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

отверстий для полиэтиленовых дренажных труб должна быть не меньше 15 см2/пог. м.

Исследования, проведенные на опытном участке Румбас, пока­ зывают, что пластмассовый дренаж на песчаных почвах работает несколько интенсивнее гончарного. В среднем за 7-летний период исследований пластмассовый дренаж при jF0 =12 см2/пог. м отвел избыточной воды на 26% больше, чем гончарный (табл. 109).

Пластмассовый дренаж на песчаных почвах также обеспечивает более интенсивное регулирование режима уровней грунтовых вод, чем гончарный (табл. 110). Средняя продолжительность затопле­ ния грунтовыми водами верхнего полуметрового слоя почвы в пер­ вом случае составляет 71 сутки, а во втором — 137 суток.

Таблица 110

Средние (за 1964—1968 гг.) статистические характеристики режима уровней грунтовых вод для соответствующего пластмассового и гончарного дренажа на песчаных почвах. Румбас

Учитывая большую водопропускную способность пластмассового дренажа по сравнению с гончарным, многими авторами рекоменду­ ется уменьшение диаметра пластмассовых осушительных дрен, т. е. вместо труб обычного диаметра 5 см рекомендуется применять трубы диаметром 4 см. Основанием такой рекомендации послужили некоторые лабораторные, а также кратковременные полевые опыты без достаточного учета эксплуатационных условий.

Результаты исследований, полученные на Баусском опытном участке, показывают, что уменьшение диаметра осушительных дрен d от 5 до 4 см не оправдывается. При d = 4 см пластмассовый ■дренаж значительно уступает другим вариантам пластмассового и гончарного дренажа, имеющим d = 5 см [64] (рис. 80). Годовой дренажный сток при d = 4 см в среднем на 46% меньше, чем при d= 5 см. По сравнению с обычным гончарным дренажем пластмас­ совый дренаж при <7=4 см дал годовой сток в среднем в 1,8 раза меньше. Видимо, не без оснований Дж. С. Кавеларс [214] считает, что одной из причин снижения темпов внедрения пластмасс в дре­ нажное строительство за рубежом является тот факт, что пласт­ массовые дрены диаметром 4 см не обеспечивают достаточно интен­ сивного устойчивого регулирования водного режима переувлажнен-

240

наже наблюдается такая же тенденция увеличения диаметра дрен, как при гончарном.

Возрастание интенсивности гидрологического действия пласт­ массового дренажа по мере увеличения глубины закладки дрен является аналогичным гончарному (табл. 111).

Таблица 111

Суммарный дренажный сток (мм) на торфяных почвах в зависимости от глубины закладки пластмассового дренажа. Вентас

В результате сравнительного изучения гидрологического дей­ ствия гончарного и пластмассового дренажа установлено, что вели­ чина расчетного дренажного стока для второго должна быть уве­ личена примерно на 20% по сравнению с первым. Таким образом, формула (56) применительно к пластмассовому дренажу будет иметь вид

Гидравлические показатели полимерных дренажных труб широко исследовал А. И. Мурашко [90, 91]. По его данным, коэф­ фициент Дарси X для неперфорированных гладкостенных полиэти­ леновых труб может быть определен по формуле

где а — некоторый коэффициент, зависящий от диаметра трубы d, определяемый по формуле

0,318 а (171)

dэ>09

Исходя из приведенных выше формул, можно получить следую­ щую расчетную зависимость:

100* = 0 , 0 2 6 9 ( 1 7 2 )

Для гидравлического расчета перфорированных гладкостенных полиэтиленовых труб рекомендуется аналогичная формула

где х — коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивле­ ния, вызываемые перфорацией (х= 1,05= 1,15).

242

Для расчета гладкостенных неперфорированных поливинилхло­ ридных труб можно пользоваться формулой М. М. Сапожникова

Для гофрированных диаметром 50 мм дренажных труб фирмы «Вето» установлена следующая расчетная зависимость [91]:

100/=1,40Q1,92. (175)

Н. Бринк и С. Нилссон [211] для расчета гофрированных труб предлагают такую зависимость:

В зарубежной литературе [299] имеются и другие рекомендации по гидравлическому расчету пластмассовых дренажных труб.

Вопрос о гидравлических характеристиках пластмассовых дре­ нажных труб находится в стадии изучения. До окончательного ре­ шения для расчета пропускной способности пластмассовых дренаж­ ных труб можно пользоваться следующими формулами:

а) для гладкостенных ПВП и ПВХ труб

Максимально допускаемая скорость течения воды в осушитель­ ных пластмассовых дренах 1,5 м/с, а в коллекторах и отводящих дренах, не имеющих водоприемных отверстий, — 5—6 м/с.

