книги из ГПНТБ / Ахмедов, Х. А. Осушительные мелиорации учебник для гидромелиоративных факультетов технических и сельскохозяйственных вузов

8 - разница между полной влагоемкостью и ППВ грунта, составляющая от 5 до 15% объема грунта;

— высота допустимого поднятия грунтовых вод после промывки, м.

Величина h = Я ос — Я вес, где Яос—глубина грунтовых вод осенью перед промывкой, Я вес —глубина грунтовых вод весной. Она не должна быть меньше величины, допустимой по условиям механизированной обработки почвы весной.

Среднеазиатский научно-исследовательский институт ирри­ гации (САНИИРИ) предложил принимать величину промывной нормы в зависимости от механического состава и засоления почв по хлору и глубине залегания грунтовых вод при хорошо работа-ющем дренаже (табл. 5).

Т а б л и ц а 5

Определение промывной нормы по хлору, глубине грунтовых вод и водопроницаемости почвы (по Д. М. Кацу, 1967), тыс. м31га

по плотному остатку, определение нормы по таблице САНИИРИ будет наиболее правильным.

Методы расчета промывных норм, технологии промывок и способов дренирования для рассоления почв на заданную глу­ бину и опреснения грунтовых вод с учетом фильтрационной диффузии нуждаются в дальнейшем научном обосновании. Для

мывки. Ниже дано краткое изложение сущности этих способов. Промывка по бороздам. Идея промывки по бороздам при­ надлежит В. С. Малыгину. Позднее этим вопросом занимался Б. В. Федоров. В последние годы этот способ испытывался Сред­ неазиатским НИИ почвоведения (А. Эргашев). Опытами уста­ новлено, что наибольший эффект от промывных поливов при подаче воды по всем бороздам получается тогда, когда они рас­

30

полагаются по наименьшему уклону и полив производят без сбро­ са. Наибольший эффект получен в варианте с расстоянием меж­ ду затопляемыми бороздами 2,4 м. При этом способе промывки рассоление почв происходит преимущественно путем выжима­ ния солей вместе с сильноминерализованиой почвенной водой в незатопляемые борозды с последующим выводом солей за пре­ делы участка. Поверхностным смывом основная масса солей необратимо удаляется с поливного участка.

В опытах А. Эргашева за 23 дня с 1 га было вынесено около 200 г солей. Способом промывки через борозду за 20—25 дней промывной нормой в 20—25 тыс. м3/га можно рассолить двух­ метровую толщу солончака. Затраты воды на рассоление едини­ цы площади при этом способе уменьшаются по сравнению с обычной промывкой в полтора-два раза, а время на промывку — в пять раз. Столь быстрое и эффективное рассоление почв дости­ гается благодаря усилению дренированное™ их, так как каждая незатопляемая борозда служит временной дреной.

При промывке по бороздам наиболее быстро выносятся хло­ риды и легкорастворимые сульфаты. При расстоянии между за­ топляемыми бороздами (Л = 0,15 м) 2,4 и 3,6 м и промывной норме 16—21 тыс. м3/га вынос хлора из двухметровой толщи был довольно устойчивым (80—90% от исходного содержания).

Форсированная промывка. Положение об ускоренном рассо­ лении засоленных земель форсированной промывкой их на базе постоянных и временных глубоких дрен впервые сформулировал Э. С. Варунцян (1963). Это предложение было проверено в про­ изводственных условиях на землях Муганской степи в Азербайд­ жанской ССР.

В опытах, проведенных в хозяйствах этого массива, расстоя­ ния между временными глубокими дренами колебались от 100 до 400 м, на промывку 1 га подавалось 11—70 тыс. м3 воды, по почвенно-грунтовым условиям были охвачены разности с коэф­ фициентами фильтрации водоносной толщи от 1,3 до 24 м/сутки. Опреснена толща 3—4 м, до 60 м за 70—100 суток.

