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

зимний период необходима для разгрузки станции весной и под­ держания водно-воздушного и микробиологического режима в почве, обеспечивающего накопление усвояемых питательных ве­ ществ.

Для перекачки воды с осушаемой территории в водоприемник используют центробежные (горизонтальные и вертикальные), пропеллерные и винтовые насосы низкого давления. Мощность насосной установки Млс определяют по формуле:

h2— при выходе воды в конце нагнетательной трубы;

hf — потери напора на трение в трубах, коленах, клапанах и т. п. (по гидравлическим справочникам);

г;— КПД насоса.

§ 21. Биологический дренаж

Биологическим дренажем называют лесонасаждения и мно­ голетние травы (люцерна) с глубокой корневой системой (3— 4 м). Лесные насаждения вдоль оросительных каналов перехва­ тывают корнями фильтрационные и грунтовые воды и расходуют их на транспирацию. В результате уровень грунтовых вод сильно снижается. Этот процесс ощутимо уменьшает соленакопление в активном слое почвы.

По данным В. С. Малыгина, хорошая дрена на каждый метр длины принимает и отводит 54—62 м3 грунтовой воды в год, а одно дерево за этот же срок испаряет 50—90 ж3. Следовательно, лесная полоса в 5—10 м ширины с 5—10 деревьями может уда­ лить из почвы грунтовой воды больше, чем дрены. Лесные поло­ сы вдоль каналов имеют такую же депрессионную кривую, что и дрены.

По данным С. П. Сучкова, в совхозе «Пахтаарал» (Голодная степь) сфера влияния двухрядной лесной полосы из ивы распро­ странялась на расстояние 150—170 м. Разность горизонтов воды 1—0,7 м. Для лесных полос подбирают местные породы, выдер­ живающие сильную жару, сухость воздуха, ветры и другие не­ благоприятные условия. Этим требованиям удовлетворяют:

80

шелковица, тополь, вяз мелколистный (карагач), лох (джида), айлант, клен, ива, ясень. Из более высокорослых и долголетних: орех, платан; из плодовых культур — абрикос, вишня, черешня и др. Данные о размерах транспирации основных пород деревь­ ев, рекомендуемых для Средней Азии, приведены в табл. 11.

Т а б л и ц а 11

Суммарное испарение за разные периоды и среднее дневное испарение (по Л . В . Е л и с е е в у ), л

Полезащитные лесные полосы закладывают вдоль магист­ ральных и хозяйственных каналов, групповых и участковых распределителей перпендикулярно к направлению преобладаю­ щих в данной местности ветров. Они не должны препятствовать движению сельскохозяйственных машин и механизмов при очистке дна и откосов оросительной и осушительной сети.

Полезащитные лесные полосы размещают в двух пересекаю­ щихся под прямым углом направлениях с учетом эффективности ветроснижающего действия насаждений на расстоянии, равном 20—30-кратной высоте деревьев. Продольные лесные полосы закладывают на расстоянии 600—800 м друг от друга, расстоя­ ние между поперечными полосами 1000—1500 м.

Эффективность биологического дренажа. Под влиянием дре­ весных насаждений величина общей депрессии грунтовых вод колеблется в пределах 150—200 м, при многорядных посадках

10—20 тыс. м3 почвенно-грунтовых вод. Следовательно, из вод­

В середине поливных участков (с расчетом сохранения их площади не менее 10 га) в понижениях устраивают дополни­ тельную полосу древесных насаждений, чтобы дополнительно снизить уровень грунтовых вод, ломая депрессионную кривую на их гребне. В таких случаях необходимо решать, что вы­ годнее: биологический дренаж или глубокий горизонтальный, вертикальный дренаж, требующий больших затрат труда и средств.

Лесные насаждения по сравнению с гончарным дренажем и противофильтрационными мероприятиями требуют небольших капитальных вложений. Они смягчают микроклимат орошаемых участков, предохраняя посевы хлопчатника и других сельскохо­ зяйственных культур от вредногб действия суховеев (гармсиль). Затеняя каналы, они уменьшают испарение с водной поверхно­ сти, снижают скорость ветра над поверхностью почвы.

Плодовые культуры, растущие вдоль оросительной сети, еже­ годно приносят доход, а древесные породы являются источником строительной и поделочной древесины.

Но при всей положительной роли биологического дренажа в регулировании водного режима почв солевой баланс практиче­ ски не меняется. Расходуемый растениями на транспирацию зна­ чительный объем грунтовых вод не затрагивает солей, раство­ ренных в почвенно-грунтовых водах. Эти соли остаются в поч­ вах и грунтовых водах. Биологический дренаж дает хорошие результаты не в первые годы после посадки, а через 5—10 лет.

