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

При сравнении интенсивности действия различных видов дре­ нажа, заложенного на Баусском опытном участке, оказывается, что наилучшие показатели дает перекрестный дренаж. При перекрест­ ном дренаже продолжительность затопления грунтовыми водами активного слоя почвы гораздо меньше по сравнению с обычным гончарным дренажем (рис. 82). Так, в 1966-67 г. при перекрест­ ном дренаже продолжительность затопления пахотного слоя со­ ставляла 2 суток, а при гончарном она достигала 15 суток. Пере­ крестный дренаж обеспечивает наиболее интенсивное регулирова­

лся

Рис. 82. Кривые продолжительности глубины залегания уровней грунтовых вод для систем (вариантов) перекрестного (2) и обыч­ ного гончарного (/) дренажа. 1966-67 г. Совхоз «Бауска».

ние водного режима почв по сравнению с другими видами пласт­

жай яблок был в 9 раз больше по сравнению с урожаем на недренированном участке. Экономические расчеты показывают, что ин­ тенсивный дренаж в плодовых садах окупается весьма быстро.

250

Чистый доход, получаемый только за один год при глубоком систе­ матическом дренаже, значительно превышает сумму всех капитало­ вложений, необходимых для устройства этого дренажа. При этом, наиболее высокие экономические показатели имеет перекрестный дренаж, обеспечивающий более интенсивное осушение. Как видно из табл. 116, срок окупаемости дополнительных затрат, необходи­ мых для устройства этого дренажа вместо обычного гончарного, составляет 1—2 года.

Таблица 116

Сравнительная экономическая эффективность обычного гончарного и перекрестного дренажа при осушении плодового сада (£ = 1 6 м, /= 1,4 м).

Бауска (по данным М. Даугавиете)

В литературе неоднократно подчеркивается, что плодовые сады должны осушаться особенно интенсивно, применяя частый дренаж глубиной до 1,8—2,0 м [233, 288]. Это объясняется тем, что яблони и другие плодовые деревья в благоприятных условиях развивают весьма глубокую корневую систему, т. е. до 3 м и более (по дан­ ным В. А. Колесникова). Некоторые авторы рекомендуют закла­ дывать дренаж в садах на глубине 2,5—3,0 м [99]. Но устройство дренажа на такой глубине технически трудно выполнимо. По этой причине в садах целесообразно применять такие виды дренажа, ко­ торые обеспечивают более интенсивное осушение без чрезмрногс заглубления дрен. В этом отношении в первую очередь можно ре­ комендовать перекрестный дренаж, а также дренаж конструкции Реролле.

Однако интенсивность осушения нельзя считать первостепен­ ным критерием, определяющим выбор того или иного вида дре­ нажа в садах, плодопитомниках и парках. Здесь главную роль играет надежность дренажа в эксплуатации, так как дренаж зара­ стает корнями растений [107]. Исследования показывают, что зара­ стание дрен корнями в устойчивых грунтах является наиболее

251

распространенным видом повреждений дренажа даже в полевом севообороте [184]. По данным литовских исследователей [160], в 93 случаях из 100 причиной выхода из строя дренажа является закупорка его корнями. Корни влаголюбивых деревьев способны за­ купоривать дрены на расстоянии 20—30 м. При восстановлении вышедшего из строя дренажа нами была обнаружена закупорка дрен корнями ивы, осины, тополя, дуба, сосны, ели, а также кор­ нями многолетних сорняков (осота, хвоща полевого, щавеля) и даже корнями некоторых сельскохозяйственных культур (клевера, лю­ церны, кукурузы и др.). По данным чехословацких исследователей [107], внутрь дренажных линий проникает много корней кормовой и сахарной свеклы.

Некоторые авторы отрицают опасность закупорки дрен корнями плодовых деревьев и считают, что для осушения садов нет необ­ ходимости в специальных видах дренажа.