Автор этого метода считает, что достичь необходимого уда­ ления солей из толщи грунтов можно только при подаче больших количеств воды и быстром отводе ее. При этом следует иметь в виду, что промывная эффективность первых порций воды по солеудалению значительно выше последующих.

Анализ материалов Э. С Варунцяна и других исследователей позволил дат? следующие рекомендации по форсированной про­ мывке:

1) форсированная промывка эффективна только на хорошо дренируемых почвах;

2) помимо постоянной осушительной сети необходимо наре­ зать временные глубокие (3—3,5 м) дрены на расстоянии 100— 350 м друг от друга в зависимости от величины коэффициента фильтрации почвогрунтов;

31

3)после рассоления почво-грунтов временные дрены полно­ стью или частично ликвидируются; те же дрены, которые сле­ дует оставить, реконструируются в закрытые, т. е. становятся постоянными;

4)форсированную промывку целесообразнее проводить в два такта: полосу вдоль дрен шириной в 30—60 м, засеваемую сухо­ дольной культурой, промывать в осенне-зимний период, а цент­ ральную часть междренного пространства промывать через культуру риса—летом. При двухтактной промывке почва цент­ ральной части междренья опресняется лучше и в более короткий срок;

5)расчет расстояний между временными глубокими дренами необходимо вести по удельным величинам расходов на 1 км дре­ ны в зависимости от коэффициента фильтрации почво-грунтов.

По норме и продолжительности промывки и пропускной спо­ собности канала можно определить рациональные расстояния между временными глубокими дренами.

Опыт форсированной промывки, проведенный сотрудниками ВНИИ гидротехники и мелиорации в 1963—1964 гг. в совхозе

№4 в Голодной степи, показал, что рассоление почвы до 0,7— 0,8% плотного остатка было достигнуто при постоянных откры­ тых дренах глубиной 3—3,5 м и расстоянии между ними 300 м. Между постоянными были'нарезаны временные дрены глубиной 0,7—0,8 м на расстоянии 30—40 м друг от друга. Промывка проводилась в летне-осенний период нормой 64—76,5 тыс. м3/га.

Врезультате опыта оказалось, что при глубоких часто распо­ ложенных дренах нет надобности в нарезке временных мелких

дрен. На промытом участке в первый же год получен урожай хлопчатника по 25,3 ц/га.

К недостаткам форсированной промывки следует отнести то, что она не дает требуемого эффекта на тяжелых по механическо­ му составу почвах и потому не является универсальным методом промывки.

Боковая промывка. В тяжелых по механическому составу и сильнозасоленных почвах с близкими грунтовыми водами более рациональна так называемая боковая промывка, предложенная Среднеазиатским НИИ почвоведения (А. И. Калашников).

При обычной промывке засоленных земель грузными (10—> 20 тыс. м3/га) нормами фильтрующаяся промывная вода распре­ деляется неравномерно: в полосах по обе стороны дрены филь­ трации больше, следовательно, и солей вымывается больше, а в междреньи соли из верхних горизонтов перемещаются вглубь, без изменения общего солевого баланса. Неглубоко и временно перемещенные соли, вследствие большого испарения из верхних горизонтов почвы, быстро вместе с капиллярной водой подни­ маются вверх, и засоление верхних горизонтов реставрируется. Это вызывает необходимость в многократных промывках. Прак­ тика показала, что там, где не достигнуто снижения засоления

32

почвы, либо совершенно не будет всходов сельскохозяйственных растений, либо не будет получен ожидаемый урожай. *

Боковая промывка осуществляется с помощью специальных временных проточно-отточных промывных устройств. Она может быть проведена также путем соответствующего использования существующих дрен и оросителей.

От обычной промывки сплошным затоплением этот метод выгодно отличается тем, что йромывка становится более управ­ ляемой, интенсивной и равномерной по всей промываемой пло­ щади. Рассоление почвы достигается за счет бокового вытесне­ ния и необратимого удаления больших масс почвенных солей и с замещением отведенной минерализованной грунтовой воды пресной поверхностной водой.

