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

Из-за меньшей шероховатости стен водопропускная способность гладких пластмассовых труб на 20—40% больше, а вероятность механического заиления меньше, чем гончарных. Так, по данным Ф. Каминского [247], гладкостенная пластмассовая дрена при уклоне 0,10% дает примерно такой же расход, как гончарная

при / = 0,25%.

Наряду с вышеупомянутыми гладкостенными и гофрированными пластмассовыми дренажными трубами имеются пластмассовые трубы и других конструкций. Так, в Латвийской ССР исследова­ лись спирально навитые трубы с внешними ребрами жесткости. Эти трубы навиваются из ребристых экструдированных лент. При тол­ щине лент 1 мм благодаря ребрам жесткости под нагрузкой трубы деформируются в 2—3 раза меньше, чем гладкие трубы при тол­ щине стенок 2 мм [1]. Кроме того, в спирально навитых трубах не требуется устройства специальных водоприемных щелей, так как вода проникает в них через особый замок, соединяющий соседние витки ленты. Однако эти трубы имеют небольшую водоприемную способность.

Существенным преимуществом пластмассовых дренажных труб является то, что на них можно сделать наиболее рациональный вид водоприемных отверстий и разместить их равномерно по всей длине трубы. Этим уменьшаются концентрация и сжатие линий токов, наблюдаемые при поступлении воды через стыковые зазоры гончарных дрен, что в свою очередь снижает величину необходи­ мого начального напора действия дренажа /гмин. Следовательно, для пластмассового дренажа имеется возможность уменьшить коэффициент С, учитывающий несовершенство дрены. Для сравни­ тельной оценки действия различных видов пластмассового дренажа значение данного коэффициента можно определять по зависимо-

где сос — удельное контактное сопротивление, характеризующее все добавочные сопротивления, которые имеют место в зоне притока, и условно отнесены к плоскости контакта. Для определения сое предлагается следующая приближенная формула:

где Т\ — мощность водопроницаемого слоя; L — длина дрены. Величина сое у пластмассовых дрен благодаря более рациональ­

ному размещению водоприемных отверстий значительно меньше, чем у гончарных (табл. 105).

Большим преимуществом пластмассовых дренажных труб по сравнению с гончарными является то, что для них в широких пределах можно регулировать общую водоприемную поверхность, не изменяя диаметра трубы. Как показывают соответствующие ис­ следования [91], с уменьшением этой поверхности ниже 10 см2/пог. м удельное контактное сопротивление резко возрастает.

230

Надо отметить, что по вопросу о величине общей водоприемной поверхности F0, а также по форме и размещению водоприемных отверстий, в литературе имеются самые различные рекомендации. Величина F0 рекомендуется в пределах 1,8—30 см2 на 1 пог. м дрены [18, 91, 185, 227]. Однако в последнее время испытываются и производятся дренажные трубы, имеющие очень большие F0, т. е. 160—326 см2/м [189]. Рекомендованные формы перфорации — узко­ щелевая, круглая, круглая с конусными отверстиями, узкощелевая с сужающимися к одному концу щелями и др. [18, 65, 66, 121, 122, 270, 281]. Размеры водоприемных отверстий также колеблются в

в один, два, три, четыре, шесть и больше рядов. Кроме продоль­ ного применяется и поперечное расположение щелей.

Большинство авторов считает, что для гладких пластмассовых труб наилучшей является перфорация в виде продольных щелей шириной 0,6—0,8 мм, длиной до 25 мм. При выборе размеров водоприемных отверстий X. Кноблох [252] рекомендует исходить из рас­ чета, чтобы ширина отверстий была не меньше 1,5-кратной тол­ щины стенки пластмассовой трубы, а длина их не меньше 3-крат­ ной ширины отверстия. Для гофрированных труб наиболее подходящими признаны круглые отверстия диаметром 1,0—1,6 мм,

231

а также отверстия в виде коротких щелей, длина которых 2—4 мм и ширина 0,5—0,8 мм.

При щелевой перфорации не рекомендуется ширина щели более 1,0 мм, так как при увеличении ширины щели значительно возра­

Некоторые авторы пытаются создать перфорацию, которая обес­ печивала бы дренажные трубы от механического заиления без при­ менения защитных фильтрующих материалов. Однако применение этих материалов всегда желательно и в целях увеличения водопри­ емной способности дрен.

Водоприемные отверстия рекомендуется размещать равномерно по всей окружности дренажной трубы. Установлено, что по мере увеличения числа рядов водоприемных отверстий значительно воз­ растает приток воды к дренам.

