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

Нецелесообразность мелкого дренажа особенно проявляется в многоводные годы. Так, в 1961-62 г. на слабопроницаемых дер- ново-глеевых почвах Сигулдского опытного участка при мелком (0,9 м) систематическом дренаже верхний полуметровый слой был затоплен грунтовыми водами в течение 8 месяцев. В то же время при среднеглубоком дренаже (1,2 м) продолжительность затопле­ ния этого слоя оказалась примерно в 2 раза меньшей [179]. Данные опытов на Сигулдском участке (табл. 70) в принципе подтверж­ дают вышеприведенные результаты исследований на тяжелых дер- ново-глеевых почвах Лубанской низменности (Дегумпиекский участок).

Таблица 70

Средние характеристики режима уровней грунтовых вод в зависимости от глубины закладки дрен на слабопроницаемых дерново-глеевых почвах.

Сигулдский опытный участок

Так же как на легких минеральных почвах скорость снижения высоких уровней на тяжелых почвах повышается по мере увели­ чения t и уменьшения Е.

Интенсивность осушения более точно можно определить по скорости освобождения почвы от гравитационных вод, рассчитан­ ной на 1 га осушаемой площади. Ее характеризует в единицу вре­ мени уменьшение площади под кривой депрессии. Но так как под влиянием естественных факторов (испарения и транспирации) верх­ ние слои почвы освобождаются от избыточной влаги и на недренированных полях, то разница в скоростях освобождения дрениро­ ванной и недренированной почвы от гравитационных вод ориенти­ ровочно показывает интенсивность осушительного действия данной

X. А. Смилга. Результаты расчета приведены на рис. 62. Видно, что в первый год после закладки дренажа интенсивность осуше­ ния, как и предполагалось заранее, была относительно низкой. В следующие годы интенсивность регулирования дренажем вод­ ного режима тяжелых почв значительно возросла, особенно в ва­ риантах глубокого дренажа (1,5 и 1,8 м). Характерно, что дре­ наж глубиной 1,5 м обеспечивает значительно большую интенсив­ ность осушения, чем нормативный при г1=1,2 м . Дальнейшее

151

заглубление дрен до 1,8 м на тяжелых почвах не приводит к за­ метному приросту интенсивности осушения, как не приводит и к ее снижению (см. табл. 69).

Полевые наблюдения показывают, что сработка высоких уров­ ней грунтовых вод на тяжелых слабопроницаемых почвах весной при более глубоком дренаже до 1,5 м происходит более быстро. Ус­ тойчивое освобождение пахотного и верхнего подпахотного слоя от гравитационных вод после весеннего снеготаяния глубоким дре-1

Рис. 62. Скорость освобождения от гравитацион­ ных вод объема тяжелых дерново-глеевых почв Vп в зависимости от глубины закладки дрен t при £= 20 м. Дегумниеки (по данным X. А. Смилга).

1 — tf=l, 8 м; 2 — *=1,5; 3 — t —1,2 м; 4 — недренировано.

нажем обычно осуществляется на 5—7 суток раньше, чем мелким. Следует еще раз подчеркнуть, что при достаточно частом глубоком дренаже (1,5—1,8 м) затопление грунтовыми водами пахотного слоя даже на тяжелых очень слабопроницаемых почвах является кратковременными или вообще не происходит (см. табл. 68, 69). Это объясняется высокой водоаккумулирующей емкостью более интенсивно дренированных почв, а также повышенной скоростью впитывания воды почвой. По данным Е. Андрияускайте [11], на тяжелых почвах вблизи дрен, где регулирование водного режима наиболее интенсивно, вода впитывается примерно в 2 раза быст­ рее, чем в полосе между дренами, и в 4—5 раз быстрее, чем на недренированном поле.

Причины более быстрого и устойчивого освобождения пахот­ ного и верхнего подпахотного слоя тяжелых почв от избыточных

152

вод при более частом и глубоком дренаже в принципе те же, что и для легких минеральных почв (см. главу I). Но, видимо, следует по данному поводу рассмотреть еще два следующих случая.

Во-первых, предположим, что (рис. 63) на поле частого мел­ кого и на поле более разреженного глубокого дренажа в данный момент времени уровень грунтовых вод залегает примерно на оди­ наковой глубине Н, например, 0,7 м от поверхности земли. Возни­ кает вопрос, на каком из этих полей после выпадания кратковре­ менного сильного ливневого дождя пахотный слой будет осушаться быстрее. Очевидно, в обоих случаях частицы воды (Ах и А2) под

Рис. 63. Схема движения частиц воды на полях частого мелкого и более разреженного глубокого дренажа.

