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

Н см

Or-

Н см

Рис. 69. Средние (за 1960—1965 гг.) кривые продолжи­ тельности уровней грунтовых вод для вариантов дре­ нажа, имеющих различные расстояния между дренами Е и глубины закладки дрен t. Мелкое болото со слабо­ проницаемым основанием. Карки.

Таблица 82

Средние (за 1960—1965 гг.) статистические характеристики режима уровней грунтовых вод в зависимости от степени дренирования (Е и t) на мелком болоте со слабопроницаемым основанием. Карки

171

закономерное увеличение продолжительности затопления верхних слоев почвы при увеличении £. Так, в среднем за 12-летний пе­ риод наших исследований при увеличении Е от 20 до 45 м продол­ жительность затопления верхнего полуметрового слоя увеличилась с 63 до 155 суток в году, т. е. в 2,5 раза (табл. 84).

Таблица 83

Режим уровней грунтовых вод в зависимости от расстояния между дренами при глубине закладки дрен г“= 1,3 м (1964-65 г.). Звидзиена

Аналогичное явление наблюдалось также в Белорусской ССР. По данным В. И. Клипперта [72], в среднем за вегетационный пе­ риод уровень грунтовых вод поддерживается на следующих глу­

45см.

При разреженном дренаже (£ ^ 3 0 м), по сравнению с систе­

матическим, имеет место явно выраженное запаздывание осво­ бождения весной верхних слоев почвы от гравитационных вод. Так, в многоводном 1961-62 г. на глубоком болоте устойчивое ос­ вобождение пахотного слоя (0—20 см) от этих вод при £ = 20 м происходило 13/1V, при £ = 30 м — 6/V, а при £ = 45 м —-только 6/VI. Это явление еще более сильно выражено на мелком болоте со слабопроницаемым основанием [175].

Так же как на минеральных почвах, в мелком болоте со сла­ бопроницаемым основанием интенсивность регулирования режима уровней грунтовых вод резко возрастает по мере увеличения глу­ бины закладки дрен. Так, при увеличении t на 0,3 м, т. е. от 1,1 до 1,4 м, продолжительность затопления верхнего полуметрового слоя почвы в среднем уменьшилась в 9,2 раза (см. табл. 82). При глубоком систематическом дренаже затопления пахотного слоя (0—20 см) практически не наблюдалось. Оно имело место в тече­ ние нескольких суток лишь в многоводном 1961-62 г. При соответ­ ствующем среднеглубоком дренаже (£ = 20 м) в этом году пахот­ ный слой оказался затопленным в течение почти четырех месяцев.

Характерно, что дренаж глубиной 1,4 м при £ = 20 м обеспечи­ вает более интенсивное устойчивое понижение уровней грунтовых вод, чем дренаж глубиной 1,1 м при £ = 12 м (см. рис. 69,табл.82). Следовательно, почти двукратное уменьшение расстояний

172

между дренами £ при среднеглубоком дренаже не дает столь значительного увеличения осушительного эффекта, как увеличение глубины закладки Дрен на 0,3 м. Аналогичный вывод был сделан выше при анализе интенсивности гидрологического действия дре­ нажа на минеральных почвах (см. главы I и II). Следует подчерк­

Увеличение t также способствует повышению интенсивности осушения на глубоких болотах. При увеличении 1 от 1,1 до 1,5 м продолжительность затопления верхнего полуметрового слоя уменьшается в среднем в 8 раз, а глубина залегания уровней при 25%-ной обеспеченности возрастает на 35 см (от 40 до 75 см). Амплитуда колебания уровней грунтовых вод в обоих случаях примерно одинаковая. Однако при глубоком дренаже эти колеба­ ния происходят при более низком залегании уровней. Если уровень грунтовых вод при t= 1,1 м в основном колеблется в пределах верх­ него полуметрового слоя, то при ^ = 1,5 м — на 0,3—0,4 м ниже его.

