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

Подставляя численные значения данного примера, получаем

Таким образом, в данном случае получается, что для обеспе­ чения одинаковой интенсивности осушения продольный дренаж по­

в главе I данным, в условиях достаточной водопроницаемости почвы одинаковая интенсивность осушения обеспечивается как густой сетью мелких дрен, так и бо­ лее редкой сетью глубоких дрен. С некоторым приближением можно писать

=и Н '= Н ".

У1 У2 У

Результаты исследований фактических кривых депрессии пока­ зывают, что в условиях значительного уклона поверхности земли

2 6 0

(5%) поперечный дренаж питается практически только с одной стороны, т. е. работает как глубокий разреженный дренаж.

На основании теоретических расчетов С. Ф. Аверьянов [5] и В. А. Ионат [62] пришли к заключению, что в условиях однород­ ных почв одинаковый осушительный эффект может быть достиг­ нут как поперечным, так и продольным дренажем.

Из вышесказанного следует практически важный вывод, что интенсивность осушения переувлажненных почв не зависит от на­ правления трасс осушительных дрен, и поэтому в условиях атмо­ сферного питания и подходящего рельефа можно проектировать и поперечный, и продольный дренаж. Однако нельзя рекомендовать продольный дренаж: в местах, где ожидается выклинивание на­ порных грунтовых и ключевых вод; в местах, где необходимо уст­ раивать контурные дрены для перехвата поверхностных и грунто­ вых вод, протекающих с прилегающих площадей (притеррасные участки пойм и др.); в местах перелома уклона поверхности земли (у подножья склонов); в местах с большим уклоном поверхности

(/>5,0% ).

С эксплуатационной точки зрения, а также с точки зрения тех­ нологии устройства дренажной сети некоторые существенные преи­ мущества, по сравнению с поперечным, имеет продольный дренаж. Так, при достаточном уклоне поверхности земли уклон осушитель­ ных дрен в системах продольного дренажа в несколько раз боль­ ше, чем в системах поперечного дренажа. Следовательно, соот­ ветственно возрастает и скорость течения воды в осушительных дренах, что способствует вымыванию частиц грунта, попавших в по­ лость дрен. Этот факт приобретает большое значение в плывунах и малоустойчивых грунтах.

Заилению обычно подвергаются верхние концы осушительных дрен, через которые протекает мало воды, и где скорость течения небольшая. При малом продольном уклоне, характерном для по­ перечного дренажа, эти опасные участки составляют значительную часть всей длины осушителя. При большом уклоне продольных дрен эти участки значительно короче. Еще большему их относи­ тельному уменьшению способствует и то обстоятельство, что в си­ стемах продольного дренажа осушительные дрены могут быть по­ строены значительно длиннее, чем при поперечном. Вследствие увеличенного продольного уклона и скорости течения воды длину осушительных дрен в этих системах можно увеличивать до 400 м и более без увеличения диаметра дрен. Это в свою очередь соз­ дает возможность более рационального использования водопрово­ дящей способности дренажных трубопроводов и экономии средств в результате сокращения длины дренажных коллекторов. Для ил­ люстрации сказанного в табл. 123 приведены данные по одному характерному объекту, полученные при перепроектировании попе­ речного дренажа на продольный. Кроме того, при увеличении длины осушительных дрен можно увеличить коэффициент полезного использования дренажных экскаваторов и других машин, а также упрощается организация строительных работ. При больших

261

Таблица 123

Технические данные для систем поперечного и продольного дренажа. Колхоз «Миерс» Мадонского района Латвийской ССР

уклонах продольных дрен значительно упрощается процесс укладки дрен, минует опасность образования безуклонных участков на дренажных трубопроводах, а также участков с обратным уклоном. Соответствующие расчеты показывают, что устройство продольного дренажа обходится несколько (на 3—6%) дешевле поперечного.

Учитывая упомянутые преимущества продольного дренажа, его применение следует считать целесообразным в подходящих гид­ рологических условиях и при соответствующем рельефе. При про­ ектировании дренажа рекомендуется не разделять строго принци­ пов поперечной и продольной трассировки дрен, а по возможности проектировать дренажную сеть с оптимальным продольным укло­ ном (1—2%).

