книги из ГПНТБ / Шкинкис, Ц. Н. Проблемы гидрологии дренажа

быть определен по формуле

Ч=А-ттг- (98)

где г| является отношением ширины зоны пассивного и активного осушения, т. е.

t (1,2—1,3 м) на легких су­ глинистых и супесчаных почвах распространяется до 10—15 м от дрены в зави­ симости от степени оглеения. При мелком разре­ женном дренаже в зоне пас­ сивного осушения режим влажности почвы и, следо­ вательно, условия обра­ ботки почвы и развития сельскохозяйственных куль­ тур мало отличаются от этих условий на недренированных полях. При наличии такой зоны резко уменьша­ ется водоаккумуляционная способность почвенного про­ филя, теряется большая часть тех полезных качеств, которые присущи ' дрениро­ ванным почвам по сравне­ нию с недренированными.

Рис. 44. Календарный график мо­ дулей дренажного стока (1) и уровней грунтовых вод (2) для периода с 25/Ш 1957 г. по 10/1 1958 г. Приекули.

Предположение, что величина коэффициента депрессии <р дол­ жна возрастать по мере увеличения Е, вполне подтверждается натурными наблюдениями. Как видно из приведенных в табл. 50 данных, численные значения <р при увеличении Е возрастают как в фазе спада, так и в фазе подъема цикла действия дренажа. Из этой таблицы также видно, что на легких дерново-подзолистых почвах коэффициент депрессии ф возрастает при увеличении глу­

1 1 0

бины закладки дрен t. При этом относительное влияние t на ве­ личину ф в фазе спада цикла действия дренажа несколько больше, чем в фазе подъема [170]. Но закономерное увеличение ф при увеличении t хорошо выражено лишь на дерново-подзолистых поч­ вах, что, видимо, связано с генетическим строением этих почв. На тяжелых дерново-глеевых почвах эта закономерность прояв­ ляется слабее, а на тяжелых дерново-карбонатных почвах практи­ чески не существует (см. табл. 62).

Из вышеприведенных данных следует, что независимо от сте­ пени дренирования кривые депрессии в пределах гидрологического года, а также в пределах одного цикла действия дренажа подвер­ гаются значительным деформациям. Причины этого явления час­ тично проанализированы выше при изучении свойств кривых мо­ дуля дренажного стока q = f(h).

Наблюдения показывают, что в пределах одного цикла дейст­ вия дренажа значительные колебания кривой депрессии с резкими изменениями ее формы могут сопровождаться соответствующими колебаниями (пульсацией) дренажного стока, причем эти колеба­ ния не всегда обусловливаются гидрометеорологическими факто­ рами (рис. 44). Основной причиной такой пульсации кривой деп­ рессии и дренажного стока является неустановившееся движение грунтовых вод на дренированном участке бассейна грунтовых вод, неравномерное движение инфильтрационного потока в полосе ме­

жду дренами ^особенно при условии - ^ - > 0 ^ , а также неравно­

мерное движение потока грунтовых вод в сторону дренированного участка с других прилегающих участков бассейна (рис. 45).

Дело в том, что водоупор в одном бассейне грунтовых вод обыч­ но находится на разной глубине от поверхности, так же как и уро­ вень грунтовых вод к началу паводкового цикла. Разница в уров­ нях, согласно вышеуказанному, возрастает в процессе инфильтра­ ции, т. е. подъем уровня грунтовых вод будет тем быстрее, чем меньше первоначальная глубина его стояния. Высокий напор, соз­ даваемый на недренированных участках бассейна грунтовых вод,

1 1 1

может вызвать усиленное передвижение последних в сторону дренированного участка. Это явление более вероятное, если в пре­ делах данного бассейна условия инфильтрации сильно различа­ ются.

6. Режим влажности почвы

Режим влажности почвы является важнейшим показа­ телем интенсивности и эффективности гидрологического действия дренажа, от которого непосредственно зависит процесс почвообра­ зования и плодородие почвы. Режим влажности дренированных почв формируется под влиянием водоотводящего действия дре­ нажа, т. е. понижения высоких уровней грунтовых вод. Если об­ щие вопросы почвенной влаги изучены сравнительно хорошо, этого нельзя сказать об изучении режима влажности дренированных почв.