Меньшая шероховатость и большая водопропускная способность гладких пластмассовых дренажных труб позволяют проектировать более длинные по сравнению с гончарными осушительные дрены и, таким образом, сокращать длину коллекторов и отводящих дрен.

Ввиду того что пластмассы, особенно полиэтилен, характеризу­ ются сравнительно большим коэффициентом линейного термиче­ ского расширения и учитывая также отрицательное влияние низких температур на прочность пластмасс, пластмассовые дрены надо

закладывать ниже зоны промерзания почв. Поэтому на минераль­ ных почвах пластмассовый дренаж, видимо, целесообразно уклады­ вать несколько глубже, чем гончарный.

Принципы проектирования и устройства пластмассового дре­ нажа более подробно рассмотрены в других работах [121, 185].

Из сказанного вытекает, что пластмассовый дренаж может ока­ заться одним из наиболее перспективных видов дренажа. Однако по его практическому применению существует еще много неясно­ стей. Вопросы гидрологического действия и эксплуатации пластмас­ сового дренажа в различных природных условиях находятся в на­ чальной стадии изучения. Следует подчеркнуть, что пока еще совершенно недостаточно данных об изменении во времени свойств пластмасс, заложенных в почву, об их долговечности; имеются све­ дения о том, что пластмассовые дренажные трубы в почве со вре­ менем деформируются [64]. Кроме того, нами установлено, что пластмассовый дренаж подвергается более интенсивному, по срав­ нению с гончарным, биохимическому и химическому заилению, что подтверждается исследованиями за рубежом [241]. По этой причине его опасно применять в почвах со значительным содержанием железистых соединений. Поэтому пластмассовый дренаж не реко­ мендуется для почв, содержащих более 3 мг соединений железа

в большинстве случаев обеспечивает примерно такую же интен­ сивность осушения и, следовательно, такую же сельскохозяйствен­ ную эффективность, как гончарный дренаж. Поэтому эффектив­ ность пластмассового дренажа может определяться в основном с технической точки зрения, т. е. по повышению производительности труда при строительстве дренажа, сокращению транспортных рас­ ходов и т. п. При экономической оценке этого дренажа надо иметь в виду, что цена пластмассовых дренажных труб в 2—3 раза выше, чем гончарных (на начало 1971 г.). Естественно, что при примене­ нии первых разница в ценах труб должна компенсироваться раз­ ницей расходов по транспортировке и укладке пластмассового и гончарного дренажа. Но это не всегда обеспечивается. Как показы­ вают расчеты В. А. Калнциемса, экономия средств при перевозке пластмассовых труб вместо гончарных не так велика, как это кажется на первый взгляд, так как пластмассовыми трубами транспортные средства загружаются далеко не полностью [64].

Пластмассовый дренаж подлежит дальнейшему всестороннему изучению. Внедрение его в производство должно осуществляться постепенно. В первую очередь пластмассовый дренаж целесо­ образно применять в сложных почвенных и гидрогеологических условиях: в малоустойчивых почвах и плывунах, где трудно соблю­ дать точный продольный уклон при закладке дренажного трубо­ провода. Пластмассовый дренаж вместо гончарного можно с со­

244

ответствующими защитными материалами от заиления рекомен­ довать также для почв с большим количеством пылеватых частиц, где имеется опасность механического заиления дрен.

Пластмассовый дренаж рекомендуется применять в сочетании с новыми защитными материалами, т. е. изделиями из минеральной ваты или стекловолокна (стеклохолст ВВ-Т, ВВ-Г, ВВ-М; маты из минеральной ваты или войлок). В последнее время для широкой производственной проверки рекомендуются защитные фильтрующие материалы типа «нитрон» и «хлорин» из синтетических волокон. Все упомянутые материалы не только защищают дренаж от меха­ нического заиления, но и значительно увеличивают его водоприем­ ную способность (см. табл. 105).