Преимущества глубокого дренажа, как на мелком болоте со слабопроницаемым основанием, так и на глубоком болоте, видны по срокам устойчивого освобождения верхнего активного слоя почвы от гравитационных вод (табл. 85). При t равном 1,4—1,5 м слой почвы глубиной 0—50 см освобождается от этих вод на че­ тыре-пять недель раньше, чем при t= 1,1 м. Характерно, что в мно­

Из вышеприведенных данных, а также результатов других на­ ших исследований [181] вытекает, что дренаж глубиной 1,1 м на глубоких болотах и мелких болотах со слабопроницаемым осно­ ванием может понижать уровень грунтовых вод до 0,7—0,8 м от поверхности поля. Более или менее устойчивое осушение наблю­ дается лишь в пахотном и верхнем подпахотном слоях глубиной до 0,3—0,4 м. Более глубокий дренаж (1,4—1,5 м) на тех же бо­ лотах может понижать уровень до 1,0—1,1 м. Но глубина более устойчивого понижения уровня также и здесь является небольшой, т. е. до 0,7—0,8 м, что обеспечивает лишь самые минимальные требования к водному режиму торфяных почв.

По исследованиям В. Я- Черненока [158], на торфяных почвах поймы р. Яхромы глубокий дренаж (1,7—2,0 м) в весенние пери­ оды обеспечивает глубину уровня грунтовых вод порядка 0,7—- 0,8 м, а мелкий дренаж (0,8—1,2 м) — только 0,3—0,5 м и меньше. Им также отмечается благоприятное влияние заглубления дрен на режим влажности почв.

По данным В. И. Клипперта [72], при среднеглубоком дренаже влажность верхних слоев почвы в средние по водности годы

173

С л

Таблица 85

Сроки устойчивого понижения уровней грунтовых вод в весенний период в зависимости от глубины закладки дрен

точных вод справился только дренаж с £ = 1 0 м. А. А. Масловский

По вопросу о необходимой интенсивности понижения уровней грунтовых вод на торфяных почвах среди специалистов нет еди­ ного мнения. Рекомендуемое в литературе понижение уровней ко­ леблется от 0,6—0,8 м (мелкое осушение) до 1,3—1,5 м и более

(глубокое осушение) [7, 45, 57, 127, 154, 212].

176

Таблица 86

Влажность торфяной почвы в процентах от полной влагоемкости

В пользу глубокого осушения по сравнению с мелким говорит следующее:

а) обеспечивается более раннее начало весенних полевых работ; б) улучшаются условия проходимости сельскохозяйственных

машин; в) увеличивается зона аэрации, способствующая минерализа-

ции торфяника и увеличению запасов зольных элементов растений в почве;

г) интенсивнее развивается корневая система растений;

поры около 10% объема почвы), распространяется главным обра­ зом в пахотном слое (0—30 см), а при глубоком залегании (1,2— 1,8 м) эта зона увеличивается до глубины 1,0 м. По данным бело­ русских ученых [97, 126], существует определенная взаимосвязь между глубиной залегания уровней грунтовых вод и объемом поч­ венного воздуха. Так, при уровне грунтовых вод 80 см объем воз­ духа составляет 9,4—10,0 см3/см2, а при уровне 125 см — 22,0 — 26,0 см3/см2. Отмечается также, что при менее интенсивном осу­ шении концентрация углекислоты в почвенном воздухе значи­ тельно больше, а кислорода значительно меньше, чем при более интенсивном осушении [57, 126]. Поэтому количество микроорга­ низмов, обеспечивающих разрушение органического вещества торфа и образование усваиваемого азота, фосфора и калия, в пер­

150 см ежегодно образуется примерно 115—120 кг/га усваиваемого азота, а при глубине 0—80 см — не больше 60 кг/га, что не обес­ печивает высокого урожая сельскохозяйственных культур.12

Однако в литературе указывается, что при глубоком пониже­ нии уровней грунтовых вод может произойти постепенное иссуше­ ние торфяной почвы и ее деградация путем распыления и необра­ тимой коагуляции органических коллоидов [45, 83, 154], что осо­

на нежелательно быстрый распад органического вещества при глубоком осушении торфяных почв.