При подборе рациональной системы промывных устройств и определенных объемах воды и затратах времени можно достиг­ нуть рассоления почво-грунтов на такую глубину, при которой реставрация засоления почв в условиях обычного постоянного дренажа невозможна.

Как уже отмечалось, боковые промывки целесообразны на сильно- и среднезасоленных почвах с неглубокими грунтовыми водами (не более 4 м). Не рекомендуется применять такую тех­ нологию промывки при большой глубине грунтовых вод и на слабозасолениых почвах.

Схема размещения приточно-отточных промывных устройств на участке, подлежащем промывке, показана на рис. 3.

Каждые два соседних водотока (а, б, в, г, д) являются при­ точно-отточной парой, а все водотоки составляют систему при­ точно-отточных промывных устройств.

Боковая промывка осуществляется за счет длительного под­ держания необходимого горизонта воды во всех приточных эле­ ментах системы при более низком уровне воды в отточных эле­ ментах. Фильтрационные токи из приточных каналов в отточные вытесняют солевые растворы из почвы, которые затем удаляются за пределы мелиорируемой территории. Фильтрация воды из при­ точного элемента к отточному происходит под действием напо­ ра, который равен разности отметок горизонтов воды в них. Скорость промывной фильтрации и, следовательно, срок завер­ шения промывки, при прочих равных условиях, зависит от рас­ стояния между приточными и отточными элементами.

Временные приточные элементы выполняются в виде неболь­ ших каналов типа ок-арыка (выводной борозды) в полувыемкеполунасыпи, нарезаемых канавокопателями или грейдерами.

Отточные элементы имеют вид врезанных под уровень земной поверхности каналов типа временных дрен, нарезаемых канаво­ копателями до глубины 1—1,5 м. Ширина обвалованных полос 5—20 м. Валики устраиваются двойным проходом палоделателя или однокорпусного плантажного плуга.

Приточные элементы могут быть постоянной или переменной

ширины. Применение переменной ширины вызывает некоторые затруднения при устройстве, но сокращает длительность промыв­ ки в 1,5—2,5 раза по сравнению с промывкой при постоянной ширине приточного элемента.

Рис. 3. Принципиальная схема взаимного размещения промывных устройств <по А. И. Калашникову):

/ — приточные элекеп.-а!; ^ — подродящий канал; 3 — отточные элементы; 4 —объ­ единительный канал.

Чем глубже отточные элементы (дрены), тем выше эффек­ тивность промывки и тем реже можно расположить их.

Промывную норму при боковой промывке рекомендуют (А. И. Калашников) определять по формуле:

где М — промывная норма, м слоя воды;

а— свободная часть порозности почво-грунтов зоны аэра­ ции

нимается в зависимости от гидрогеологических и ме­ лиоративных условий в пределах 3—10 м);

4

п— коэффициент замещения солевых растворов, завися­ щий в основном от неравномерности фильтрации (при­

нимается в пределах 1,2—2,5).

Средний модуль подачи воды на промывку определяют по формуле:

гДе 4ср — модуль подачи, л/сек на I га; М — промывная норма, л/га;

Тк — продолжительность периода промывки, сек. Эффективность промывки оценивают количеством солей, вы­

несенных в процессе промывки, и по окупаемости затраченной на промывку воды. Количественная характеристика этих пока­ зателей определяется концентрацией собираемой промывной во­ ды. Оказывается, что при обычной промывке 1 м3 воды выносит­ ся 1,84 кг солей, а при боковой—3,53 кг (продолжительность промывки 99 суток). Явное преимущество боковой промывки по сравнению со сплошной видно из следующих показателей: при боковой промывке за 99 суток отведено 97,8 т/га солей (по хло­ ру), при сплошной—85,2 т. Затраты воды во втором случае в 2,1 раза больше, чем в первом. Производительность 1 м3 воды по вынесенному количеству хлора оказалась равной: для боко­ вой промывки — 2,9 кг/м3, для сплошной—1,2 кг/м3. Таким об­ разом, эффективность использования воды при боковой промыв­ ке (расстояние между отточными каналами 20 м) в 2,4 раза выше, чем при сплошном затоплении.