С точки зрения интенсивности действия пластмассового дренажа более целесообразно применять трубы с большей водоприемной площадью. По данным В. Т. Климкова [71], при увеличении общей площади водоприемных отверстий от 2 до 10 см2/м удельное кон­ тактное сопротивление уменьшается более чем в 100 раз. Этот фактор, видимо, должен в довольно значительной степени повлиять на водоприемную способность дрен. По данным Ю. Навицкас и В. Палюлис [93], при увеличении F0 в 4 раза величина дренаж­ ного стока возрастает в 3 раза. Аналогичные результаты получили Г. Я. Сегаль и Э. X. Эглий [123]: при увеличении общей площади водоприемных отверстий F0 в 3,9 раза сток с 1 пог. м пластмассо­ вой дрены увеличился от 4,5 до 10,6 см3/с, т. е. в 2,4 раза.

Учитывая плохую смачиваемость пластмасс, особенно поли­ этилена, предполагается, что общая водоприемная поверхность F0 у пластмассовых дрен должна быть больше, чем у гончарных. Так,

вФинляндии для устройства пластмассового дренажа в основном применяются поливинилхлоридные трубы, имеющие F0=18 см2/м. Водоприемные отверстия расположены по всему периметру трубы

вшести рядах. На гофрированных дренажных трубах они на­

носятся по внутреннему гофру и имеют размеры 4Х 1 мм. Для пря­ мых гладкостенных труб размеры отверстий 25—30X1 мм.

При определении величины F0, а также формы и размеров водоприемных щелей, надо иметь в виду не только гидрофобность пластмассового материала, но и свойства почвенной среды. Уста­ новлено, что в некоторых средах пластмассовые дренажные трубы в значительной мере снижают свою водоприемную способность. Кроме того, пластмассы имеют особые электрические свойства. Хотя в условиях работы дренажа, т. е. в результате многократного смачивания труб происходит уменьшение способности пластмасс к накоплению зарядов статического электричества [153], эти свой­ ства могут в значительной мере препятствовать поступлению воды в дрены, потому что, как известно, в электрическом поле изменя­

232

ется характер движения воды, водяные капли становятся более крупными и т. д.

Пластмассы используются как для устройства истинного тран­ шейного дренажа, так и крепленного пластмассовой пленкой крото­ вого дренажа (бестраншейный способ укладки). Последний, по сравнению с первым, имеет ряд недостатков, в том числе отсут­ ствие эффективного контроля применения защитных материалов от механического заиления. Кроме того, кротовым дренам практи­ чески нельзя придавать определенный выровненный продольный уклон, а на участках местных углублений дрены во время эксплуа­ тации быстро заиляются. При применении крепленого кротового дренажа также практически нельзя образовать дренажные си­ стемы, его можно закладывать лишь по принципу одиночных дрен, что удорожает и затрудняет техническую эксплуатацию осушаемой площади.

По исследованиям В. А. Калнциемса [64], для крепления кро­ товой дрены необходимо применять пластмассовую пленку, тол­ щина которой не меньше толщины стенок цельнотянутых пластмас­ совых дренажных труб, выпускаемых заводами. Применение более тонкой пленки влечет за собой сильную деформацию, а иногда полное сплющивание этих труб. Рекомендуемая минимальная тол­ щина стенок для поливинилхлоридных дренажных труб равняется 1,0 мм, а для полиэтиленовых— 1,5 мм [121]. Однако образовать трубы в кротовой дрене из пленок столь значительной толщины практически невозможно. Как известно, для крепления кротовых дрен до сих пор обычно применяются пленки толщиной 0,4—0,5 мм.

Несмотря на значительные преимущества крепленого кротового дренажа в скорости его укладки, на современном уровне развития мелиоративной техники более целесообразным является устройство пластмассового дренажа обычным траншейным способом, образуя дренажные системы. По данным А. Климко [70], пластмассовый дренаж, заложенный траншейным способом, работает в 1,5—2,5 раза интенсивнее, чем крепленный пластмассовой пленкой кротовый дренаж. По данным А. И. Мурашко [91], сток из винипластовой пленочной трубы с соединительным швом типа «молния» состав­ ляет 60%, а труба типа «упруго поджатая нахлестка» — только 16% стока гончарной дрены. Некоторые данные по этому поводу приведены в табл. 105. С. В. Шилейка [162] отмечает, что сток из бестраншейных дрен, заложенных без защитного материала, в ве­ сенний период в 3—5 раз меньше стока из гончарных дрен. Это явление объясняется такими причинами, как уплотнение почвы в зоне расположения кротового хода, значительные отклонения от проектного продольного уклона, а также конструктивные особенно­ сти труб.