5. Гидрологическое действие комбинированного дренажа

Комбинированный дренаж — это сочетание систематиче­ ского или разреженного дренажа с одним или несколькими агро­ мелиоративными мероприятиями.

По своему назначению агромелиоративные мероприятия разде­ ляются на две группы:

1) мероприятия, направленные на усиление поверхностного стока и стока по пахотному слою — узкозагонная вспашка, бороздование, гребневание, грядование, профилирование, планировка поверхности;

2) мероприятия, направленные на увеличение внутрипочвенного стока и улучшение водно-физических свойств почвы — кротование, частый кротовый дренаж, глубокое рыхление, а также углубление пахотного слоя.

В сочетании с дренажем обычно применяются агромелиоратив­ ные мероприятия второй группы — особенно глубокое, частое'кро­

262

личивает дренажный сток в 1,5—2,0 раза по сравнению с система­ тическим дренажем.

На поливном участке тяжелых дерново-карбонатных почв Земгальской низменности Латвийской ССР [Петерлаукская ОМС] уста­ новлено, что кротовые ходы, заложенные на глубине 0,5—0,6 м при расстоянии между ними 2 м, увеличивают интенсивность дре­ нажного стока в 1,8—3,7 раза. Максимальный сток при комбини­

вают, что в легких суглинистых почвах при применении на дрени­ рованных полях кротования объем годового дренажного стока обычно не увеличивается. Так, за период с 1959 по 1971 г. при си­

(табл. 124). Однако в особенно многоводные годы, каким, напри­ мер, был 1961-62, величина стока для этих вариантов соответст­ венно была 584 и 632 мм. При сильной переувлажненности кротование способствовало более усиленному сбросу паводочных вод.

Таблица 124

Дренажный сток (мм) при среднеглубоком (1,25 м) комбинированном и систематическом дренаже на легких суглинистых почвах. Римейкас

Кротование в значительной мере изменяет характер паводочного дренажного стока. Наибольший дренажный сток на кротован­ ных участках обычно меньше, чем на некротованных. В многовод­ ные годы при наличии сильно выраженных паводков (1961-62),

263

наоборот, сток больше на кротованных участках. В этом можно убедиться, сопоставляя средние суточные модули дренажного стока для маловодного 1959-60 и многоводного 1961-62 гг. (табл. 125). На кротованных участках максимальный паводочный дренажный сток иногда наблюдается на несколько суток позже, чем на некро­ тованном участке, что объясняется большей аккумуляционной спо­ собностью кротованной почвы. В этом отношении наиболее ха­ рактерным примером может служить 1961-62 гидрологический год, когда при комбинированном дренаже максимальный сток имел место 10/IV, а при систематическом дренаже уже 4/IV [170].

На легких суглинистых почвах при комбинированном дренаже, где разреженный гончарный дренаж (£ = 42 м) сочетается с кротованием, выпуклым профилем поверхности между дренами и за­ сыпкой дрен водопроницаемым материалом, годовой слой дренаж­ ного стока в среднем за 12 лет на 18% больше, чем при система­ тическом дренаже, имеющем такую же глубину закладки дрен (1,25 м), но вдвое меньшие расстояния между дренами (£ = 20 м) (см .табл.124).

В величине стока для этих вариантов особенно большая раз­ ница наблюдается в маловодные годы при относительно глубоком промерзании почвы, как это было, например, в 1959-60 гидрологи­ ческом году. Это потому, что в маловодные годы наибольшую долю годового дренажного стока составляет сток весеннего поло­ водья и при комбинированном дренаже с выпуклым профилем поверхности в полосе между дренами создаются наиболее благо­ приятные условия для притока талых вод к дренам. Так как макси­ мальный дренажный сток образуется именно во время прохожде­ ния весеннего половодья, то по этой же причине при упомянутом комбинированном дренаже величина максимальных модулей стока значительно больше, чем при систематическом дренаже (см. табл. 125)

Из приведенных данных следует, что некоторые агромелиора­ тивные мероприятия на легких почвах резко повышают интенсив­ ность гидрологического действия дренажа.