§ 8. Коллекторно-дренажная сеть

Для отвода избыточных вод из переувлажненных, заболо­ ченных земель и удаления излишних солей строят осушительные системы, которые в условиях аридной-зоны получили наименевание коллекторно-дренажных систем.

Осушительная система состоит из следующих частейг

1)регулирующей осушительной сети;

2)проводящей осушительной сети: а) собирателей, прини­ мающих воду регулирующей сети; б) коллекторов внутрихозяй­

ственного и межхозяйственного значения;

3)водоприемника;

4)сооружений на осушительной сети.

Осушительная сеть характерна следующими особенностями! 1) регулирующая осушительная сеть воду из состояния поч­

венной влаги переводит в состояние водного тока;

2)младшие осушительные каналы должны иметь горизонт воды на 5—10 см выше, чем старшие;

3)расходы воды осушительной системы возрастают по мере удаления от полей к водоприемнику;

4)осушительные каналы регулирующей и проводящей сети проходят в выемке.

Дренажные воды в условиях аридной зоны, как правило, минерализованные, системой проводящих каналов (коллекто­ рами) отводятся в водоприемник. Водоприемником могут слу­ жить реки, озера, понижения с большой или малой акваторией (Сарыкамышская котловина, Сырдарья и др.). Схема работы осушительной сети от первичных дрен до водоприемника изобра­

жена на рис. 4.

Задачи коллекторно-дренажной сети: регулировать уровень грунтовых вод на полях орошения в целях уменьшения интен­ сивного испарения из почвы, способствующего соленакоплению в зоне аэрации, и создания необходимого водного режима поч­ вы; необратимо и систематически отводить соли из активного слоя орошаемых земель за их пределы.

Проводящие (транспортирующие) каналы, принимающие воды регулирующей осушительной сети, должны иметь достаточ­ ную глубину, соответствующие размеры и уклоны, чтобы свое­ временно, без задержки отводить дренажный сток в водоприем­ ник.

Однако сильное понижение уровня грунтовых вод не всегда технически и экономически выгодно. В засушливые годы это мо­ жет привести к необходимости подавать воду сверху (в виде полива), что отрицательно скажется на себестоимости продук­ ции.

Там, где грунтовые воды имеют достаточно толстую пресную подушку (Хорезм) или они практически пресные (о. Миянкаль па р. Зеравшан), уровень их регулируют, сооружая перегоражи­ вающие устройства на коллекторах или периодически закрывая оросительные каналы, чтобы избежать дополнительных поливов.

Главный недостаток коллекторно-дренажной сети на оро­ шаемых землях — ее малая глубина. В настоящее время коллек­ торная сеть имеет глубину: менее 1,5 м —47% общей протяжен­

Осушение в орошаемых районах существенно отличается от осушения на неорошаемых землях. Большинство поливных зе­ мель расположено в аридной зоне, где испарение достигает 1500—2000 мм в год, а годовое количество атмосферных осадков колеблется в пределах 80—350 мм. Большое испарение с поверх­ ности почвы вызывает подтяжку воды по капиллярам, а вместе

36

с водой поднимаются соли, которые, накапливаясь в корнеоби­ таемом слое почвы, резко снижают ее плодородие. Поэтому в аридной зоне возникает необходимость закладывать дрены на такую глубину, которая бы обеспечивала поддержание уровня

Рис. 4. Схема работы осушительной системы:

грунтовых вод ниже критической глубины*. Однако установле­ ние глубины дрен только на основании капиллярных свойств почво-грунтов будет приводить к устройству излишне глубокой дренажной сети и увеличению стоимости дренажного строитель­ ства. Во избежание этого и учитывая необходимость создания нормального водно-воздушного режима в активном слое почвы

1 Критической глубиной грунтовых вод называется такая глубина залегания их уровня, при которой обеспечивается солевой режим в почзе, благоприятный для произрастания сельскохозяйственных культур.