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы 123456789

1.Расскажите о классификации дренажа орошаемых земель.

2.Дайте характеристику дренажа из различных материалов (гончар­ ных, асбестоцементных, пластмассовых). В чем их преимущества и недо­ статки?

3.Перечислите преимущества и недостатки открытого и закрытого горизонтального дренажа.

4.Из каких операций состоит технологический процесс строительства горизонтального дренажа (открытого и закрытого)? Какие механизмы при­ меняют для устройства дрен?

5.Дайте характеристику временного дренажа и условий его приме­

нения.

6.В чем сущность дренажа с усилителями? Каковы условия его при­ менения?

7.Что такое вакуумный дренаж? Расскажите о его конструкции, эф­ фективности и условиях применения.

8.Какие меры предпринимают, чтобы предотвратить заболачивание низменности? Как выбирают вариант схемы осушения ее механическим водоподъемом ?

9.Расскажите о биологическом дренаже, его преимуществах и недо­ статках.

82

ГЛАВА IV

ОСУШИТЕЛЬНАЯ РЕГУЛИРУЮЩАЯ СЕТЬ НА ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЛЯХ, КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА

§22. Назначение регулирующей осушительной сети

исхемы ее действия

Осушительная сеть (зауры, горизонтальный систематический трубчатый дренаж) регулирует водно-солевой и воздушный ре­ жимы осушаемой площади в нужных для хозяйственного, исполь­ зования размерах. Действие осушительной сети должно быть направлено на регулирование избыточных поверхностных и грун­ товых вод, которое синхронно обеспечивает необратимое удале­ ние солей с дренажной водой.

Регулирующая осушительная сеть на заболоченных землях извлекает из почвы избыточную влагу, превращая ее в состоя­ ние водных токов при сохранении нужного режима влажности в почве. Собранная регулирующей сетью вода отводится в про­ водящую сеть и затем — в водоприемник. Водоприемником осу­ шительной системы служат реки, озера, котловины и впадины.

В результате действия регулирующей осушительной сети излишняя вода удаляется из почвы, улучшается аэрация, соз­ даются необходимые пищевой и тепловой режимы, усиливается газообмен и изменяются физические свойства почвы.

Осушительная сеть может проектироваться как для отвода избыточных поверхностных вод, так и для отвода грунтовых вод. Характер и состав регулирующей осушительной сети зависит от причин и условий заболачивания, хозяйственного использования земель и гидрогеологических условий.

На орошаемых землях, где основной причиной засоления и заболачивания является подъем грунтовых вод, регулирующая осушительная сеть представлена различными видами дренажа.

Конструкция и расчет горизонтального дренажа. Расстояние между горизонтальными дренами и их глубину определяют с уче­ том скорости фильтрации грунтов, в которых заложены дрены; геологических и гидрогеологических условий; величины дренаж­ ного модуля (в л/сек с 1 га); хозяйственного использования осу­

шаемых земель.

Расположение дренажной сети в плане зависит от того, ка­ кую задачу решает дренаж и каковы гидрогеологические усло­ вия на осушаемой территории. Если дрены располагают парал­ лельно гидроизогипсам или под малым углом к ним, такая схема расположения дренажа называется поперечной, и при больших уклонах поверхности грунтовых вод дренаж работает, как перехватывающий. Если дрены на местности расположены пер­ пендикулярно к гидроизогипсам, то такая схема расположения

называется продольной, и дренаж в этом случае понижает уро­ вень грунтовых вод на площади (рис. 29).

Дрены, отводя грунтовые воды, снижают их уровень на глу­ бину, при которой исключается опасность заболачивания и засо-

I

V / / / / / / / / / / ,^ '/ / / / / / / / / / A

Арены ^Гидроизогипсы

-Открытые^ канавы

------- Закрытый коллектор

------- Осушительный дренаж

Рис. 29. Схема поперечного и продольного дренажа.

ления орошаемых земель (рис. 30). Грунтовые воды близ дрены опускаются глубже, чем посередине. Свободная поверхность грунтовых вод при работе дрены представляет собой криволи-

Рис. 30. Схема осушения грунта системой дрен:

между дренами; h0 —наполнение воды в дрене.

