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

дренажем, имеющем вдвое меньшие £ = 20 м. Положительная роль агромелиоративных мероприятий на режим влажности почвы наи­ более ярко проявляется в многоводные годы [177].

Установлено, что кротование и глубокое рыхление способст­ вуют более экономичному использованию почвенной влаги. Так, на кротованных участках коэффициент водопотребления растени­ ями на единицу продукции более низкий, чем на некротованных участках. Упомянутые агромелиоративные мероприятия также спо­ собствуют вовлечению влаги подпахотных слоев в биологический влагооборот, а также значительно повышают фильтрационную спо­ собность подпахотных слоев почв и существенно улучшают другие водно-физические свойства почв [41, 132, 208]. В результате эти мероприятия значительно (в среднем на 20—25%) повышают уро­ жайность сельскохозяйственных культур [16, 76, 133, 177]. При ком­ бинированном дренаже (с кротованием) чистый дополнительный до­ ход от мелиоративных мероприятий, а также коэффициент эконо­ мической эффективности в среднем в 1,5—2,0 раза больше, чем при соответствующем систематическом дренаже [177].

Из приведенных данных следует, что сочетание дренажа с агро­ мелиоративными мероприятиями второй группы очень выгодно и целесообразно. Однако применение агромелиоративных мероприя­ тий первой группы, направленных на усиление поверхностного стока и стока по пахотному слою, в сочетании с достаточно частым и глубоким дренажем не перспективно. Практическое примене­ ние этих мероприятий ограничено потому, что они не соответствуют требованиям интенсивного земледелия. Разъемные и отводящие бо­ розды и выемки различной формы и глубины создают серьезные препятствия при перекрестной обработке полей. Организация стока по поверхности земли и пахотному слою неизбежно связана с про­ должительным затоплением этого слоя, что в условиях интенсив­ ного использования земли является неприемлемым. Кроме того, гребни, борозды, гряды и прочее подлежат ежегодному разруше­ нию и восстановлению. Так как упомянутые агромелиоративные мероприятия практически можно проводить только на достаточно сухих полях, то часто они отсутствуют именно тогда, когда наи­ более необходимы, т. е, в критический с точки зрения осушения весенний период. Борозды и выемки различного вида требуют до­ вольно много труда при ежегодном их восстановлении, а также тщательного ухода в период эксплуатации.

Из упомянутых агромелиоративных мероприятий, направленных на усиление поверхностного стока, в определенных почвенных ус­ ловиях перспективной может оказаться (в сочетании с дренажем) выборочная планировка поверхности. Планировку рекомендуется производить постепенно. Другие агромелиоративные мероприятия могут быть применены только в особых случаях. Например, выбо­ рочное бороздование глубиной 10—15 см в условиях подходящего рельефа может быть применено под озимые культуры. Узкозагон­ ную вспашку можно производить тогда, когда осушительные дре­ ны закладываются по трассам старых осушительных каналов,

271

между которыми уже существует выпуклый профиль поверхности земли. При этом разъемные борозды должны совпадать с транше­ ями осушительных дрен. Гребневание и грядование применимо под овощные и пропашные культуры, если этого требует агротехника их возделывания.

Выводы к главе V

1. В различных странах для устройства осушит дрен применяются гончарные дренажные трубки самых различ­ ных диаметров, колеблющихся от 4 до 15 см. Трубки с наибольшим диаметром применяются в США, где объем дренированных пло­ щадей наибольший. Переход на осушительные дрены большего диаметра здесь происходил постепенно, по мере расширения работ по дренажному строительству и накопления опыта по эксплуата­ ции дренажных систем. С расширением размаха дренажных работ такая же тенденция намечается и в других странах, в том числе

внекоторых республиках СССР.