Одним из первых в СССР провел систематические исследова­ ния режима влажности дренированных почв Л. П. Розов. Он уста­ новил, что на тяжелых почвах вблизи дрен влажность почвы на 1,5—2,0% ниже, чем в середине полосы между дренами, причем на полях более старого дренажа это явление выражено сильнее. По­ следнее объясняется изменением свойств почвы под влиянием дли­ тельного осушительного действия дренажа.

Об эффективной влагорегулирующей способности дренажа сви­ детельствуют данные, приведенные А. Н. Костиковым [77]. По этим данным, в дождливое время дренированные почвы имеют меньшую, а в засушливое время большую влажность по сравнению с недренированными почвами (табл. 51), что объясняется способностью дренированных почв лучше поглощать атмосферные осадки.

Во влажные годы степень влажности почвы возрастает по мере увеличения расстояния от дрены [11] (табл. 52).

Как видно из приведенных на рис. 46 и 47 гидроизоплет и кри­ вых обеспеченности, дренаж весьма существенно изменяет режим влажности легких суглинистых почв. Продолжительность переув­ лажнения, а также величина одинаково обеспеченной влажности

1 1 2

Глубина

Глубина

Рис. 46. Гидроизоплеты влажности легкой суглинистой почвы для варианта глубокого (1,5 м) и мелкого (0,9 м) дренажа, имеющих расстояния между дренами £= 20 м. 1962-63 г. Римейкас.

на интенсивно дренированных почвах значительно меньше, чем на недренированных (табл. 53). При дренировании величина макси­ мальной влажности этих почв уменьшается в 1,5—2,0 раза. Степень влажности недренированной почвы в холодный период года в тече­ ние длительного периода времени превышает наименьшую, а также

ПВ была примерно в 2 раза меньше, чем при среднеглубоком разре­

чается от влажности недренированных участков.

Таблица 53

Влажность подпахотного слоя (в весовых процентах) недренированной и глубоко дренированной суглинистой почвы при различных значениях обеспеченности.

Римейкас

114

Не менее значительное увеличение интенсивности регулирова­ ния режима влажности почв имеет место при замене мелкого и сред­ неглубокого дренажа глубоким. Характеристика изменения ре­ жима влажности суглинистой почвы в зависимости от глубины за­ кладки дрен дана на рис. 48, 49, 50 и в табл. 54, 55.

Под влиянием более глубокого дренажа режим влажности наи­ более сильно изменяется в многоводные годы. В 1961-62 г. влаж­ ность подпахотного слоя почвы (30 см) на условно недренированном участке в течение 253 суток стояла выше предела наименьшей

в%

(— 10 см) суглинистой почвы для вариантов глубокого (1,5 м), средне­ глубокого (1,2 м) и мелкого (0,9 м) систематического дренажа. Весен­ ний период 1962-63 г.

влагоемкости (28%), при среднеглубоком систематическом дре­ наже (/=1,25 м, £ = 20 м) — 129 суток, а при глубоком дренаже (/=1,50 м, £ = 20 м ) — лишь 58 суток. При глубоком дренаже влажность подпахотного слоя почвы в этом году не превышала 30%, т. е. все время была меньше предела ПВ, в то время как при сред­ неглубоком влажность выше 30% стояла в течение 115 суток. Ана­ логичные результаты получены и в другие многоводные годы [173, 180, 182]. Из приведенных данных видно, что при увеличении / имеет место закономерное снижение продолжительности стояния высокой влажности легких суглинистых почв. На суглинистых поч­ вах достаточно глубокий дренаж обеспечивает столь интенсивное регулирование режима влажности, что с точки зрения механизации весенние полевые работы могут быть начаты буквально сразу после оттаивания почвы. Это вполне подтверждается исследованиями дру­ гих авторов. По Р. А. Тумас [143], на поле частого глубокого дре­ нажа при /= 1,4 м и £ = 1 0 м влажность суглинистой почвы после ее оттаивания становится оптимальной.