действием гравитационной силы будут двигаться вертикально вниз примерно с одинаковой скоростью, т. е. vx = v2 (если водопроница­ емость почв одинакова), и пахотный слой будет освобождаться от гравитационных вод одновременно, а соответственно, частый, но мелкий дренаж никаких преимуществ не имеет.

Во-вторых, рассмотрим случай, когда первоначальная глубина залегания уровня грунтовых вод значительно меньше при мелком дренаже, по сравнению с глубоким, как это обычно бывает в на­ туре (рис. 60 и табл. 68, 69). Если при глубоком дренаже потоки гравитационных вод двигаются через более мощный подпахотный слой над уровнем грунтовых вод, частично аккумулируясь в этом слое, то при мелком они быстро доходят до высоко стоящей депрессионной поверхности уровня грунтовых вод и резко подни­ мают ее. Нередко этот подъем достигает пахотного слоя, вследствие чего наблюдается затопление его на довольно продолжительное время. Этим объясняется наблюдаемое в натуре продолжительное переувлажнение и затопление верхних слоев почвы при мелком дре­ наже, чего не бывает при глубоком (табл. 69).

153

Из приведенных в главах I и II данных следует, что как на легких хорошо проницаемых, так и на тяжелых слабопроницаемых почвах наиболее интенсивное регулирование уровней происходит при наибольшей степени дренирования, т. е. при более частом и глубоком (до 1,5 м) дренаже. При достаточной глубине дренажа в обоих случаях происходит более или менее интенсивное регули­ рование режима уровней грунтовых вод в пределах пахотного и подпахотного слоев.

Исследования А. Н. Степанова [137], проведенные на тяжелых почвах Приморья и Приамурья, показывают, что дренаж хорошо справляется со своей задачей и в условиях муссонных дождей. В периоды интенсивных ливней дренажем на этих почвах отво­ дится избыточной воды до 20—25 мм/сутки. В эти периоды вели­ чина средних суточных модулей дренажного стока достигает 2,0— 2,5 л /(с-га). На дренированных полях на дренажный сток прихо­ дится от 70 до 95% общего объема сброса воды. При этом про­ должительность стояния верховодки в пахотном слоев тяжелых почв сокращается с 10—40 суток на недренированных полях до 1—5 суток на дренированных. Проведение полевых работ на дре­ нированных почвах возможно на 6—8 сутки после окончания мус­ сонных дождей, а на недренированных не раньше чем через 20— 70 суток.

Изменения в режиме уровней грунтовых вод, происходящие под влиянием дренажа, соответственно сказываются на режиме влаж­ ности почв. При глубоком дренаже, по сравнению с мелким, влажность тяжелых слабопроницаемых почв при одинаковой обес­ печенности значительно меньше (табл. 71). В холодный период года на недренированном поле при мелком (0,9 м) дренаже влаж­ ность этих почв часто превышает величину полной влагоемкости в 1,5—2,0 раза, а при глубоком (1,5—1,8 м) дренаже этой вели­ чины обычно не достигает.

Таблица 71

Влажность пахотного слоя тяжелой дерново-глеевой почвы (°/о) при различной обеспеченности в зависимости от глубины закладки дрен. 1966-67 г. Дегумниеки

Характерно, что в сухие летние периоды влажность глубоко дренированной почвы не меньше, а наоборот, даже несколько больше, чем влажность мелко дренированной и недренированной

154

почв. Так, в Дегумниекском участке 15/VIII 1968 г. влажность па­ хотного слоя тяжелой дерново-глеевой почвы на иедренированном поле была 15,7%, при мелком (0,9 м) дренаже — 20,4%, а при глубоком (1,8 м) дренаже — 24,6%. Между вариантами мелкого и глубокого дренажа разница в степени влажности почвы в сухие периоды обычно колеблется в пределах 2—3%. По данным Р. Жеквияюс [43], на суглинистых и глинистых почвах Литвы наи­

ский дренаж занимает среднее место. Таким образом, переосушение тяжелых почв частым глубоким дренажем в условиях Прибалтики не наблюдается.