37

при установлении глубины дренирования пользуются понятием — норма осушения, которая является нестабильной величиной и изменяется во времени. Более подробно вопрос о критической глубине и норме осушения будет рассмотрен в главе IV.

В вопросе о режиме грунтовых вод на орошаемых землях ггмеется несколько мнений. Некоторые мелиораторы считают возможным необходимое понижение уровня грунтовых вод опре­ делять по норме осушения — наименьшей допустимой глубине залегания грунтовых вод между дренами без учета ее динамич­ ности в течение года и некоторого преимущества гидроморфного процесса почвообразования. Другие предлагают принимать во внимание так называемую критическую глубину, третьи считают правильным устраивать дренаж с учетом критического режима грунтовых вод.

Конечно, наиболее правильные определения размеров дрена­ жа могут быть получены из расчетов по водному и солевому ба­ лансам дренируемой территории. Если учесть особенности рас­ соления почвы при этом, то будет обеспечено условие коренной мелиорации орошаемой территории.

§ 9. Мелиоративное районирование орошаемых земель

Прежде чем орошать и осваивать новые земельные массивй^ или проектировать дренаж на староорошаемых землях, нужно районировать эту территорию по объему и характеру мелиора­ тивных мероприятий.

В стадии проектного задания и при одностадийном проекти­ ровании водный баланс доводится до каждого мелиоративного контура (района), выделяемого по следующим признакам: 1) сте­ пень засоления, 2) водно-физические свойства почво-грунтов, 3) гидрогеологические условия, 4) размер начальной промывной нормы и 5) состав мероприятий по освоению земель и план их проведения. Примерная схема районирования земель по слож­ ности освоения приведена в табл. 6.

Т а б л и ц а 6

Примерная схема районирования земель по сложности освоения (по И. С. Рабочеву)

Районирование земельного фонда по сложности освоения проводят на основе результатов исследования, которые дают возможность точнее определить фильтрационные свойства грун­ тов, режим, источники питания, напорность и условия оттока грунтовых вод. Недопустимо, когда такие важные параметры, как коэффициенты фильтрации почво-грунтов, запасы солей и др., в результате поверхностных исследований определяются с ошибкой в несколько раз, что приводит к тяжелым последствиям.

Легко и просто наметить действенные мелиоративные меро­ приятия, когда проведено мелиоративное районирование ороша­ емой территории. Для этого должны быть составлены карты глубин залегания и минерализации грунтовых вод (по содержа­

ческое описание района, почвенно-климатические карты, резуль­

водоразделов, слабо дренирована, засолена, но при улучшъд'ии водопользования, агротехники и эксплуатации оросительной сети почвы эти могут быть легко рассолены.

Т р е т ь я о б л а с т ь (в нее входят одиннадцать районов) — область депрессии, бессточная и сильнозасоленная, нуждается в строительстве коллекторно-дренажной сети.

Ч е т в е р т а я о б л а с т ь — современная долина р. Сыр­ дарьи со слабой дренированностью, лугово-болотными засолен­ ными и незасоленными почвами.

Мелиоративное состояние, земель зоны рассеивания грунто­ вых вод динамичное и зависит от уровня водопользования. При расточительном водопользовании поверхностная вода пополняет грунтовые воды, поднимает их уровень. Орошаемая территория заболачивается и засоляется. Мелиоративный контроль на оро­ шаемых землях осуществляется по двум направлениям: 1) кон­ тролируют повышение и понижение уровня грунтовых вод, си­ стематически наблюдая за уровнем грунтовых вод и их минера­ лизацией в наблюдательных колодцах; 2) контролируют изме­ нения солевого режима почвы солевыми съемками (два раза в год — весной и осенью), отбирая почвенные пробы в разных точ­ ках территории хозяйства, района или массива* Пробы на хими­ ческий анализ грунтовых вод берут также из скважин. Анализ проводят по изменению (увеличение пли уменьшение) плотного остатка солей и количества хлор-нона."Данные об изменении

39