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

определить величину подъема (-)-) или понижения (—) уровня грунтовых вод по уравнению:

вые воды;

Wз — расход грунтовых вод.

(С — естественный подземный отток грунтовых вод за пределы данного массива; Е — расход на испарение и транспирацию за счет грунтовых вод).

бесспорно.

60

Сопоставив графики критического и проектного режимов уровней грунтовых вод, уточняют параметры дренажа на дан­ ной территории. График критического режима грунтовых вод составляют на основе многолетних наблюдений на опытных участках, а проектный режим уровня грунтовых вод — на ос­ нове балансовых расчетов.

Наличие данных наблюдения за фактическим режимом грун­ товых вод, особенно за несколько лет, дает возможность про­ анализировать влияние и взаимодействие всех природных фак­ торов, участвующих в формировании-режима грунтовых вод.

Проектный график режима грунтовых вод составляют на несколько лет, учитывая исходную глубину грунтовых вол; величину подъема их уровня в результате подачи воды на промывку или на полив; величину спада уровня грунтовых вод

мывки или поливов, я; т — промывная или поливная норма нетто, я 3/га;

у]— коэффициент полезного действия сети;. И — испарение, я 3/га; Ос — атмосферные осадки, я 3/га;

Р — коэффициент водоотдачи, %.

Как уже отмечалось, потребность территории в дренаже выявляют, сопоставляя график проектного режима грунтовых вод с графиком фактического их режима.

Подъем грунтовых вод на орошаемых землях до критиче­ ского уровня, при прочих равных условиях, зависит от КЗИ и

§14. Оптимальный солевой баланс и потребность

впромывках в условиях хорошо действующего

лен по уравнению, предложенному лабораторией засоленных почв США (Бауэр, 1964):

показателями количества солей (Cd, Ud, С(-, UJ. Если пренеб­

где Dd и Dt —объемы соответственнодренажных иороситель­ ных вод, приходящиеся на 1 га;

где Д зависит от величины потерь на испарение и транспира­ цию De, а также от расхода дренажных вод Dd.

Совместное решение уравнений (2.24) и (2.25) дает новое уравнение (2.26), в котором должен быть известен объем слоя

Б2

воды, израсходованного на испарение и транспирацию, а также концентрации оросительной и дренажной воды. Это уравнение используют для расчета количества воды, необходимой для орошения с учетом потребности в промывках LR 1, испарения г и транспирации:

(2.26)

Формулой (2.26) пользуются для расчета оросительной нор­ мы с учетом воды, необходимой как для выщелачивания сол.й, так и для испарения и транспирации.- Однако эта формула не учитывает неравномерность распределения воды по поверх­ ности почвы; различие в коэффициентах фильтрации при сло­ истости грунтов (разная водопроницаемость почвы); постоян­ ное поступление капиллярных грунтовых вод и вместе с ними солевых растворов, поднимающихся от зеркала грунтовых вод. Не следует также забывать, что грунтовые воды являются не только источником пополнения растворимых солей, но и при­ емником солей при промывках.

Солевой режим почвы орошаемой территории

Изучением солевого баланса грунтовых вод и почв зоны аэрации занимались В. А. Ковда, Г. Н. Каменский, Е. Л. Минкин и другие исследователи. Связь солевого и водного балансов орошаемых земель и возможные пути прогноза солевого ре­ жима почво-грунтов рассмотрены в работах С. Ф Аверьянова

(1959, 1970).

Целесообразность определения солевого баланса в дрени­ рованной зоне обусловлена развитием щелочных грунтовых вод, угрожающих содовым засолением.

Изучая солевой режим балансового участка (массиьа), уста­ навливают общее содержание солей (так называемый плотный остаток), количество хлор-иона и токсичных <”9лей NaCl, MgCl2, MgS04, Na2S04.

Аналогично уравнениям водного баланса (А. Н. Костикова, М. М. Крылова, А. П. Вавилова и др.) существует уравнение общего солевого баланса, включающее солевой баланс почвогрунтов зоны аэрации и солевой баланс подземных вод.

Запас солей в балансовом слое при неизменном количестве

1 Уравнение (2.24) американцы называют Leaching requriment — потреб' ностыо в промывках, сокращенно — LR.

53

объемный вес сухого грунта и на мощность слоя грунта, зна­ чение 5г — перемножая величину минерализации подземных вод слоя на активную пористость грунта слоя и на мощность слоя подземных вод с той же минерализацией.

В упрощенном виде уравнение общего солевого баланса

из уравнения (2.28), составляемого для ключевых участков. Для прогноза общего солевого баланса уравнение (2.28)

решают относительно Si В упрощенное уравнение (2.28) не входят: поступление солей с удобрением, вынос солей с про­ сочившимися в почву осадками, вынос солей с урожаем расте­ ний и другие факторы, не играющие доминирующую роль в солевом режиме баланса участка.

