тичками и срок эксплуатации покрытия.

7. Обрабатывая почву натриевыми дисперсирующи­ ми агентами, необходимо обратить внимание на то, что­ бы доза их оказалась достаточной для дисперсионного образования коллоидов в слое почвы мощностью в не-: сколько сантиметров. Обработка лишь самого верхне­

созданию стока должна оцениваться с учетом особенно­ стей режима осадков в каждом конкретном сезоне и каждой конкретной местности. Поэтому предлагается ме-- тод расчета стокообразующей способности каждого' дождя и: по сезону в целом н предполагаемые объемы дождевых вод, получаемых со стоковых площадок; при • данных средних значениях ннфильтрационных' потерь. В' основу метода положен анализ распределения 1 лйвнейво времени. Для работы па электронно-вычислительной' машине расчетные (исходные) данные представлены1'в запрограммированном виде.

9. Распределение интенсивности осадков по времени (режим осадков) крайне неоднородно по своему харак­ теру и тяготеет в сторону повторяемости осадков с низ­ кой интенсивностью. В Джилате наиболее часто выпа­ дают дожди с интенсивностью в интервале 0,017—

159

влагу). За три самых засушливых сезона 78% случаев выпадения дождей имели интенсивность менее 0,167 мм/мип. Это показывает, что чем меньше интенсив­ ность сезонных осадков, тем большую значимость приоб­ ретает разработка методов по искусственному формиро­ ванию стока. Осадки, выпадающие в более влажном районе (станция Фальпиот), значительно превосходят по своей интенсивности осадки, характерные для района расположения станции Джилат, но почва в районе стан­ ции Фальпиот обладает большей влагоемкостью, так что величина объема естественного стока в указанных рай­ онах весьма различна.

10. Хотя три сезона, в продолжение которых проводи лись эксперименты, значительно различаются по абсо­ лютным суммам осадков, характер распределения интен­ сивностей их (по времени), выраженный в относитель­ ных величинах (то есть в % от сезонной суммы осадков), в каждом сезоне приблизительно одинаков. Это наво­ дит на мысль о возможности подыскать функциональное отношение, которое смогло бы достаточным образом ха­ рактеризовать относительное распределение шнтенсивиости осадков по времени для данного района, с тем, чтобы использовать его для прогнозирования вероятно­ сти прохождения стокообразующих осадков ;(зная сезон­ ные суммы осадков, средние колебания годовых и из­ менчивость сезонных сумм осадков).

М. Материалы испытаний на водосборных площад­ ках показали, что даже несложный вид обработки поч­ вы (как-то: уплотнение и образование коллоидной дис­ персии:) приводит к значительному улучшению отакообразованпя. Применение других же методов, [например, коркообразование и использование водоотталкивающих веществ дает высокие коэффициенты стока. С другой стороны, окультуривание и особенно оструктуривание почвы приводит к уменьшению объема собираемой на стоковых площадках пресной воды до относительно ма­ лых (часто ничтожных) величин.

12. Сравнение мероприятий по обработке почвы в ц лом по сезонам не учитывает возможную дифференциа­ цию последствий этих обработок, осуществляемых во время: прохождения дождей над обширной и малой тер­ риториями, прохождения ранних и поздних, интенсив­ ных и неинтенсивных дождей. Один из простейших пу-

160

тей, который позволил бы учесть последствия режима и условий прохождения дождей, это составление регрес­ сивной зависимости (в отличие от функциональной), между величиной стока и интенсивностью дождя. Она дает хорошие результаты при малой инфильтрации и не­ приемлема, если инфильтрация, как правило, превыша­ ет 0,1&7 мм/мин.

13.Анализ регрессивных зависимостей сток — осадки позволяет найти «пороговое» значение эффективных осадков, то есть такое минимальное значение суммы осадков, ниже которой сток не образуется.

14.Изучение масштабов эрозии показало, что сильно эрозированными оказались площадки, препарирован­ ные натриевыми диспергирующими агентами. Данный вид обработки почвы с точки зрения эффективности фор­ мирования стока, очевидно, требует проведения допол­ нительных противоэрозионных мероприятий.

15.Внесение различных добавок к основному мазут­ ному материалу улучшило его эксплуатационные качест­ ва. К ним относится мягкий битум, антистрип (особый раствор, предотвращающий разрушение и смыв покры­

тия) и эмульсирующий полиэтилен, разбрызгиваемый по поверхности почвы.

16. Работы по определению срока эксплуатации по­ крытий, проведенные на станции Джилат, показали, что натриевые, кремниевые и вязкие мазутные покрытия со­ храняют большую часть своих эксплуатационных ка­ честв в продолжении трех сезонов, так что в повторном нанесении их не было необходимости. Тем не менее на практике, в порядке ремонта стоковых площадок, воз­ можно потребуется ежегодное повторное внесение этих веществ в небольших дозах [129].

В США широко применяется строительство искусст­ венных водосборов. Для водонепроницаемого покрытия используются изделия из пластмассы и специальные пленки. Укладка пленки, засыпка ее на несколько санти­ метров щебенкой и другие работы механизированы. Со­ бираемые с таких площадок воды атмосферных осадков хранятся в поверхностных емкостях и используются для водоснабжения.

Строительство первых искусственных площадок для сбора вод атмосферных осадков в аридной зоне СССР

относится к 50-м годам текущего столетия. Арало-Кас-

пийской экспедицией Академии паук СССР в 1952 г. про­ изводились опыты по строительству водосборных площа­ док. Песчаная поверхность пропитывалась битумной эмульсией с медным купоросом. Наблюдениями установ­ лены высокие значения коэффициентов стока [91].