2.С целью изучения влияния диаметра осушительных дрен на интенсивность гидрологического действия дренажа в пяти хозяй­ ствах республики при различных почвенных и климатических ус­ ловиях были заложены соответствующие опытные дренажные си­ стемы. Установлено, что при увеличении диаметра осушительных

дрен от 5,0 до 7,5 и 10,0 см значительно увеличился как суммар­ ный, так и одинаково обеспеченный дренажный сток, а продол­ жительность переувлажнения верхнего активного слоя почвы уменьшилась. Упомянутое увеличение диаметра дрен обеспечивает примерно такой же эффект, как уменьшение расстояний между дре­ нами на 15—20%, но первый прием обходится в несколько раз де­ шевле, чем второй. Увеличение интенсивности осушения объясня­ ется уменьшением сопротивлений при подходе воды к дрене и по­ ступлении ее в дрену, т. е. увеличением водоприемной способности дрен большего диаметра. Устройство осушительных дрен из труб диаметром 7,5 и 10 см наиболее необходимо в условиях интенсив­ ного напорно-грунтового питания, т. е. в местах, где дрены долж­ ны принимать большое количество воды.

3. Увеличение диаметра осушительных дрен не только увеличи­ вает интенсивность гидрологического действия дренажа, но оправ­ дывает себя и с эксплуатационной точки зрения. По мере увеличе­ ния диаметра в условиях подходящего рельефа создается возмож­ ность увеличения длины осушительных дрен, что приводит к сокра­ щению протяженности дренажных коллекторов и отводящих дрен, и также трудно эксплуатируемых открытых коллекторов. Кроме того, это дает возможность уменьшить минимальный допускаемый продольный уклон дренажной линии, что в условиях ровного рель­ ефа обеспечивает более равномерное осушение дренированного поля. При увеличении длины осушительных дрен улучшается само­

272

очистка дрен, так как в более длинных дренах образуется больший промывающий расход.

4. Для повышения интенсивности осушения переувлажненных почв в связи с интенсификацией сельскохозяйственного производ­

чением времени перейти на устройство осушительных дрен из этих труб.

5. В целях повышения производительности труда в дренажном строительстве и усовершенствования его технологии в разных стра­ нах, в том числе в СССР, широко развернулись исследования по применению пластмассового дренажа.

Соответствующими исследованиями установлено, что в почвах с небольшим содержанием железистых соединений (< 3 мг/л грун­ товой воды) пластмассовый дренаж, заложенный из поливинил­ хлоридных и полиэтиленовых труб диаметром ^5 0 мм и водопри­ емной поверхностью более 10 см2/м, обеспечивает не менее интен­ сивное регулирование водного режима, чем обычно применяемый гончарный дренаж.

При более высоком содержании железистых соединений интен­ сивность гидрологического действия пластмассового дренажа резко уменьшается вследствие усиленного заиления труб и их водоприем­ ных отверстий этими соединениями. В Латвийской ССР при содер­ жании железистых соединений в грунтовой воде более 8 мг/л на­ блюдалось полное прекращение действия пластмассового дренажа уже в первые месяцы его эксплуатации. До разработки соответст­ вующих мероприятий по защите дрен от химического и биохимиче­ ского заиления в почвах с повышенным содержанием железистых соединений (обычно на болотах) от применения пластмассового дренажа следует отказаться.

Механическое заиление пластмассового дренажа, по сравнению

сгончарным, менее опасно.

6.Интенсивность гидрологического действия пластмассового дренажа возрастает по мере увеличения диаметра осушительных дрен и величины водоприемной поверхности пластмассовых труб. Эти факторы оказывают относительно наибольшее влияние на

режим уровней грунтовых вод и влажности почвы в периоды ме­ женного дренажного стока, которые составляют основную часть всего периода действия дренажа.

Минимальный рекомендуемый диаметр пластмассовых осуши­ тельных дрен 50 мм. Имея в виду плохую смачиваемость пласт­ масс, общая площадь водоприемных отверстий F0 для пластмассо­ вых дрен должна быть больше, чем для гончарных. Величину F0 для пластмассовых труб рекомендуется принимать не менее 15— 25 см2/м в зависимости от вида и формы водоприемных отверстий, а также материала дренажных труб. Для полиэтиленовых труб ре­ комендуется большая водоприемная поверхность, чем для поли­ винилхлоридных.