Между солевым балансом и общим водным балансом суще­ ствует органическая связь. Изучение солевого баланса основы­ вается на данных водного баланса. По данным солевого балан­ са можно судить об эффективности и рассоляющем действии дренажа. Приближенный солевой баланс по двум областям Узбекской ССР приведен в табл. 8.

Из-табл. 8 видно, что, судя по величине дренажного стока и минерализации его, размеры поверхностного сброса в коллек­ торную сеть были большими (паводковые сбросы). В 1967 г. Бу­ харская область впервые достигла отрицательного солевого баланса благодаря увеличению удельной протяженности коллек­ торно-дренажной сети с 9,6 в 1964 г. до 14,6 м/га в 1972 г. (сред­

64

Т аб л нца 8

Солевой баланс (приближенный) по двум областям Узбекской ССР за 1966 — 1972 гг.

объясняется прежде, всего подземным солеобменом и неучтен­ ными приходными статьями солевого баланса.

В Бухарской области водозабор в 1972 г. уменьшился по сравнению с 1968 г. на 1 млрд. 272 млн. м3. Соответственно дре­ нажный сток увеличился с 17 до 59,6% при уменьшении минера­ лизации с 4,81 до 2,7 г/л. Это свидетельствует об ухудшении эксплуатации ирригационной сети, что не могло не отразиться на урожайности хлопчатника в 1973 г.

В Хорезмской области за последние годы проведена большая работа по борьбе с засолением: удельная протяженность КДС доведена до 32 м/га, создан гидроморфный мелиоративный ре­ жим с относительно пресной подушкой (3 г/л) над минерализо­ ванными грунтовыми водами. В 1970 г. с площади 103,7 тыс. га хлопчатника здесь собрано более 39 ц/га хлопка-сырца.

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы

1.Какова роль расчетов водного баланса в проектировании мелиора­ тивных мероприятий?

2.Расскажите о полном водном балансе, балансе почвенных вод и ба­

лансе грунтовых вод.

3.Как определяют слагаемые водного баланса?

4.Как составляют прогноз подъема уровня грунтовых вод при ороше­

нии? По каким признакам определяют необходимость в дренаже?

5.Что вы знаете о критическом режиме уровня грунтовых вод, связан­ ного с оптимальным солевым балансом?

6.Как определяется оросительная норма с учетом концентрации оро­ сительной, дренажной воды, испарения, транспирации и потребности в про­ мывках?

7.Как определяют солевой режим почвы орошаемой территории?

/

ГЛАВА III

ТИПЫ ДРЕНАЖА И УСЛОВИЯ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

§ 15. Классификация дренажа на орошаемых землях

По характеру действия и устройству различают естественный

и искусственный дренаж сельскохозяйственных земель.

Естественный дренаж— это подземный отток в горизонталь­ ном и вертикальном направлениях и отток в атмосферу — испа­ рение. В горных и предгорных районах реки часто служат есте­ ственным дренажем, так как они проходят в глубоких каньонах со значительными уклонами. Падение рельефа к реке способст­ вует не только стоку поверхностных, но и грунтовых вод. Испа­ рение с поверхности почвы, если земельные территории большие и грунтовые воды близки к поверхности, дает ощутимые резуль­ таты. Регулирование уровня грунтовых вод за счет испарения с поверхности почвы неорошаемых земель получило специаль­ ное название — сухой дренаж. Но следует отметить, что отток

56

грунтовых вод с орошаемых полей в сторону неорошаемых вы­ зывает интенсивное засоление их.

Наличие естественного подземного оттока грунтовых вод создает благоприятные мелиоративные условия, и, если он пре­ валирует над приходной частью водного баланса, то на такой территории не требуется строить искусственный дренаж.

Испарение с поверхности почвы и транспирация, хотя и сни­ жают уровень грунтовых вод, но в орошаемых районах, как пра­ вило, способствуют накоплению солей в активном слое почвы (Южный Хорезм, Каракалпакская АССР, Бухарский оазис, Центральная Фергана, Голодная степь, Чуйская, Мургабская, Вахшская долины, Муганская степь и др.).

Искусственный дренаж подразделяется на биологический и гидротехнический.

Биологический дренаж — это посев влаголюбивых травяни­ стых растений (люцерна) и закладка лесных насаждений вдоль каналов и дорог. Гидротехнический дренаж подразделяют на

горизонтальный (открытый и закрытый) и вертикальный. Гори­ зонтальный открытый дренаж делится на постоянный и времен­ ный. Временные дрены устраивают обычно на период промывок при больших промывных нормах. По характеру действия и конст­ руктивным элементам искусственный гидротехнический дренаж можно подразделить на: 1) перехватывающий дренаж; 2) дренаж с механическим водоподъемом; 3) дренаж с усилителями; 4) ва­ куумный дренаж. Горизонтальный (постоянный) дренаж бывает мелким (до 1,5 м) и глубоким (2,5—3,5 м). В зависимости от материала горизонтальный (закрытый) дренаж подразделяется на: 1) трубчатый — из гончарных, бетонных, деревянных, асбе­ стоцементных, пластмассовых, стеклянных гидрофобных труб; 2) жердяной, фашинный и кротовый. Целесообразность приме­ нения каждого из указанных типов и видов дренажа определя­ ется природными и хозяйственными условиями (почво-грунты, рельеф, наличие энергетических ресурсов и машин для произ­ водства строительных работ, свойства возделываемых культур, состав воднорастворимых солей и т. д.).