Не углубляясь в спор по вопросу о глубоком и мелком осуше­ нии, отметим, что большинство зарубежных ученых рекомендует для торфяных почв понижение уровня грунтовых вод до 60—80 см [212, 250]. По определению оптимальной интенсивности осушения серьезные исследования проведены в Эстонской ССР. В резуль­ тате 10-летних опытов И. Эйзен [193] пришел к выводу, что в пе­ риод вегетации средняя глубина залегания грунтовых вод должна быть не менее 80 см, а в первый месяц вегетации — не менее 65 см. Оптимальной глубиной залегания уровней он считает 1,0— 1,2 м. По его исследованиям, в условиях Эстонской ССР нет переосушки глубоких болот. По расчетам У. Томберга [141], оптималь­ ная глубина залегания уровней грунтовых вод колеблется от 1,1 до 1,2 м. К. Т. Хоммик [149] считает, что оптимальная влажность в пахотном слое (55—65% максимальной влагоемкости) создается при глубине уровня грунтовых вод 0,8 м и более. Для условий Латвийской ССР разработаны лимитирующие минимально и мак­

на глубоких болотах при степени разложения торфа 35—40%

ботки почв, а также к сроку выпаса скота на пастбищах и уборки сена на лугах составляет 0,5—0,6 м.

Целесообразность глубокого или мелкого осушения нередко обусловливается практической возможностью их осуществления. Как отмечено выше, нормативный (в Латвийской ССР) глубокий дренаж при t, равной 1,4—1,5 м, отнюдь не обеспечивает так на­ зываемого глубокого и даже «нормального» осушения (0,9—4,2 м) глубоких болот и мелких болот со слабопроницаемым основанием,

(1,5—2,5 см в год) глубина дрен и, следовательно, глубина устой­ чиво осушаемого слоя почвы все больше уменьшается.

Из сказанного следует, что в целях обеспечения глубины осу­ шения, составляющей 0,8—1,0 м, целесообразность которой не вы­ зывает никаких возражений, следовало бы осушительные дрены закладывать на глубине 1,7—1,8 м, а для обеспечения Я, состав­ ляющей 1,0—1,2 м, необходима t, равная 1,8—2,0 м. Устройство такого глубокого дренажа на низинных болотах обычно не пред­ ставляется возможным из-за недостаточной глубины открытой

178

отводящей сети и высокого уровня воды в ней, поскольку эти бо­ лота, как правило, располагаются на наиболее пониженных местах рельефа.

Упомянутое так называемое глубокое осушение при Я > 1,2 м на глубоких болотах, а также на мелких болотах со слабопрони­ цаемым основанием практически осуществимо только в непосред­ ственной близости от глубоких (более 2,0 м) отводящих каналов и водоприемников. В наших опытах такой вариант имеет место на опытном участке «Виениба» вдоль р. Ощупе, где грунтовая вода устойчиво залегает на глубине 1,2—1,5 м. Глубина реки на данном участке 2,3—2,7 м. Наблюдения показывают, что такое глубокое устойчивое понижение уровня грунтовых вод не приводит к переосушке глубокого торфяника, а, наоборот, повышает его плодо­ родие [181]. Снижения урожаев сельскохозяйственных культур вдоль глубоких отводящих канав не было и на других объектах глубоких болот Латвийской ССР. Оно не наблюдалось также и на пойме р. Яхромы при понижении уровня грунтовых вод до 187 см

с (Е0— / 5)< 3 0 —40 мм можно не опасаться при понижении уровня грунтовых вод до 150—200 см; здесь Е0— испаряемость, Р — ко­ личество осадков. Но по вышеупомянутым причинам глубокое осу­ шение (Я>1,2 м) имеет ограниченное, местное значение и пред­ ставляет интерес, главным образом, с научной точки зрения.

Выводы к главе III

1. На торфяных почвах низинных болот объем др ного стока в среднем на 20—40% больше, чем в аналогичных кли­ матических условиях на минеральных почвах, так как на дрени­ рованных торфяных почвах поверхностный сток незначителен или вообще отсутствует. Гидрограф паводкового дренажного стока на торфяных почвах, по сравнению с минеральными, имеет более вы­ равненный характер. По мере возрастания мощности торфяного слоя возрастает продолжительность дренажного стока, а также объем стока. Низинные болота довольно часто имеют смешанное водное питание и дренаж в них нередко работает в условиях пе­ риодического подпора воды со стороны водоприемника. Это вы­ звано тем, что низинные болота, как правило, располагаются в наиболее пониженных местах рельефа. При наличии смешанного питания или подпора объем дренажного стока на низинных боло­ тах может достичь и даже превысить величину объема годовых осадков.

2. Закономерности изменения дренажного стока в зависимости от расстояния между дренами Е и глубины закладки дрен t на торфяных и легких минеральных почвах аналогичны, т. е. объем стока возрастает по мере уменьшения Е и увеличения t (до 1,5 м).