84

нейную поверхность, которая носит название кривой спада или депрессионной кривой. Поскольку наименьшая глубина залега­ ния грунтовых вод при дренаже всегда будет посередине между дренами, то для этой точки и устанавливают ту глубину, на ко­ торую необходимо опустить уровень грунтовых вод, чтобы не было засоления и заболачивания. Эту минимальную глубину за­ легания грунтовых вод, при которой не будет засоления, назы­ вают нормой осушения. Она зависит от минерализации грунто­ вой воды (пресная или соленая), глубины развития корневой системы растений (зерновые, люцерна, хлопчатник), капилляр­ ных и водно-физических свойств почвы и климатических усло­ вий.

Для осушения земель под зерновые культуры в северных районах Европейской части СССР достаточно иметь норму осу­ шения z = 0,3—1,2 м (табл. 12).

В Средней Азии, Южном Казахстане и Закавказье для средне- и сильнозасоленных почв нормы осушения повышают

(табл. 13).

Т а б л и ц а 13

Ориентировочные нормы осушения для засоленных земель по периодам, м

В районах с минерализованными грунтовыми водами норму осушения назначают с таким расчетом, чтобы предотвратить вторичное засоление сельскохозяйственных земель.

85

Процесс засоления верхних горизонтов почвы развивается тогда, когда норма осушения z меньше высоты капиллярного

увеличить до 4—5 м. Однако практически осуществлять такой дренаж трудно и накладно. Опыт эксплуатации дренажа пока­ зал, что в орошаемых районах можно обходиться и при мень­ ших значениях нормы осушения, руководствуясь критической глубиной грунтовых вод. Для лёссовидных суглинков Сред­ ней Азии А. Н. Костяков рекомендует следующие критические глубины:

при создании гидроморфного почвенно-мелиоративного режима и пресной подушки грунтовых вод над минерализованными закладывать дрены на глубину, вычисляемую исходя из кри­

86

регулярно понижается (срабатывается) уровень минерализо­ ванных грунтовых вод. Систематическому обновлению пресной подушки способствуют промывной режим орошения, дренированность почвы, достаточная водоотводящая сеть и водопри­ емник.

Рис. 31. Глубина закладки дрен и разное положение напора грун­ товых вод:

z — начальная глубина от зеркала грунтовых вод до поверхности земли; z 0 —про­ ектная норма осушения; Н х — максимальный действующий напор; Н н 0 —напор в момент достижения нормы осушения; —минимальный напор.

§ 23. Приток воды к дренам и расстояние между дренами

Определяя приток воды к дренам, А. Н. Костяков рассма­ тривает три принципиальные схемы: 1 ) дно дрены расположено на водоупоре; расстояние от дна дрены до водоупорного слоя а = 0 (рис. 32); 2) водоупор занимает промежуточное поло­ жение, т. е. он расположен от дна дрены на расстоянии

а < -у-; 3) водоупорный слой залегает бесконечно глубоко'

дренами. Первый и третий расчетные случаи являются част­ ными случаями общей схемы расположения дрены в водонос­ ном слое ограниченной мощности. Каждая схема рассматри­ вается для двух типов питания грунтовых вод — местного (а) и внешнего (б). Внешнее питание грунтовых вод на орошае­ мых землях встречается очень редко. Под внешним питанием следует понимать приток грунтовых вод со стороны, напри­ мер: фильтрационные потери из оросительных каналов, с уча­ стков, расположенных на более высоких отметках, чем рас­ сматриваемый массив. При внешнем питании грунтовых вод приток к дрене в любом сечении от дрены будет постоянным.

Величина притока к дрене при местном питании грунтовых вод будет переменной—она может либо нарастать, либо убы­ вать. При местном питании грунтовые воды пополняются за счет инфильтрации поверхностных вод в зоне действия дрены

87

Рис. 32. Схема притока воды к дренам:

] —местное питание; 2 — внешнее питание.

Р\ и поступления напорных грунтовых вод Р2. Значение Рг определяется, как разница между суммой водоподачи и атмос­ ферных осадков и суммарным испарением и транспирацией И. Величина Р2 будет только в случае, когда грунтовые воды

напорные (Голодная степь, Ферганская долина, межгорные теснины).

О п р е д е л е н и е п р и т о к а к г о р и з о н т а л ь н о й д р е ­ не, л е ж а щ е й на в о д о у п о р е (а = 0 ), и при м е с т н о м

88

равного напора является перпендикуляром, длина которого равна ординате у.

При расположении дрены на горизонтальном водоупорном слое и местном питании, для установившегося движения грун­ товых вод, можно написать следующее дифференциальное уравнение:

принимаем равным количеству воды, просачивающейся с по­

89