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

зу, должен быть таким, чтобы уровень воды на дне траншеи не падал ниже первоначального. Созданная таким образом водя­ ная подушка предохраняет дренажную линию от разрушения и заиления мутным потоком, образованным водой, которая пода­ ется сверху.

Продолжительность замочки в часах ориентировочно можно

равнивают на второй-третий день после окончания работ по за­ мочке, чтобы избежать неравномерного высыхания грунта и об­ разования трещин на высоте засыпкн.

Если фильтровая обсыпка и полость дренажных труб не заи­ ливаются, значит комбинированная замочка сделана хорошо и дренаж будет работать исправно.

Комбинированная замочка должна отвечать следующим

т е х н и ч е с к и м у с л о в и я м :

1) смотровые колодцы должны быть герметичны;

2 ) в устьевом сооружении устраивают зуб из уплотненного грунта;

3)выпор защищаемого фильтром грунта при максимально возможных выходных градиентах не допускается;

4)вынос мелких фракций из фильтра при тех же градиентах не допускается.

По данным САНИИРИ, опыт применения дреноукладчиков

Д-'251 в совхозах Голодной степи показал, что стоимость дре­ нажных работ по сравнению с ручным способом снижается при­

мерно в три с лишним раза. Все же стоимость строительства 1 пог. м закрытого горизонтального дренажа пока что довольно высока. Снижение стоимости дренажа может быть достигнуто изысканием наиболее дешевых материалов для изготовления дренажных труб и фильтра, уменьшением транспортных расхо­ дов, специализацией предприятий, производящих трубы.

Одним из основных путей снижения стоимости дренажного строительства является комплексная механизация всех опера­ ций технологического процесса, создание новых специальных высокопроизводительных машин.

§ 18. Временный, перехватывающий дренаж, дренаж с усилителями

Временный дренаж, как указывалось выше, применяется при промывке засоленных земель с близкими грунтовыми водами. Временные дрены устраивают в тех случаях, когда постоянные

70

дрены не справляются с понижением грунтовых вод на необхо­ димую глубину к намеченному сроку. Заболачивание промыва­ емых участков задерживает весенние полевые работы.

Расстояние между временными дренами на старопахотных землях 50—60 м, на переложных засоленных землях — 20—30 м. Глубина временных дрен не меньше 0,8 м. Им придают необхо­ димый уклон.

На промываемом участке временные дрены нарезают нерав­ номерно: гуще в центральной части и реже в полосе, прилегаю­ щей к постоянным глубоким дренам и к землям с относительно большой глубиной грунтовых вод. Временные дрены нарезают канавокопателями КМ-800, КМ-1400, Д-267 в сцепе с трактора­ ми ДТ-75 за один проход. За рабочий день можно нарезать 10— 15 км временных дрен. Стоимость 1 м нарезки 0,7—1 коп.

Временные дрены нарезают в таком порядке. Сначала наре­

дрен производится грейдером или бульдозером. Дрены засыпа­ ют лишь перед началом весенних полевых работ, так как при наличии временных дрен весенние осадки способствуют даль­ нейшему опреснению почвы.

Перехватывающий дренаж в отличие от местного горизон­ тального дренажа строится в особых случаях, когда грунтовые воды, двигаясь в горизонтальном направлении, заболачизают территорию. Источником подземного потока могут быть крупные каналы и водохранилища. Перехватывающий дренаж (коллек­ тор) прокладывают обычно параллельно каналу, фильтрацион­ ные потоки которого вызывают заболачивание. Сечение перехва­ тывающего дренажа или коллектора рассчитывают обычным гидравлическим способом

Дренаж с усилителями. Усилителями горизонтального (от­ крытого) дренажа служат скважины, пробуренные на дне дрены через определенное расстояние до водоносного слоя. Усилители оборудуют обсадными трубами и фильтром, как вертикальные дрены. Дебит коллектора усиливается благодаря поступлению ■грунтовых вод из нижних слоев самоизливанием через усили­ тели.

Проектирование коллектора с усилителями возможно только при наличии мощного водоносного слоя, покоящегося на галеч­ никах или песках.