3. Гидрологическое действие некоторых специальных видов дренажа, применяемых для осушения площадей под насаждения

При осушении площадей под насаждения (парки, сады, плодопитомники) вместо обычного гончарного дренажа иногда применяют различные специальные конструкции дренажа, являю­ щиеся с эксплуатационной точки зрения более надежными, т. е. не зарастающие или меньше зарастающие корнями растений. Для изучения особенностей гидрологического действия в Саласпилсском ботаническом саду АН Латвийской ССР (Саласпилсский опытный участок) и в плодовых садах совхозов «Бауска» и «Шкибе» нами исследовались следующие варианты дренажа: 1) дренаж конструк­ ции Реролле; 2) перекрестный дренаж; 3) двойной дренаж; 4) дре­ наж с фильтром из каменноугольного шлака; 5) дренаж с прикры­ тыми стыками дренажных труб (рубероидом); 6) дренаж без осо­ бой защиты (контрольный вариант).

Предложенный автором перекрестный дренаж состоит из пере­ секающихся нижних и верхних дренажных линий, которые соеди­ нены во всех точках пересечения. Стыки соединений тщательно цементируются. Для соединения дрен целесообразно применять со­ ответствующие дренажные фасонные части. От механического заи­ ления, а также зарастания корнями, сеть верхних и нижних дре­ нажных трубопроводов покрывается по всему периметру изделиями из стекловолокна или минеральной ватой. В наших опытах на Баусском опытном участке нижняя сеть дренажных трубопроводов перекрестного дренажа была построена из гончарных труб диамет­ ром 75 мм, а верхняя — из полиэтиленовых труб диаметром 63 мм. Полиэтиленовые трубы имеют 36—40 продольных прорезей шири­ ной 1 мм на 1 пог. м.

Двойной дренаж устраивается из двойных дренажных трубопро­ водов, состоящих из внешней (010,0 см) и внутренней ( 0 5 см) труб. Места стыков дренажных труб для внешнего и внутреннего трубопроводов не совпадают. Предполагается, что внутренний дре­ нажный трубопровод довольно хорошо защищен от проникновения в него корней растений.

245

Дренаж со шлаковым фильтром является достаточно надежным с эксплуатационной точки зрения. Однако при его строительстве требуется много шлака, который в сельских условиях трудно до­ стать.

Дренаж с прикрытием стыков дренажных трубок рубероидом на практике употребляется довольно часто. По нашему мнению, этот вид защиты дренажа не оправдывает себя ни с эксплуатационной точки зрения, ни с точки зрения интенсивности осушения, так как рубероид, с одной стороны, не пропускает воду, а с другой — зало­ женный в землю в условиях переменной влажности, довольно быстро выходит из строя.

Конструкция вышеупомянутых вариантов дренажа и более под­ робная их характеристика даны в других наших работах [174, 187].

Как и следовало ожидать, среди сравниваемых четырех видов дренажа на Саласпилсском опытном участке наименьший сток дал дренаж, стыки труб которого были обвернуты рубероидом (табл. 112). Этот вид дренажа характеризуется также менее интен­ сивным регулированием уровня грунтовых вод. Наиболее интенсив­ ным сброс избыточных вод и регулирование водного режима почв на этом участке обеспечивает дренаж Реролле (табл. 112, 113). Величина годового стока при этом дренаже примерно в 2 раза больше, чем при дренаже с обвернутыми стыками дренажных трубок. Средняя глубина залегания уровня грунтовых вод при 10%-ной обеспеченности в первом случае 68 см, а во втором —

57 см.

Таблица 112

Дренажный сток (мм) в зависимости от конструкции дренажа. Е —24 м, 1 = 1,2 м. Саласпилс

Из приведенных на рис. 81 кривых также видно, что наиболь­ шие величины одинаково обеспеченных q имеют место в варианте дренажа Реролле, а наименьшие — в варианте, где стыки дренаж­ ных труб обвернуты рубероидом. Так, в 1960-61 г. при 2%-ной обес-

246

печенности в первом случае д = 0,79 л /(с • га), во втором q — = 0,37 л /(с-га). В многоводном 1961-62 г. разница в величине моду­ лей была еще больше, составляя соответственно 0,95 и 0,43 л /(с-га). Величины стока для сравниваемых вариантов наиболее сильно раз­ личаются при обеспеченности меньше 5%. Характерно, что макси-

Рис. 81. Кривые обеспеченности средних суточных моду­

По интенсивности и эффективности гидрологического действия промежуточное место занимают вариант с фильтром вокруг дрены и двойной дренаж. При этом небольшие преимущества в отношении интенсивности осушения имеет дренаж с фильтром.

На внутригодовое распределение дренажного стока вид конст­ рукции дренажа существенного влияния не оказывает (табл. 115).

247

Таблица 114

2491