в%

32г

Рис. 49. Кривые продолжительности влажности подпахотного слоя (—30 см) суглинистой почвы.

1 — мелкий дренаж, 1962-63 г.; 2 — глубокий дренаж, 1962-63 г.; 3 — мелкий дренаж, лето, 1962-63 г.; 4 — глубокий дренаж, лето, 1962-63 г.

t М

Рис. 50. Кривая связи между глубиной закладки дрен t и продолжительностью стояния влажности в пахотном слое почвы выше 20% (З^'о-го).

Таблица 54

Влажность (%') легкой суглинистой дерново-подзолистой почвы в зависимости от глубины закладки дрен. Многоводный 1961-62 г.

По данным натурных наблюдений более интенсивное регулиро­ вание режима влажности происходит при таких видах дренажа, ко­ торые обеспечивают наиболее интенсивное и устойчивое понижение

117

Таблица 55

Координаты кривых обеспеченности (продолжительности) влажности суглинистой почвы в зависимости от глубины

закладки дрен для многоводного 1961-62 г.

метрового слоя почвы (7о-5о). Кривую связи между B2i% и 7V-50 можно выразить формулой

Существование довольно четкой связи между режимами уров­ ней грунтовых вод и влажностью почвы также следует из данных других опытов [199]. При существовании этой связи по оптималь­ ной для сельскохозяйственных культур влажности почвы можно определить оптимальную глубину стояния уровней грунтовых вод в данной почве.

Влажность почвы В является функцией вертикальной коорди­ наты по',, глубине у и времени Т. Изменение влажности в слое почвы над уровнем грунтовых вод Н в общем виде можно описать уравнением

где D — коэффициент диффузивности; А — коэффициент Адлера.

118

Некоторые решения этого уравнения [94] в условиях периоди­ ческого избыточного увлажнения не дают практически используе­ мых результатов, поэтому пока пользуются эмпирическими форму­ лами. Так, А. М. Янголь [199] предлагает следующую зависимость для определения влажности почвы по вертикальному профилю от глубины уровня грунтовых вод:

Возникает вопрос: не происходит ли пересушка легких сугли­ нистых и супесчаных почв частым или глубоким дренажем? На этот вопрос надо дать отрицательный ответ. Полевые наблюдения пока­ зывают, что величина минимальной влажности связных минераль­ ных почв в засушливые периоды на полях интенсивного дренажа не меньше, чем на недренированных и экстенсивно дренированных полях (табл. 56, 57 и рис. 49). Не наблюдается снижения мини­ мальной влажности связных минеральных почв и по мере прибли­ жения к глубоким открытым и закрытым дренажным коллекторам или непосредственно над осушительными дренами, где осушение наиболее глубокое и устойчивое. Ряд исследователей указывают даже на увеличение степени влажности интенсивно дренированных почв, по сравнению с экстенсивно дренированными и недренированными почвами, в засушливое время [И, 75, 77, 148]. Указывается, что наиболее благоприятные. условия влажности имеют место вблизи дрен [229]. В наших опытах относительный прирост уро­ жая по мере увеличения степени дренирования, т. е. уменьшения Е

данные, полученные на тяжелых почвах Петерлаукской опытной станции. Там летом 1955 г. влажность пахотного слоя недренированной почвы снижалась до 7% по сухой навеске, а при глубоком систематическом дренаже, имеющем £'==16 м и t= 1,5 м, мини­ мальная влажность была 11,3%. В результате второй укос лю­ церны на недренированном поле дал только 3,7 ц/га сена, а на дренированных полях 20—30 ц/га.

Из сказанного следует, что вопрос о пересушке связных мине­ ральных почв в условиях Прибалтики не является актуальным, и интенсивный дренаж на этих почвах оправдывается как в много­ водные, так и маловодные годы. Видимо, не случайно в Чехосло­ вакии более глубокий дренаж рекомендуется именно для тех рай­ онов, где климат более сухой, а также для осушения южных скло­ нов холмов [291, 293]. Возможность переосушения частым глубоким

119