Расчет коллектора с усилителями сводится к определению числа усилителей на. 1 пог. км. Поэтому расстояние между кол­ лекторами и суммарный дебит каждого коллектора, безусловно, увеличивается.

71

Расход, собираемый коллектором, оснащенным усилителями (при хорошем водоносном слое), получается в-3—4 раза больше, чем без усилителей. Это вполне оправдывает дополнительные затраты на устройство усилителей. Однако следует отметить, что усилители для горизонтальных дрен в производстве пока ве применяются. Это объясняется тем, что расчеты усилителей нуждаются в уточнении и в дополнительных полевых и произ­ водственных исследованиях.

§ 19. Вакуумный дренаж

Большинство ученых-мелиораторов высказывается за строи­ тельство глубокого и редкого дренажа. В осушении заболочен­ ных и опресненных засоленных земель основную роль играют коэффициент фильтрации почво-грунтов, в которых заложен дренаж, и действующий напор, т. е. превышение поверхности грунтовых вод в междудренье над горизонтом воды в дренах. Из этих двух параметров коэффициент фильтрации К не может быть изменен, а действующий напор Н можно изменять в не­ которых пределах за счет изменения глубины закладки дрен. Естественно, чем глубже закладывается дрена, тем больше дей­ ствующий напор и наоборот. Однако закладывать дрены на глу­ бину даже 3—4 м на староорошаемых землях, где ниже 2 м зале­ гают пески-плывуны, очень трудно.

В. А. Калантаев (1965) предложил новый способ увеличени действующего напора в дренах без их заглубления путем созда­ ния вакуума в полости дрены.

В порах водоносного грунта содержатся пузырьки воздуха, сжатого силами поверхностного натяжения водных пленок. С понижением атмосферного давления сток воды в дренах увели­ чивается, при повышении — уменьшается. О том, как влияет изменение давления, создание вакуума на напор и расход дрены,

Из табл. 10 видно, что создание вакуума в полости дрен уве­ личивает напор в три-семь раз. А приток грунтовых вод в дрены (расход) возрастает от 3,5 до 6,9 раза.

72

При создании вакуума в полости дрены от резкого увеличе­ ния градиента напора и скоростей потока струйчатое движение начинает переходить в вихревое, что приводит иногда к выносу грунта из прифильтровой зоны, происходит кольматаж фильтра и пескование вакуумного дренажа. Длительное пескование мо­ жет вызвать воронку обрушения на поверхности земли, поломку или смещение дренажных линий. Поэтому для определения наи­ большей допустимой скорости фильтрации грунтовых вод на по­ верхности фильтра В. А. Калантаев на основании формулы С. К. Абрамова предложил зависимость:

Величина притока грунтовых вод <70 к вакуумным дренам в опытах В. А. Калантаева имела хорошую сходимость со следую­

И— напор без вакуума, м;

К— коэффициент фильтрации, MjcyiKu.

Обозначим буквой 8 коэффициент водоотдачи грунта, тоща при неустановившемся движении за промежуток времени dt напор грунтовых вод уменьшается на величину dh.

Очевидно, что за время dt объем грунтовых вод между двумя дренами уменьшится на величину bLdk. Следовательно, можно записать следующее дифференциальное уравнение:

— bLdh = (А + hv) dt,

где qx — удельный приток воды при единице напора грунтовых вод.

При интегрировании этого уравнения в пределах от h ==//,

73

Подставив в формулу (3.5) значение qu которое равно:

1т.Ка (■! 0,4 In

На рис. 22—23 показаны схема размещения вакуумированного дренажа на поливном участке и его основные элементы.

Глухой собиратель 6 из длинномерных асбестоцементных труб диаметром 141 мм впадает в герметически закрытый коло­

системе регулируется вентилем 2 и измеряется вакуумметром 3. В закрытый собиратель на расстоянии 100 м друг от друга впа­ дают дрены 7 из длинномерных перфорированных в нижней ча­

74

При вакуумировании дренажных систем выделяются два ха­ рактерных момента:

1) когда над дренами имеется участок «нависания» и ветви кривой депрессии сомкнуты выше дрены (рис. 24). В этом случае

Рис. 23. Отдельные элементы вакуумированного дренажа (по В. А. Ка-

лантаеау):

1 —насос водяной; .2—вентиль; 3 — вакуумметр; 4 —вакуум-на-.•;«5—наблюдательный колодец; 6 —дренособиратель; 7 —дрены.