Данные дренажного стока, полученные на глинистых слабопро­ ницаемых дерново-глеевых почвах Лубанской низменности Латвий­ ской ССР, подтверждают вышеприведенные результаты, получен­ ные на легких суглинистых почвах, о том, что в маловодных и средних по водности годах кротование не способствует увеличению объема дренажного стока. Наоборот, при кротовании годовой дре­ нажный сток даже несколько уменьшается (табл. 126). Это объяс­ няется увеличением водоаккумулирующей способности кротован­ ной почвы, и, следовательно, более продуктивному использованию почвенной влаги.

Однако в определенных условиях при наличии более устойчи­ вых кротовых ходов и более значительного уклона кротовины кро­ тование может способствовать увеличению дренажного стока за счет поверхностных вод, притекающих к дренажным траншеям по кротовым ходам.

264

Таблица 125

Таблица 126

Дренажный сток (мм) на тяжелых дерново-глеевых почвах в маловодном 1964-65 гидрологическом году для соответствующих систем комбинированного и систематического дренажа при £ =20 м. Дегумниеки

265

Агромелиоративные мероприятия, ускоряющие поверхностный и внутрипочвенный сток, способствуют более быстрому освобожде­ нию верхних слоев почвы от гравитационной воды и уменьшают продолжительность их затопления грунтовыми водами. По данным И. М. Косьмина [76], в тяжелых дренированных почвах Калинин­ градской области при применении кротования продолжительность затопления пахотного слоя уменьшается в 1,5—2 раза. Положи­ тельное влияние кротования на режим уровней грунтовых вод также отмечают литовские ученые [16, 48 и др.].

Л. Н. Соколовская [133] отмечает, что на тяжелых дерново­ карбонатных почвах Латвийской ССР дополнение систематического дренажа кротованием повышает регулирующую способность дре­ нажа более чем в 2 раза.

По исследованиям автора, кротование весьма положительно ска­ зывается на режиме уровней грунтовых вод и на легких суглини­ стых почвах. На кротованном участке, по сравнению с некротован­ ным, хронологически соответствующий уровень грунтовых вод обычно залегает значительно глубже от поверхности земли. Во влажные периоды года разница в высотных отметках уровня до­ стигает 20—30 см. Подъем уровня грунтовых вод выше нижней границы пахотного слоя при данном комбинированном дренаже обычно имеет место лишь в течение нескольких дней во время пи­ ка весеннего половодья [177]. Таким образом, при формировании дренажного оттока пахотный слой почвы здесь практически не участвует. В то же время при соответствующем среднеглубоком систематическом дренаже без кротования в весенние периоды наб­ людается довольно продолжительное затопление пахотного слоя, например, в 1961-62 г. на 30 суток.

На легких суглинистых почвах Римейкского опытного участка кротование, проведенное на поле систематического дренажа, спо­ собствовало сокращению продолжительности затопления верхнего полуметрового слоя суглинистой почвы в среднем от 53 до 23 суток в год, т. е. в 2,3 раза. Глубина залегания уровней при 10%-ной обеспеченности при комбинированном дренаже в среднем за 12 лет была на 23 см больше, чем при соответствующем систематическом дренаже. Характерные кривые депрессии для соответствующих си­ стем систематического и комбинированного дренажа приведены на рис. 85. Видно, что одинаковый дренажный сток («7 = 0,4 л /(с-га)) на кротованном участке формируется при более глубоком залега­ нии кривой депрессии. Коэффициент депрессии для данных вариан­ тов существенно не отличается.

При сравнении интенсивности регулирования режима уровня грунтовых вод для упомянутого среднеглубокого (^= 1,25 м) ком­ бинированного дренажа с другими видами дренажа установлено следующее. Комбинированный дренаж, имеющий расстояние ме­ жду дренами £ = 20 м, обеспечивает более быстрое снижение вы­

интенсивного осушения, как соответствующий глубокий (^= 1,5 м)

266

систематический дренаж при тех же £ = 20 м (см. табл. 127 и 46). При одновременном применении в сочетании с дренажем не­ скольких видов агромелиоративных мероприятий (вариант 2, табл. 127) регулирование водного режима легких суглинистых почв происходит особенно интенсивно. Так, глубина залегания уровней при 10%-ной обеспеченности при комбинированном дре-

Нсм

Рис. 85. Хронологически соответствующие кривые депрессии для систем комбинированного (/) и си­ стематического (2) дренажа. 7/1V 1961 г.

