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

охватывая основные типы почв, в том числе легкие и тяжелые мине­ ральные, а также торфяные (табл. 2). В настоящее время в Латвий­ ской ССР наблюдения за действием дренажа проводятся более чем на 200 опытных дренажных системах, заложенных при боль­ шом диапазоне глубин закладки дрен (от 0,6 до 1,8 м) и расстоя­

нажа. Изучаются особенности действия различных специальных видов дренажа (см. главу V).

В Эстонской ССР в 50-х годах систематические исследования гидрологического действия дренажа в первую очередь проводились

в конце 50-х годов, охватывая в основном легкие и среднетяжелые минеральные, а также торфяные почвы. Надо отметить, что за по­ следние годы в Литве диапазон дренажных исследований стал весьма широким.

Наряду с исследованиями, проведенными в Прибалтике, зна­ чительная исследовательская работа в области гидрологии дре­ нажа проведена учеными Москвы, Ленинграда, Белоруссии, Ук­ раины.

Широкое развитие исследований гидрологического действия дренажа началось в середине 50-х годов и в некоторых зарубеж­ ных странах. Частично это связано с изучением возможностей при­ менения в дренажном строительстве пластмасс и других новых материалов.

Существенным недостатком многих из проведенных до сих пор полевых исследований является то, что они часто были несистема­ тическими и непродолжительными. На основании таких периоди­ ческих, а иногда и эпизодических измерений отдельных показателей нельзя судить об истинном характере гидрологического действия дренажа.

При анализе гидрологического действия дренажа будут исполь­ зованы главным образом данные, полученные на опытных участках дренажа в Латвии, где служба гидрометрических измерений на дренажных системах организована сравнительно хорошо.

3. Объекты исследования гидрологического действия дренажа

Как отмечено, опытные участки, на которых проводятся систематические наблюдения за гидрологическим действием дре­ нажа, размещены по всей территории Латвийской ССР, поэтому ниже дана краткая характеристика природных условий респуб­ лики.

10

Таблица 2

Краткая характеристика основных участков (объектов) опытного дренажа, заложенных в Латвийской ССР

Пластмассовый дренаж заложен в 1968 г.

Латвийская ССР находится в средней части Прибалтики. Ее рельеф образовался под влиянием ледниковой деятельности в чет­ вертичный период. Территорию республики характеризуют: поло­ говолнистый рельеф — 59,7%, волнистый — 21,2% и холмистый — 19,1%. Лишь 2,7% территории расположены на 200 м выше уровня моря. Наибольшей и наивысшей возвышенностью является Видземская; характерными низменностями — Приморская, Земгальская и Лубанская.

Орографическое строение территории соответственно сказыва­ ется на климатических условиях. На возвышенностях имеет место значительно большее количество осадков и, следовательно, боль­ ший поверхностный и внутрипочвенный сток, чем на рядом распо­ ложенных низменностях (рис. 2). Среднее количество осадков в Латвийской ССР 635 мм (без пересчета) [100].

Климат Латвии формируется под влиянием Атлантического океана и Балтийского моря. Характерным является частая смена воздушных масс и неустойчивая погода, вызванная западной цир­ куляцией. В течение 190—200 дней в году республика находится под воздействием циклонов, бывает 150—180 пасмурных и 30— 40 ясных дней в году. Число дней с осадками в республике 170— 200. Большая влажность воздуха и сравнительно малая величина радиационного баланса (30 ккал/см2 в год) обусловливает избы­ точную увлажненность, типичную для этой территории [138].

Отличительной особенностью климата Латвийской ССР явля­ ется сравнительно теплая зима с частыми оттепелями и относи­

14

тельно прохладное лето. Среднегодовая температура воздуха со­ ставляет 5,3° С, средняя температура зимнего периода —1,7° С, лет­ него периода 12,3° С. В западных районах республики в зимний период часто имеет место неустойчивое залегание снежного по­ крова. Среднее количество запасов влаги в снежном покрове к началу весеннего снеготаяния здесь не превышает 50 мм. В се­

ности запасы воды в снежном покрове к началу весеннего; снего­ таяния в среднем составляют 100—120 мм.

В зависимости от климатических факторов в данном районе величина нормы годового речного стока по территории Латвий­ ской ССР колеблется в пределах 441—158 мм [183]. В среднем по республике сток рек равен 233 мм. Сток весеннего половодья со­ ставляет около 40% годового.