Для выяснения спорного вопроса серьезные исследования про­ вел В. Ю. Шилейка [160]. Он установил, что корни яблонь интен­ сивно проникают в дрены-собиратели, расположенные на расстоя­ нии 4—5 м от дерева. Надо отметить, что в плодовом саду дрены практически нельзя укладывать на большем расстоянии от яблонь, так как расстояние между рядами деревьев не превышает 10 м (в последнее время 8 м). Шилейка указывает также на интенсив­ ное проникновение в дрены корней ягодников (черной и красной смородины). И. Ржига [107] наблюдал, что корни большинства ягодных кустарников очень легко достигают уровня дрен и прора­ стают через зазоры в полость труб. П. Делиньш наблюдал интен­ сивное проникновение корней в дрены на плодопитомниках. На за­ растание дрен в садах корнями деревьев указывают и другие ав­ торы [53].

По нашим наблюдениям, корни яблонь не проявляют большой тенденции к проникновению в дрены. Однако в дренах они были обнаружены. Так, в 1971 г. при вскрытии дренажа в плодовом саду совхоза «Бауска» в дренах были найдены корни яблонь длиной до 10 см (сад осушен в 1963 г.). Чаще всего корни яблонь закупо­ ривают дренаж не сразу, а постепенно, по мере их отмирания. Ос­ татки корней создают препятствие стекающей по дрене воде и яв­ ляются очагами механического, химического и других видов заиле­ ния дрен. Кроме того, в садах дрены больше чем в других местах зарастают корнями многолетних сорняков и других растений. Так или иначе, но в садах Латвийской ССР нам еще не удалось найти нормально действующий старый дренаж, заложенный до 1950 г. В парках дренаж также работает в очень тяжелых эксплуатацион­ ных условиях.

С эксплуатационной точки зрения надежным считается дренаж конструкции Реролле, оправдавший себя в зарубежной практике. Но возможность применения этого дренажа весьма ограничена изза потребности в дополнительном ручном труде и большом коли­ честве каменноугольного шлака (порядка 5 м3 на 100 пог. м дре­ ны), являющегося на селе дефицитным материалом. Дренаж кон­

252

П(5и осушении садов и других насаждений предлагается приме­ нять перекрестный дренаж, обеспечивающий интенсивное и наи­ более равномерное осушение площади. Это — технически легко устраиваемый и надежный с эксплуатационной точки зрения дре­ наж. При закупорке корнями растений в какой-либо точке верх­ него или нижнего трубопровода ни одна из дренажных линий не прекращает свое осушительное действие. На связных минеральных почвах рекомендуемая глубина закладки перекрестного дренажа с учетом реальных возможностей его устройства равна 1,5 м. Рас­ стояния между дренами в верхней и нижней сети дренажных тру­ бопроводов в зависимости от расстояния между рядами плодовых деревьев и водопроницаемости почвы могут колебаться от 8 до

16 м.

4. Гидрологическое действие поперечного и продольного дренажа

Продольный и поперечный дренажи различаются между собой направлением дренажных линий относительно горизонталей. При продольном дренаже осушительные дрены направлены пер­

нами примерно за 300 лет до нашей эры для осушения сельскохо­ зяйственных угодий по принципу поперечного дренажа. После этого в течение 2 тыс. лет дренаж практически не применялся. Но когда в XVIII в. в Англии начались работы по дренированию зе­ мель, дренаж строился по принципу продольного дренажа. Этот вид дренажа распространен в Англии и бывших ее колониях.

Начиная с конца XIX в. в континентальной Европе распростра­ нилось мнение, что с точки зрения интенсивности осушительного действия поперечный дренаж имеет существенные преимущества по сравнению с продольным [77, 236, 258, 283]. Теоретическую ос­ нову для такого вывода дал Ф. Мерль [147]. После этого попереч­ ный дренаж начал широко внедряться в странах Европы, в том числе в нашей стране.

В США, где дренированных земель больше, чем в любой дру­ гой стране (более 9 млн. га), в основном рекомендовался продоль­ ный дренаж. Считается, что продольный дренаж является более экономичным, чем поперечный, так как при этом можно строить более длинные осушительные дрены, в результате чего уменьша­ ется величина повторно осушенных площадей. В последнее время в США понятия продольный и поперечный дренаж почти не упо­ требляются. В инструкциях по проектированию дренажа даются лишь минимальные и максимальные допускаемые продольные ук­ лоны дрен.