§ 16. Конструкция горизонтального (траншейного] дренажа

Горизонтальный систематический трубчатый дренаж — это система круглых гончарных труб, укладываемых впритык в дренажной траншее. Диаметр их определяют гидравлическим расчетом. Внутренний диаметр гончарных труб по ГОСТу 5—25 см и более. Трубы укладывают в виде сплошных линий. Для лучшей вентиляции почвы дренажная труба не должна ра­

правильную цилиндрическую форму с одинаковой по всей длине

57

толщиной стенок. Изготовляют их из глины с малым содержа­ нием извести, хорошо мятой, без посторонних включений (кам­ ней, корневищ и т. и.). Обжиг дренажных труб должен быть качественным. Вес дренажной трубы диаметром 5 см 1,4 кг, диаметром 20 см — до 8 кг. Внутренняя поверхность стенок труб

План

Продольный разрез

Рис. 9. Гончарный дренаж (план и продольный разрез с наблюдательными колодцами):

Н. Н. Павловскому « = 0,012, по Базену ч=0,16). Наружная по­ верхность труб не должна шелушиться. Кислотоупорность труб проверяют так: после кипячения трубы в течение часа в 10%- ном растворе НС1 острый нож не должен в нее врезаться больше чем на 1 мм. Отклонения диаметра отдельных труб от среднего диаметра всей партии более 50—70% толщины стенок труб не допускаются. Высота дуги искривления не должна превышать

2—4% длины трубы.

Дренаж из б е т о н н ы х т р у б в СССР почти не приме­ няется, хотя бетонные дренажные трубы имеют ряд достоинств. По гладкости стенок, правильности размеров, крепости они превосходят гончарные трубы. Бетонные трубы изготовляют из смеси цемента с песком в пропорции От 1 : 3 до 1:5. Однако

они разрушаются под действием сернистого железа, гуминовых

В8

кислот и растворимых солей. Хлориды и карбонаты менее вред­ ны. Если грунтовые воды содержат 0,1% сернокислых солей, бетонная труба начинает разрушаться. Поэтому на торфяных и засоленных почвах использовать бетонные трубы не рекомен­ дуется.

А с б е с т о ц е м е н т н ы е т р у б ы имеют ряд преимуществ перед гончарными и бетонными. Они солеустойчивы, стенки их менее шероховаты. Большая длина их (70—80 см, в перспекти­ ве 3—4 м и более) исключает случаи выхода из строя отдель­ ных звеньев, что может нарушить работу всей дренажной линии. Звенья асбестоцементных труб закрепляют с помощью растру­ бов или колец (муфт). В такие трубы грунтовая вода поступает не через стыки, а через круглые отверстия диаметром 5—6 мм или узкие щели (пропилы) шириной 2—3 мм в нижней части. Асбестоцементные трубы изготовляют из строго фондируемого материала, потому они дороже гончарных и бетонных.

Д р е н а ж н ы е т р у б ы из п л а с т и ч е с к и х ма с с позволяют снизить стоимость дренажа в 5—6 раз, увеличить производительность труда в 20 раз. Из полимерных материалов наиболее пригодным для этого оказался винипласт. У него до­ статочная механическая прочность, химическая стойкость при относительно малой стоимости. Из винипласта на заводах изго­ товляют дренажные трубы различных диаметров длиной до б м. При строительстве глубокого горизонтального дренажа перспек­ тивно применение труб из термопластов (полиэтилена и твердого поливинилхлорида). Они устойчивы к коррозии, надежны в экс­ плуатации. Срок их службы 50—100 лет. В настоящее время вы­ пускаются трубы диаметром до 300 мм. Ограниченность сорта­ мента, дороговизна тормозят внедрение полиэтиленовых и винипластовых труб в водохозяйственное строительство.

П о р и с т ы е д р е н а ж н ы е т р у б ы из п л а с т о р а с т - в о р а. Гончарные и асбестоцементные трубы не отвечают тре­ бованиям производства из-за трудоемкости и сложности их изготовления. Стоимость дренажа из таких труб удорожается необходимостью устройства гравийно-песчаного фильтра. Фильт­ рующая обойма нередко обходится в два-три раза дороже самих труб.

Можно обойтись без фильтра, если непосредственно на дно траншеи уложить дрены из склеенных пористых труб. Вода по­ ступает в них не через стыки, как в гончарных дренажных тру­ бах, а через поры в стенках. Однако гидрофобные песчано-би­ тумные трубы-фильтры в условиях жаркого климата неприме­ нимы: они размягчаются под действием высоких летних темпе­ ратур. Прочность их низкая (15—20 кгс/см2). При внутреннем диаметре 15—20 см трубы не выдерживают нагрузки грунта за­

59