Это подтверждается также исследованиями Р. Ламсодис [82]. По его данным в первом году после заложения влияние дренажа на водный режим тяжелых почв при мелкой (0,8 м) и среднеглу­ бокой (1,1 м) закладке дрен было больше, чем при глубокой (1,4 и 1,7 м); в последующие годы наилучший осушительный эффект проявил дренаж глубиной 1,4 м. Однако Ламсодис не считает эту глубину оптимальной, так как ход изменения интенсивности осу­ шительного действия дренажа еще не стабилизировался.

В последнее время об увеличении интенсивности регулирования водного режима тяжелых почв при увеличении глубины закладки дрен указывают и другие авторы. Так, в условиях Карелии увели­ чение глубины закладки дрен от 0,7 до 1,2 м привело к сокраще­ нию продолжительности затопления пахотного слоя тяжелых почв в 2—3 раза [80]. На определенные преимущества глубокого (1,4— 1,6 м) дренажа при осушении тяжелых почв в условиях Белорус­ сии указывает Ш. И. Брусиловский [26].

Применение частого и достаточно глубокого дренажа на тяже­ лых почвах оправдывается и с экономической точки зрения. На тя­ желых почвах Лубанской низменности наивысшие показатели эко­ номической эффективности имеет дренаж, глубина которого 1,5 м (табл. 72). По расчетам Я. Е. Уйска, экономически оптимальной глубиной закладки дрен на тяжелых почвах Земгальской низмен­ ности является 134+15 см, т. е. практически 1,2—1,5 м (табл. 72). На основании анализа иностранного опыта В. А. Ковда [73] пришел к выводу, что наилучшие показатели сельскохозяйственной эффективности достигнуты при понижении уровня грунтовых вод до 1,0—1,2 м, а на наиболее тяжелых глинистых почвах — до 1,3— 1,4 м, и чем больше глинистость переувлажненных почв, тем глубже должны быть заложены дрены.

Из числа зарубежных ученых глубокий дренаж особенно ре­ комендует X. Хоуп [240]. Он подчеркивает, что глубокий дренаж на тяжелых почвах не только выполняет свою задачу, но и дает настолько большой доход, что оплачивает механический водо­ подъем, где сток не обеспечен. По его словам, предположение, что глубокий дренаж недостаточно эффективно отводит воду, является

155

Таблица 72

Экономическая эффективность дренирования тяжелых дерново-глеевых почв в зависимости от глубины закладки дрен при £ = 2 0 м. 1967 г. Дегумниеки (По данным X. А. Смилга)

ошибочным. X. Хоуп рекомендует максимально использовать современные технические возможности устройства дренажа глу­ биной до 6 футов, так как по его опыту более глубокий дренаж более эффективен. Это достигается вследствие создания более зна­ чительной и со временем возрастающей водоаккумулирующей ем­ кости почвы.

Обязательным условием интенсивного и эффективного гидроло­ гического действия дренажа на тяжелых почвах является обеспе­ чение на них высокой культуры земледелия и получение в резуль­ тате этого высоких урожаев. По данным П. И. Балзарявичус [14], на четвертый год после дренирования и окультуривания слабопро­ ницаемых дерново-глеевых почв коэффициент фильтрации их оказался в десятки раз больше, чем в начале. Ф. Р. Зайделман [46] отмечает, что на тяжелых почвах возможна значительная мигра­ ция влаги по трещинам и корневым ходам глубоко в подпахотный слой. При этом значительная часть этих ходов и тупиков на недренированных почвах после дренирования превращается в сквоз­ ные, что имеет большое значение для миграции гравитационных вод к дренам.

В'целях увеличения интенсивности и эффективности гидрологи­ ческого действия дренажа на тяжелых почвах рекомендуется при­ менение агромелиоративных мероприятий, способствующих увели­ чению влагоемкости почв и внутрипочвенному стоку (глубокое рыхление, кротование и др.).

156

Выводы к главе II

1. Полевыми исследованиями гидрологического де дренажа не подтверждается широко распространенное мнение, что на тяжелых слабопроницаемых почвах вода к дренам движется только по пахотному слою и через траншейную засыпку, а следова­ тельно, на этих почвах некоторый положительный эффект может дать лишь мелкий дренаж (0,7—0,9 м). Непосредственными полевыми опытами установлено, что при достаточной глубине закладки дрен (/^34,2 м) на глинистых слабопроницаемых почвах, имеющих частицы физической глины 65—75% и коэффициент фильтрации 0,02—0,06 м/сутки, основная масса избыточных вод притекает к дренам именно через подпахотный слой. При глубоком дренаже (1,5—1,8 м) через пахотный слой к дренам притекает менее 10% общего количества отводимых дренажем избыточных вод. На по­ лях мелкого дренажа роль пахотного слоя при отводе избыточных вод в несколько раз больше, так как здесь имеет место продол­ жительное стояние гравитационной воды в пахотном слое.