При прочих равных условиях дренаж, заложенный из поливи­ нилхлоридных труб, действует более интенсивно, чем дренаж, за­ ложенный из полиэтиленовых труб.

В дренажном строительстве наиболее целесообразно применять гофрированные поливинилхлоридные трубы с перфорацией, выпол­ ненной в виде коротких щелей длиной до 4 мм и шириной до 1,1 мм или круглых отверстий диаметром до 1,6 мм.

7. Укрепленный пластмассовой пленкой кротовый дренаж дей­ ствует значительно слабее, чем пластмассовый, заложенный тран­ шейным способом. Первый может быть применен лишь для пред­ варительного осушения или в целях повышения интенсивности ре­ гулирования водного режима почв, осушенных открытыми кана­ лами.

При применении пластмассовых дренажных труб вместо гон­ чарных на 20—30% повышается темп дренажного строительства. Но в условиях Прибалтики пластмассовые дренажные трубы пока еще в несколько раз дороже гончарных. Применение пластмассо­ вого дренажа вместо гончарного здесь экономически оправдыва­ ется лишь в трудных условиях укладки дрен, т. е. в местах, где гончарные дрены нельзя укладывать без стеллажей, или там, где имеется опасность механического заиления дренажа.

Пластмассовые осушительные дрены, по сравнению с гончар­ ными, могут быть спроектированы более длинными и с меньшим продольным уклоном. В пластмассовых дренах допускаются боль­ шие величины максимальных скоростей течения воды, чем в гон­ чарных.

Расчетный дренажный сток для пластмассового дренажа при­ мерно на 20% больше, чем для гончарного.

8. Среди специальных видов дренажа, предназначенных для осушения садов, парков и других насаждений, наибольший дре­ нажный сток и наиболее интенсивное регулирование режима уров­ ней грунтовых вод обеспечивает перекрестный дренаж и дренаж конструкции Реролле. Наиболее слабое гидрологическое действие имеет место при обертке стыков дренажных труб лентами рубе­ роида. По сравнению с последним вариантом дренаж конструкции Реролле дает примерно в 2 раза больший сток. Продолжитель­ ность затопления грунтовыми водами верхнего активного слоя поч­ вы при дренаже конструкции Реролле, а особенно при перекрест­ ном дренаже в несколько раз меньше, чем при обычно гончарном дренаже.

9. Плодовые деревья очень отзывчивы к интенсивному осуше­ нию. Глубокий частый дренаж в садах обычно окупается в тече­ ние одного года. Наибольший прирост яблонь и наибольший уро­ жай плодов имеет место при перекрестном дренаже. Этот дренаж обеспечивает также наилучшие экономические, а также эксплуа­ тационные показатели. Срок окупаемости дополнительных капита­ ловложений, необходимых для устройства перекрестного дренажа вместо обычного гончарного, составляет 1—2 года. В садах и пло­ допитомниках, а также в парках рекомендуется применение глубо­

274

Глава VI

ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ ДРЕНАЖНЫМ

ИРЕЧНЫМ стоком

1.Гидрограф дренажного и речного стока, режим стока

Ввиду отсутствия длинных рядов систематических наб­ людений за показателями гидрологического действия дренажа бы­ ло выдвинуто предложение удлинить эти ряды при помощи изу­ чения связи, существующей между дренажным стоком и отдель­ ными метеорологическими факторами. Для этой цели в основном использовались данные об осадках. Однако дренажный сток, так же как и речной, является совокупным показателем множества метеорологических факторов, обусловливающих степень переувлаж­ ненное™ в даном районе. Как показывают соответствующие иссле­ дования [183], отдельные метеорологические факторы, даже основ­ ные, не могут в достаточной мере характеризовать гидрологические процессы изучаемого периода времени. Исходя из этого, считаем более целесообразным для удлинения рядов наблюдений дренаж­ ного стока использовать совокупный показатель влияния всех метеорологических факторов, отражающихся на речном стоке.