Первая производственная стоковая площадка, разме­ ром 0,5 га была спроектирована Институтом «Туркменгипроводхоз» в 1957 г. По предложению А. Е. Гаврило­ ва для водонепроницаемого покрытия использован би­ тумно-песчаный асфальт. Последний представляет смесь битума марки БН-IV и барханного песка в соотношении 1:10. Слой покрытия 5 см. Для хранения воды строилась бетонная емкость в 200 м3. Такая первая площадка была построена в Заунгузских Каракумах в 1958 г. В после­ дующие годы искусственные площадки с битумно-песча­ ным покрытием стали строить размером в 1 га, с общей емкостью для хранения воды в 500 м3. В 60-е годы сто­ ковые площадки прочно вошли в планы по обводнению пастбищ Туркмении. К настоящему времени в различ­ ных районах пустынь Туркменистана построено и эксп­ луатируется несколько десятков таких стоковых площа­ док.

Несмотря па интенсивное строительство искусствен­ ных водосборных площадок, условия формирования сто­ ка и его объемы почти не изучены.

1964—1965 гг. Т. П. Витковской, под руководством автора, были организованы и проведены исследования стока на трех стоковых площадках с битумно-песчаным покрытием, расположенных в Заунгузских Каракумах. Эти площадки находились в эксплуатации от 1 до 6 лет.

Слой осадков учитывался по осадкомеру, установ­ ленному у стоковой площадки. Сток измерялся объем­ ным способом. За период исследований было зафиксиро­ вано около 52 случаев стока, сформированных осадками слоем от 1 до 42 мм, выпадавших при средней интен­ сивности в пределах 0,001—0,1 мм/мин.

Кроме того, в южной части Центральных Каракумов в районе такыра Каррыкуль, на южном склоне грядово­ барханной полосы в 1966 г. была построена серия сто­ ковых площадок размером 3 и 18 км2. В качестве водо­ непроницаемых покрытий применялись следующие: би­

162

с добавкой отдува в количестве 10% к весу битума; со­ отношение битума и песка составляло 1:10), полиэтиле­ новые пленки, растворы полистирола и латекса АРМ-15. Приготовление битумно-песчаной смеси производилось так же, как и при строительстве площадок размером в 1 га (способ бывшего пастбищно-мелиоративного тре­ ста приМСХ ТССР) по способу СоюздорНИИ. Целью строительства этих площадок было получение стоковых характеристик за более короткий период при различных режимах выпадения искусственного дождя.

Для создания искусственного дождя, отражающего характер выпадения осадков в условиях пустынь, была принята модель дождевальной установки Государствен­ ного гидрологического института с некоторым усовер­ шенствованием ее отдельных узлов. Дождевальная уста­ новка позволяла создавать дожди с интенсивностью от 0,03 до 1,1 мм/мин. на площади в 3 м2.

Кроме того, на экспериментальных площадках зафикси­ ровано около 20 случаев стока, вызванных естественными дождями слоем 0,4—28 мм, при средних интенсивностях

0,004—0,046 мм/мин_

В результате анализа полученных данных о стоке с

они составляли 0,35—0,50, на пятый — 0,30. Коэффициен­ ты стока, соответствующие пятому году эксплуатации площадки (Палван-Кую), вызывают сомнение, по-види­ мому, они занижены, так как при вычислении их были приняты осадки по близлежащей площадке Эгри-Кую I [61. Учитывая локальное выпадение осадков в условиях пустыни, производить вычисления коэффициентов стока таким приемом не рекомендуется. После пятого года экс­ плуатации площадки Палван-Кую, производился ее pe­

монт (трещины на поверхности покрытия, образующиеся

врезультате резкого изменения температур и отверстия

впокрытии, возникшие вследствие прорастания расти­ тельности, заливались расплавленным битумом). После

ремонта площадки коэффициенты стока достигали зна­ чений, наблюдавшихся в первый год ее эксплуатации

(0,92—0,98).

3. На площадке с плохим качеством строительства битумно-песчаного покрытия (толщина его меньше про­ ектного, по-видимому, было нарушение и технологии приготовления битумно-песчаной смеси), на второй год ее эксплуатации коэффициенты стока составляли 0,68— 0,78, а па третий год-— они были несколько меньши­ ми [301.

4.Коэффициенты стока с экспериментальных площа­ док в районе такыра Каррыкуль изменялись в пределах 0,80—0,98. Наибольшие коэффициенты стока наблюда­ лись на площадке, покрытой битумно-песчаным асфаль­ том с добавкой отдува.

5.Величина коэффициента стока с битумно-песчаного покрытия зависит от качества его и срока эксплуатации. Слой осадков и интенсивность дождя не оказывают су­

пленки и других применяемых материалов не дали поло­ жительных результатов.

Между слоем стока с искусственных водосборов с

Эта зависимость характеризуется коэффициентом корреляции, близким к единице, что обусловлено незна­ чительными, почти постоянными потерями стока и по­ этому может быть принята за расчетную.

Зная слой осадков за расчетный период, которые мо­ гут быть получены из материалов наблюдений на метео­ рологических станциях, и норму их (см. карту, рис. 1), нетрудно получить слой стока по выражению (17).

Средний годовой сток с водосборов с битумно-песча­ ным покрытием, вычисленный по формуле (17) для изу-

164