Крепленный пластмассовой пленкой кротовый дренаж может быть рекомендован для его применения в качестве вспомогатель­ ной осушительной сети на осушенных открытыми каналами полях, а также для предварительного осушения болот за 2—4 года до построения гончарного или пластмассового дренажа.

233

В литературе неоднократно отмечается, что пластмассовый дре­ наж обеспечивает более интенсивный сток по сравнению с гончар­ ным. Так, по данным А. И. Климко и В. М. Пассинского [70], сток из полиэтиленовых дрен в 1,3 раза, а из винипластовых — в 1,9 раза больше, чем из гончарных. Более интенсивный сток из пласт­

сток, чем гончарный. Аналогичные результаты получены в Бело­ руссии. Так, по лабораторным исследованиям А. И. Мурашко [91], гофрированные поливинилхлоридные трубы диаметром <7=45 мм обеспечивают примерно на 22% больший сток, чем гончарные дрены, имеющие d = 50 мм. Наружный диаметр у первых на 25 мм меньше вторых.

По данным М. Ольберц и Г. Верц [271], пластмассовые дренаж­ ные трубы диаметром 35—40 мм способны поглощать значительно больше воды за единицу времени, чем гончарная труба диаметром 50 мм (табл. 106). Однако К. Гуземан и К. Пальке [241] преду­ преждают, что пластмассовый дренаж может и не дать лучшего осушительного эффекта по сравнению с гончарным.

Таблица 106

Характеристика водоприемной способности различных видов дренажных труб в зависимости от напора

В опытах, заложенных в Латвийской ССР, увеличение дренаж­ ного стока при применении пластмассового дренажа наблюдается не во всех случаях. Из приведенных в табл. 107 данных видно, что при одинаковой водоприемной поверхности (/%= 10 см2/пог. м) на суглинистых почвах пластмассовый дренаж дает в среднем при­ мерно такой же сток, как гончарный. В первом случае величина

между величинами одинаково обеспеченных модулей дренажного стока (рис. 78).

Из приведенных на рис. 79 средних кривых продолжительности уровней грунтовых вод видно, что режим уровней в упомянутых соответствующих вариантах гончарного и пластмассового дренажа также примерно одинаковый. Так, затопление пахотного слоя в варианте пластмассового дренажа на 5 суток больше, чем

234

П родолжительность стояния уровней (сутки) на глубине

Вид дренажных труб

в варианте гончарного, однако затопление грунтовыми водами верхнего полуметрового слоя в варианте гончарного дренажа на 4 суток больше, чем пластмассового.

На суглинистых почвах Римейкского опытного участка гончарный дренаж, по сравнению с пластмассовым, имеет некоторые преиму­ щества с точки зрения интенсивности осушения (табл. 108). И здан­ ных табл. 108 также видно, что пластмассовый дренаж, построенный из поливинилхлоридных труб, является более эффективным, чем дренаж, построенный из полиэтиленовых труб. Это, между прочим, и ожидалось, учитывая различия в смачиваемости упомянутых

Рис. 79. Средние кривые продолжительности уров­ ней грунтовых вод для глубокого (1,4 м) систе­ матического дренажа при £=16 м, заложенного на суглинистых почвах. Бауска.

/ — гончарный дренаж (Го= 10 см2/м); 2 — пластмассовый дренаж (F=10 см2/м); 3 — пластмассовый дренаж (F0= = 15 см2/м).

материалов. Надо отметить, что поливинилхлорид, по сравнению с полиэтиленом, является более перспективным материалом для изготовления дренажных труб и арматуры.

Из рис. 79 видно, что с увеличением общей площади водоприем­ ных отверстий F0 от 10 до 15 см2/пог. м интенсивность осушения пластмассовым дренажем суглинистых почв возрастает. В системе пластмассового дренажа с площадью водоприемных ■отверстий 25 см2/пог. м в среднем за период исследования отводилось избы­

регулирование водного режима почвы обеспечивает система пере­ крестного дренажа, применяемая для осушения садов, парков и других площадей, занятых насаждениями (см. п. 3 настоящей главы). По предварительным данным наших полевых опытов, при наличии узкощелевой перфорации общая площадь водоприемных

238

Гончарный дренаж