наже, имеющем £ = 42 м, в среднем на 45—50 см больше, чем при разреженном дренаже с £ = 36 м. В данной системе комбинирован­ ного дренажа кроме кротования при регулировании водного ре­ жима большую роль, видимо, играет также выпуклая поверхность поля в полосе между дренами. При наличии выпуклого профиля в полосе между дренами темп сброса поверхностных вод ускоряет и более водопроницаемая засыпка дренажной траншеи. Как отме­ чено выше, на легких суглинистых почвах при ровном рельефе за­ сыпка траншей более водопроницаемым материалом (гравием) не оказывает заметного влияния на водный режим почвы.

Кротование себя хорошо оправдывает на глинистых дерновоглеевых почвах. Наиболее интенсивное регулирование водного ре­ жима на этих почвах обеспечивается при сочетании кротования

267

Таблица 127

Режим уровней грунтовых вод при систематическом, комбинированном и разреженном дренаже в многоводные годы. Римейкас

с частым систематическим дренажем, имеющем достаточную глу­ бину закладки дрен (£ ^ 1,2 м). Данные полевых опытов показы­ вают, что при наличии очень малой водопроницаемости почвы наи­ больший осушительный эффект достигается в системах комбини­ рованного дренажа при глубине закладки дрен 1,5—1,8 м (см. табл. 69). Мелкий систематический, а также комбинированный дренаж при ^ = 0,9 м с точки зрения интенсивности осушения не оправдывается.

Из табл. 68 и 69 следует, что относительное влияние кротования на режим уровней грунтовых вод при мелком дренаже значи­ тельно больше, чем при глубоком. Это объясняется тем, что глубо­ кий дренаж довольно хорошо обеспечивает сработку высоких уровней и без дополнительных осушительных мероприятий, о чем говорилось выше.

На полях среднеглубокого дренажа (t= 1,2 м) кротование тяжелых дерново-глеевых почв Луба некой низменности дает при­ мерно такой же эффект, как уменьшение £ на 25—30%. Здесь оп­ равдывается и укладка осушительных дрен по трассам старых осу­ шительных каналов, между которыми образовалась выпуклая поверхность (рис. 86). В данном случае при £ = 28 м интенсивность осушения примерно такая же, как на ровном поле при £ = 20 м.

Агромелиоративные мероприятия, способствующие более быст­ рому сбросу избыточных вод и понижению высоких уровней грун­ товых вод, оказывают заметное влияние и на режим влажности почвы. В литературе [48, 76, 144, 285] указывается, что среди дру­ гих видов агромелиоративных мероприятий наиболее благоприятный

268

режим влажности тяжелых почв обеспечивает глубокое рыхление и кротование. Отмечается, что кротованные почвы реже стра­ дают от недостатка влаги, так как в подпахотном слое аккумули­ руется большое количество доступной для растений влаги и вокруг кротовин создается зона повышенной влажности [35]. На полях Ленинградской области, где проведено глубокое рыхление и кро­ тование, оптимальные условия влажности почвы весной наступают на две-три недели раньше, а недостаток влаги для растений ле­ том проявляется значительно позднее, чем на контрольных полях [41]. На тяжелых почвах Калининградской области в паводковые

н см

Рис. 86. Средние (за 1964— 1968 гг.) кривые продол­ жительности уровней грунтовых вод для вариантов

лых дерново-глеевых почвах Лубанской низменности.

Дегумниеки.

периоды кротование снижает степень влажности дренированных почв на 10—18%, а в сухие периоды повышает их влажность на 3—12%. На тяжелых дерново-карбонатных почвах Земгальской низменности Латвийской ССР в предпосевно-посевной период кро­ товины на дренированных полях способствовали понижению влаж­ ности пахотного слоя в среднем на 6% [132]. В засушливые пери­ оды на кротованном участке влажность этого слоя почвы была примерно на 2% выше.

Агромелиоративные мероприятия обеспечивают более благопри­ ятный режим влажности не только на тяжелых, но и на легких минеральных почвах. Так, из табл. 128 видно, что при комбиниро­ ванном дренаже, имеющем £ = 42 м, режим влажности почвы зна­ чительно лучше (меньшая продолжительность переувлажнения и амплитуда колебания влажности) по сравнению с систематическим

269