приток воды к дренам увеличивается пропорционально создаваемому вакууму. Водоприемная поверхность дрены остается та­ кой же, как и до вакуумирования;

2 ) когда над дренами нет участка «нависания», а ветви кри­ вой депрессии не имеют общей точки смыкания и пересекаются с дреной. В этом случае при наложении вакуума приток воды к дренам увеличивается уже не пропорционально созданному в

Рис. 24. Приток воды к дренам при наличии участка нависания v (У) и без него (2)ЛГ1унктиром обозначен статический горизонт грун­ товых вод до включения дренажа в работу (по В. А. Калантаеву):

У—4 —положение депрессионных кривых в зависимости от продолжительности ра­ боты дррнажа. Расстояние между скважинами и см.

'75

Поддерживать вакуум в дренах более 0,5 м вод. ст. трудно. Для увеличения вакуума рекомендуют (В. А. Калантаев) применять воздухонепроницае­ мые шторы из полиэтиленовой пленки (рис 26).

Характерно, что при снижении горизонта воды у дрены ниже глубины заложения штор (пунктирная линия на рис. 26) возмо­ жен прорыв воздуха. В этом случае критическая величина ваку­ ума зависит от глубины заложения дрен и штор и проницаемости

76

ти ограничивает проектную длину закрытых дрен. При вакуу­ мировании дрен эту длину можно удвоить, уменьшив их уклон. Из-за разности давления в начале и устье вакуумированной дрены скорость течения воды в ней увеличивается. Вакуумированный дренаж (0,05—0,1 ат) отводит воды в три-четыре раза больше, чем обычный.

Допустим, что глубина обычных дрен 1,5 м, междудренное расстояние— 150 м. Следовательно, удельная протяженность

дренажа: -щ - =67 м/га. Стоимость 1 м дренажа 12 руб.

Капитальные вложения на 1 га будут составлять 67X12 = 804 руб. При вакуумировании междудренье можно принять 400 м, удельная протяженность будет 25 м/га. Стоимость вакуумиро-

ванного дренажа на 1 га: 25X12 = 300 руб.

На каждые 2000 м (или 80 га) необходима небольшая насос­ ная станция для откачки воды и воздуха из дренажных систем. Стоимость здания насосной станции и герметически закрытого колодца 300 руб., или 3,75 руб/га. Стоимость водяных и вакуумнасосов с электромоторами 1600 руб., или 20 руб/га. Всего капи­ таловложений — 323,75 руб/га.

Эксплуатационные затраты: а) содержание обслуживающе­ го персонала 80X3X12 = 2880 руб., или 36 руб/га в год; б) стои­ мость электроэнергии— 15 кетX 24X200 сут. X 0,019= 1365 руб., или 17 руб/га в год. Мощность электромоторов для водяных насосов 10 кет, для вакуум-насосов—5 кет, стоимость 1 кет электроэнергии 1,9 коп. Итого эксплуатационных затрат —

53руб/га.

Как показывают расчеты, стоимость капитальных вложений

в строительство вакуумированного дренажа (804 : 323,75) в 2,47 раза меньше, чем стоимость обычного дренажа. Эксплуатационнвю затраты (53 руб/га) быстро окупятся ускорением освоения засоленных земель и повышением урожайности хлопчатника и других сельскохозяйственных культур.

Через 2—3 года пахотный и корнеобитаемый слои почвы оп­ реснятся и тогда надобность в вакуумировании временно отпа­ дает. Когда минерализация верхних горизонтов грунтовой воды

§ 20. Осушение с механическим подъемом б о д ы

Осушение с механическим водоподъемом применяется в основном тогда, когда подлежащая осушению площадь пред­ ставляет собой замкнутую низменность. При высоком горизонте воды в водоприемнике или его удаленности приходится также прибегать к механическому (машинному) подъему воды из осу­ шительной сети и перекачке ее в водоприемник или в канал, по

77

которому вода самотеком отводится за пределы осушаемой тер­ ритории.