Материнской породой почв в Латвийской ССР в основном явля­ ются отложения последнего оледенения, среди которых наиболее распространен моренный суглинок, содержащий частицы физиче­ ской глины (^0,01 мм) 20—40% по весу. Моренный суглинок ча­ сто перекрыт слоем продуктов размывания морены, в том числе песками и глинами.

Из всех почв, используемых в сельскохозяйственном производ­ стве и осушаемых дренажем, в Латвийской ССР наиболее распро­ странены легкие суглинистые и супесчаные дерново-подзолистые почвы, занимающие 51,2% территории республики. Они размещены на повышенных местах рельефа и обычно являются периоди­ чески переувлажненными. Эти почвы осушать технически легко, их средний коэффициент фильтрации составляет 0,3—1,0 м/сутки (по формуле А. А. Зиверта [50]). На таких почвах размещены опытные участки № 1-—5, 7—9 и 11 (см. табл. 2). Характеристика почвенных условий для отдельных участков дана в табл. 3.

Следующими по широте распространения являются дерновоглеевые и сильно оглеенные почвы (16,5%). Эти почвы в основном образовались в пониженных местах рельефа при замедленном ес­ тественном стоке. Вследствие оглеения почвы имеют низкую водо­ проницаемость (&<0,1 м/сутки). Особенно тяжелые, слабопрони­ цаемые дерново-глеевые почвы распространены в зоне Лубанской низменности, где расположен Дегумниекский опытный участок (k составляет 0,02—0,06 м/сутки).

9,5% территории республики занимают торфяные почвы низин­ ных болот. Низинные болота образовались в условиях притока воды со стороны. Наиболее распространены глубокие болота и мелкие болота со слабопроницаемым основанием. Коэффициент филь­ трации торфа обычно больше 0,5 м/сутки (опытные участки № 12, 13, 14, 19, 20).

Дерново-карбонатные почвы (5,0%) в основном расположены на Земгальской низменности. Они образовались на тяжелых суг­ линках и глинах; их коэффициент фильтрации — 0,3—0,6 м/сутки (опытные участки № 17, 18).

15

Следует подчеркнуть, что общее количество переувлажненных почв, требующих дренирования, составляет более 70% всей терри­ тории Латвийской ССР. Из земель, используемых в сельском хо­ зяйстве, не требуют осушения только 14%. Большинство почв имеет атмосферное питание; переувлажнены они лишь в невегета­ ционный период, а в вегетационный период растения иногда стра­ дают от недостатка влаги.

Упомянутые наиболее распространенные почвы Латвийской ССР являются характерными не только для Прибалтики, но и для наибольшей части нечерноземной полосы СССР. Из табл. 2 видно, что опытные участки для исследования гидрологического действия дренажа размещены на всех основных типах почв.

Более подробная характеристика опытных участков дана в ра­ ботах [167, 168, 170, 175, 177, 181].

Для определения интенсивности и эффективности гидрологиче­ ского действия различных видов и конструкций дренажа необхо­ димы следующие основные показатели: а) дренажный сток; б) уровень грунтовых вод; в) влажность почвы; г) урожай сель­ скохозяйственной культуры, полученный при одинаковом и высоком

мерного сосуда и секундомера) или с помощью водослива, обору­ дованного лимниграфом, или же другой аппаратурой. Объемным способом сток измерялся ежедневно один раз в сутки; во время пика дренажного паводкового стока измерения производились до

в основном объемным способом. Измерения водосливами, обору­ дованными самописцами типа «Валдай», были проведены главным образом в целях выяснения методических вопросов определения дренажного стока. Оказалось, что при наличии интенсивного дре­ нажного стока1 (>1 л/с) более точные измерения достигаются при использовании водослива. При стоке 1,0—6,1 л/с точность его из­ мерения объемным способом примерно та же, что и при измерении треугольным водосливом (0= 10 —13°); при стоке <0,1 л/с объем­ ный способ дает значительно лучшие результаты. В последнем слу­ чае при использовании треугольного водослива средняя квадрати­ ческая ошибка достигает и иногда превышает ±15% .

При определении объемным способом дренажного стока, име­

впределах ± 3 —5%.

1Водосборная площадь одного варианта дренажа в зависимости от расстоя­ ний между дренами составляет 0,8—1,5 га.