253

Для выяснения особенностей гидрологического действия про­ дольного и поперечного дренажей нами закладывались соответст­ вующие опытные системы на Малпилсском и Вестиенском опытных участках. На первом участке рядом заложены продольный и по­ перечный дренажи при среднем уклоне поверхности земли 5%, а на втором — при 3%.

Соответствующие наблюдения показали, что поперечный и про­ дольный дренажи отводят за год примерно одинаковое количество

в среднем 165 мм, а продольный 160 мм (табл. 117). На Вестиен­ ском участке при поперечном дренаже средний слой стока соста­ вил 217 мм, а при продольном — 197 мм (табл. 118). Из данных табл. 118 видно, что при поперечном и продольном дренаже нет существенного различия и во внутригодовом распределении дре­ нажного стока, и в величине средних месячных модулей дренаж­ ного стока [147].

Таблица 117

Годовой дренажный сток (мм) для систем поперечного и продольного дренажа. Малпилс

Гидрологические годы за

Величина наибольших модулей дренажного стока (максималь­ ный сток) при продольном дренаже несколько больше, чем при по­ перечном (см. табл. 26). Величина модулей стока при суточной обеспеченности Р <5% несколько больше в системах продольного дренажа, а при Р > 7 % — в системах поперечного дренажа (табл. 119). Следовательно, пик паводкового стока при продольном дре­ наже выше, но величина стока падает быстрее, чем при попереч­ ном дренаже.

Более интенсивный сток в пике паводков при продольном дре­ наже можно объяснить следующим. При интенсивном питании дрен скорость течения воды в осушительных дренах, трассирован­ ных по продольному принципу с максимально возможным про­ дольным уклоном, гораздо больше, чем в осушительных дренах поперечного дренажа. По этой причине в первом случае пьезо­ метрическое давление в водном потоке меньше, чем во втором, вследствие чего значительно облегчено поступление воды в полость дрены. Таким образом, у продольного дренажа создается несколько большая водоприемная способность и, следовательно, более ин­ тенсивный сток (табл. 120).

254

Таблица 118

Исследования показывают, что глубина залегания одинаково обеспеченных уровней грунтовых вод, а также продолжительность затопления верхних слоев почвы при продольном и поперечном дре­ наже примерно одинаковы. Так, при поперечном дренаже Малпилсского опытного участка продолжительность затопления верхнего полуметрового слоя почвы в среднем составляла 70 суток в году,

(табл. 121). Преимущества продольного дренажа над поперечным видны из табл. 122.

Примерно одинаковая интенсивность гидрологического действия поперечного и продольного дренажа объясняется следующим.

При отсутствии дренажа движение грунтовых вод идет вниз по склону. Чем больше уклон поверхности г'п, тем больше скорость движения V. Вектор скорости направлен перпендикулярно к гори­ зонталям. В дренированном поле движение грунтовых вод происхо­ дит как под влиянием падения уклона (компонент вектора скоро­ сти vn), так и под влиянием водоотводящего действия дренажа (компонент вектора скорости ид).

Водинаковых природных условиях компонент вектора скорости va по своей величине должен быть одинаковым независимо от на­ правления дренажных линий. Его величина vu= k in= const как при продольном, так и при поперечном дренаже. Второй компонент вектора скоростей нд, направленный перпендикулярно к дренам, при продольном и поперечном дренаже будет иметь различные на­ правления.

Видентичности интенсивности гидрологического действия про­ дольного и поперечного дренажа можно убедиться из следующего

примера [147] (рис. 83). Дано гп = 0,05, £ = 25 м, (= 0,9 м. Необхо­ димо определить соотношение скоростей понижения грунтовых вод при продольном и поперечном дренаже.

256

258

В данном случае максимальное расстояние передвижения ча­

стиц воды S i= 15,3 м.

При поперечном дренаже компоненты нп и нд суммируются ал­ гебраически

Зона за м едле н ­ ного т е м п а

ос у ш е н и я

- Е = 2 5 м

Рис. 83. Схема векторов поля скоростей для движущейся частицы жид­ кости при продольном (а) и поперечном (б) дренаже.

В этом случае 52=18,9 м, так как водораздел между двумя дре­ нами размещается несимметрично, т. е. S" =6,1 м, S ' =18,9 м

(рис. 83).

Так как S = vt, то