2. Продолжительность стояния высоких уровней грунтовых вод на тяжелых почвах резко возрастает по мере уменьшения глубины закладки дрен t, а также при увеличении расстояний между дре­ нами Е. При достаточно частом и глубоком дренаже затопление грунтовыми водами пахотного слоя бывает кратковременным, а в отдельные годы вообще отсутствует, что объясняется высокой водоаккумулирующей емкостью мощного активного слоя интен­ сивно дренированной почвы.

Закономерное уменьшение продолжительности стояния высоких уровней грунтовых вод на глинистых слабопроницаемых почвах имеет место при увеличении t до 1,5 м. Дальнейшее заглубление дрен до 1,8 м не вызывает заметного увеличения интенсивности осушения, но и не приводит к ее снижению. Характерно, что глубо­ кий (1,5 м) дренаж при Е —30 м обеспечивает более интенсивную сработку высоких уровней грунтовых вод, чем мелкий (0,9 м) и среднеглубокий (1,2 м) дренаж при Е = 20 м. Устойчивое освобож­ дение пахотного и верхнего подпахотного слоев от избыточных вод весеннего снеготаяния при глубоком дренаже (1,5—1,8 м) проис­ ходит в среднем на 5—7 суток раньше, чем при мелком дренаже (0,9 м). Режим уровней грунтовых вод при мелком дренаже и на недренированном участке мало различаются.

3. Закономерности формирования водного режима на тяжелых глинистых почвах в зависимости от степени дренирования (Е и t) в принципе такие же, как на легких суглинистых и супесчаных почвах. Эти закономерности сохраняются также при кротовании тяжелых почв. Имеются лишь некоторые количественные измене­ ния. На тяжелых минеральных почвах, так же как на легких, на полосе между дренами формируются кривые депрессии. В фазе спада паводкового цикла действия дренажа величина коэффици­ ента депрессии на глинистых дерново-глеевых почвах Лубанской низменности колеблется в пределах 0,74—0,89. Наличие явно

157

Глава III

ОСОБЕННОСТИ ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ДРЕНАЖА НА ТОРФЯНЫХ ПОЧВАХ

1.Дренажный сток

Влитературе имеется относительно мало данных о систе­

матических наблюдениях за гидрологическим действием дренажа, в частности за дренажным стоком на торфяных почвах. До конца 50-х годов исследования дренажного стока на этих почвах в основ­ ном носили эпизодический характер. Частично это объясняется тем, что в течение длительного предшествующего периода торфя­ ные почвы осушались в основном только открытой осушительной сетью. В последние годы в связи с интенсификацией сельскохозяй­ ственного производства открытую сеть на болотах все больше за­ меняет закрытый дренаж. Поэтому вопросы интенсивности и эффективности гидрологического действия дренажа на торфяных почвах стали особенно актуальными.

Систематические исследования дренажного стока на торфяных почвах автором книги начаты в 1958 г. В результате исследований установлено, что на этих почвах дренажный сток имеет некоторые особенности по сравнению с минеральными. В первую очередь надо отметить, что на дренированных низинных болотах поверх­ ностный сток почти не наблюдается. Воды от снеготаяния и лив­ ней впитываются в почву, аккумулируются и отводятся через дре­ нажную сеть. В результате этой особенности на болотах с атмо­ сферным питанием объем годового дренажного стока в среднем на 20—40% больше, чем в аналогичных климатических условиях на минеральных почвах, имеющих такой же коэффициент фильтра­ ции. Кроме того, ввиду большей водоаккумулирующей способности торфяных почв дренажный паводковый сток здесь имеет более выравненный характер, т. е. пики паводкового стока менее резкие, чем на минеральных почвах. Продолжительность дренажного стока на болотах в несколько раз больше продолжительности на минеральных почвах. На болотах с глубокой торфяной залежью сток из дрен прекращается лишь в особенно засушливые периоды.

159