Для совместного анализа дренажного и речного стока исполь­ зованы данные Кокнесского, Кандавского и Римейкского участков опытного дренажа, где наблюдения за дренажным стоком продол­

сейне р. Салаца. Дренажный сток определялся в системах сред­ неглубокого (1,2 м) или глубокого (1,5 м) дренажа при расстоя­ ниях между дренами Е = 20 м. Водосборная площадь изучаемых дренажных систем порядка 1 га, вид водного питания — атмосфер­ ное. Дренажный сток Кокнесского участка сопоставлялся со сто­ ком р. Огре — х. Лиелпечи (Z7 = 1660 км2), сток Кандавского участ­ к а — со стоком р. Венты — х. Абава (Z7 =10800 км2), р. Абава — х. Сисени (F = 1990 км2) и р. Имулы — х. Пилскалны (F = 207 км2),

нутых рек упорядоченное русло имеет р. Салаца. У остальных рек русла упорядочены частично, в верхней части бассейна.

277

Несмотря на то что водосборная площадь рек гораздо больше, чем дренажных систем, гидрографы дренажного и речного стока имеют идентичный характер. Периоды дренажного паводочного стока в основном совпадают в периодами паводков на реках. Иск­ лючение в этом отношении иногда бывает в летний период, когда речные паводки обычно не сопровождаются паводками на дренаж­ ных системах.

Характерно то, что пик дренажного паводочного стока обычно значительно выше, чем пик речного стока, т. е. речные паводки являются более выровненными. Максимум паводочного стока на рассматриваемых реках обычно наступает на несколько (2—4 и бо­ лее) суток позже, чем дренажного стока. Это объясняется боль­ шим различием в величине водосборной площади для сравнивае­ мых рек и дренажных систем, так как для большего бассейна тре­ буется больше времени для добегания паводковых вод. Кроме того, в пределах большого бассейна иногда наблюдается некоторая асинхронность метеорологических условий, обусловливающая ре­ жим паводков. Надо учесть, что некоторое время требуется также для образования дренажных паводков, особенно если до начала инфильтрации избыточных вод уровень грунтовых вод был распо­ ложен глубоко. Наблюдения показывают, что на малых бассейнах, т. е. при F<10 км2, пик паводков обычно наступает раньше, чем на дренажных системах. Продолжительность дренажных и речных паводков примерно одинакова. Дренажный паводочный сток вы­ зывается повышением уровней грунтовых вод. На рис. 87 и 88 вид­ но, что периоды дренажных и речных паводков практически сов­ падают с периодами высокого стояния уровней грунтовых вод. При этом, чем выше уровень грунтовых вод, тем интенсивнее дренаж­ ный и речной сток.

Ход дренажных паводков сильно зависит также от степени влажности почвы к началу паводков. Надо учитывать, что разность в степени влажности в метровом корнеобитаемом слое почвы мо­ жет составлять 250 мм влаги и более, т. е. до 50—60% годовых осадков [114]. Поэтому неудивительно, что отдельные значительные речные паводки на дренажных системах не отражаются. Характер­ но, что в маловодные и средние по водности годы значительных дренажных паводков летом, как правило, не бывает; в этот период обычно наблюдается отсутствие дренажного стока (табл. 129). В то же время на реках Прибалтики имеют место характерные летние паводки. Из приведенных на рис. 89 и 90 интегральных кривых и данных табл. 129 следует, что в летний период определенная связь между дренажным и речным стоком имеется только в многовод­ ные годы. В холодный же период (ноябрь—апрель) дренажный сток примерно пропорционален речному стоку. Эта связь более четко выражена при наличии мягких зим с частыми оттепелями, т. е. с частыми зимними паводками [183].

Менее тесная связь между дренажным и речным стоком наблю­ дается в маловодные годы. Это объясняется следующим. Маловод­ ным гидрологическим годам (1959-60,1963-64) обычно предшествуют

278

Рис. 87. Гидрографы дренажного и речного стока. 1966-67 г.

/ — дренажный сток (Римейкас); 2 — речной сток (р. Брасла — х. Айвады); 3 — уровни грунтовых вод (Римейкас).