Применение водосливов и самописцев для измерения дренаж­ ного стока дает определенные преимущества по сравнению с объ­ емным способом. Так, более точных измерений меженного стока в первом случае можно было добиться путем улучшения конструк­ ции измерительной аппаратуры. Однако возможности практиче­ ского применения этой аппаратуры часто ограничиваются причи­ нами технического порядка. Дело в том, что для использования не­ обходим значительный свободный (незатопляемый) перепад уровня

визмерительном устройстве величиной 0,5—0,6 м и более в зави­ симости от угла водослива и других конструктивных особенностей измерительной аппаратуры. Обеспечить такой перепад обычно трудно, особенно в периоды речных и дренажных паводков, когда автоматическое измерение дренажного стока наиболее необходимо. По этой причине от автоматического измерения дренажного стока

вбольшинстве случаев мы были вынуждены отказаться.

Методика измерения уровней грунтовых вод, определение влаж­ ности почвы и других показателей изложена в работах [167, 170, 175, 180, 182].

4. Некоторые агротехнические требования к дренажу

Дренирование переувлажненных почв производится с целью освобождения их активного слоя от избыточных гравита­ ционных вод. Дренаж оправдывается лишь в том случае, если вы­ полнены основные агротехнические требования. Дренаж должен обеспечить: а) беспрепятственную весеннюю и осеннюю обработку почв; б) оптимальные сроки сева и уборки урожая основных сель­ скохозяйственных культур; в) требования культурных растений к водному режиму в характерные периоды их вегетации.

На основании долголетнего опыта установлено, что основным расчетным периодом осушительных систем в условиях Прибалтики является период весеннего половодья (паводков), поскольку для получения высоких и устойчивых урожаев особенно важное значе­ ние имеет сев сельскохозяйственных культур в ранние сроки. Но ранний сев можно обеспечить лишь после достаточно интенсивного дренирования переувлажненных земель.

По данным селекционно-опытных станций, расположенных в разных гидрологических районах Латвийской ССР, с запаздыва­ нием сева овса на первые 10 дней потери урожая в среднем со­ ставляют 3 ц/га, а на каждые последующие 10 дней — уже по 5— 6 ц/га (табл. 4).

При проведении раннего сева культур соответственно удлиня­ ется вегетационный период, а также более продуктивно использу­ ется влага в начальный период вегетации. Культуры, посеянные в ранние сроки, успевают сильнее развить корневую систему до наступления засухи (вторая половина мая, июнь) и в сухое время получают влагу из более глубоких слоев почвы.

18

П. Б. Свиклис [119] пришел к выводу, что срок начала весеннего сева может быть установлен датой устойчивого перехода средней суточной температуры воздуха через 3—5° С (в зависимости от возделываемой культуры) при обеспечении нормальной влажности почвы и достижении суммы положительных температур после схода снежного покрова не менее 40—50° С для песчаных и 50—70° С для глинистых почв. На торфяных почвах сроки сева также обус­ ловливаются весенними заморозками. Минимальная глубина уровня грунтовых вод в посевной период является несколько большей, чем в период весенней обработки почв. Лимитирующие глубины уров­ ней в критические периоды для торфяных почв со средней степенью разложения торфа приведены в табл. 5.

При отсутствии осадков механизированная обработка минераль­ ных почв практически возможна при понижении уровня грунтовых вод на 40—60 см от поверхности поля. По нашему опыту на начало вегетационного периода минимально необходимая глубина уровней грунтовых вод (Ямин) для глинистых и тяжелых суглинистых почв 60—50 см, для более легких почв 50—40 см. В посевной период величина Ямин для этих почв соответственно 80—70 и 70—50 см. Максимальный предел оптимальной глубины уровней грунтовых вод в середине вегетационного периода для песчаных почв 100— 110 см, а для супесчаных 110—120 см.

Закладывая достаточно интенсивный дренаж, можно обеспечить необходимое понижение высоких уровней во влажные периоды года (весна, осень) до упомянутых минимально допускаемых глубин. Однако односторонним (осушительным) действием дренажа прак­ тически нельзя обеспечить максимально допускаемые глубины уров­ ней грунтовых вод и оптимальный водный режим почв. Дело в том, что дренажем нельзя активно регулировать этот режим в сухие периоды вегетационного сезона, когда под влиянием испарения и транспирации уровень грунтовых вод опускается глубже дрен как на дренированных, так и на недренированных почвах, и культур­ ные растения страдают от недостатка влаги. В эти периоды необхо­ димо дополнительное увлажнение почв. При этом на недренирован-