Машинный подъем воды обходится сравнительно дорого, поГтому к нему прибегают только тогда, когда отвод воды самоте­ ком (включая и регулирование водоприемника и обвалование)' или технически неосуществим, или экономически невыгоден. При механическом подъеме необходимо принять все меры к умень­ шению количества перекачиваемой воды с осушаемой площади (защита осушаемой низменности от затоплений со стороны, устройство нагорных и разгрузочных каналов, обвалование во­ дотоков, проходящих через данную низину и т. д). В результате увеличиваются капитальные затраты на мелиорацию, но зато уменьшается количество откачиваемой воды и, следовательно, снижаются эксплуатационные расходы и стоимость водоподъем­ ной насосной станции.

Заболачивание низменности поверхностными водами может быть предотвращено устройством нагорных каналов для пере­ хватывания вод, стекающих с вышележащей водосборной пло­ щади; устройством обвалованного русла или канала для пропус­ ка вод, поступающих с водосборной площади (рис. 27); перекачкой

Рис. 27. Схема предотвращения заболачивания низменности (по

А. Н. Костякову).

воды из обвалованной низменности. Первый способ самый дешевый и потому шире распространен в практике; второй применяется, когда осушаемая низменность имеет узкую и вытя­ нутую форму (поймы) по длине реки; третий способ наиболее дорогой и применяется в исключительных случаях, когда два первых неприемлемы.

Водоподъемную станцию рекомендуется располагать с усло­ вием максимальной площади осушения при меньшей длине от­ водного канала и сохранности его от повреждения рекой во вре­ мя паводков и зажоров.

■Если осушаемая низменность разделена на несколько участ­ ков, с каждого участка излишнюю воду перекачивают отдельной насосной станцией. Устройство нескольких насосных станций удорожает их Ьтоимость и эксплуатацию, зато позволяет умень­

78

шать размеры осушительных ка­ налов, увеличивает равномерно­ сть осушения.

Устройство на большой пло­ щади одной насосной станции имеет свои недостатки: 1) боль­ шая длина главного осушитель­ ного канала, он имеет большое сечение и его нужно проводить через нижнюю часть низменно­ сти; 2 ) обычно уклон низменно­ сти незначителен, и поэтому глав­ ному каналу приходится прида­ вать искусственный уклон, что вызывает заглубление канала у водоподъемной станции, удоро­ жает его стоимость и увеличивает мощность станции.

При решении вопроса все эти способы должны быть взвешены по основным технико-экономиче­ ским показателям. В конечном итоге должен быть выбран наи­

более выгодный вариант. Возможные варианты схемы осушения низменности с механическим подъемом воды показаны на рис. 28.

Мощность мелиоративной водоподъемной (насосной) стан­ ции, которая располагается в нижней части осушаемого участка, у дамбы обвалования может быть уменьшена за счет постройки перед станцией регулирующего резервуара или увеличения ем­ кости осушительных каналов. ,В дамбе обвалования строят водо­ спускной шлюз, работающий в период низкого горизонта воды в водоприемнике, что также уменьшает мощность насосной стан­ ции.

Объем резервуара рассчитывают так, чтобы после закрытия водоспускного шлюза насосы могли работать равномерно и во­ да, поступающая в резервуар, не подтопляла осушаемой пло­ щади. При расчете размеров и объема резервуара учитывают и то, чтобы горизонт воды в нем при паводках не превышал допу­ стимого уровня в осушительной сети. Желательно, чтобы уро­ вень воды в резервуаре допускал частичное его опорожнение самотеком.

Резервуар проектируют на 0,5—1 м ниже дна осушительного канала в месте впадения его в резервуар. Это необходимо для осаждения ила на дно резервуара, а не осушительного канала. Режим работы водоподъемной станции рассчитывается, исходя из конкретных гидрологических и сельскохозяйственных усло­ вий, и колеблется в пределах 50—120 суток в году. ^

Леоиодическая работа мелиоративной насосной станции в

79