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

и холодный период года в условиях их промерзания. До решения этого вопроса для определения Еп на данных почвах, видимо, при­ ходится пока применять комплексный эмпирический метод с ис­ пользованием данных механического состава и степени оглеения дренируемого слоя. Как показывает долголетний опыт применения дренажа в Прибалтике, а также в зарубежных странах (Польша, ФРГ и др.), умелое совместное использование этих показателей дает возможность довольно правильно определить необходимую Еп, хотя и в этом имеется некоторый субъективизм. Для песчаных почв коэффициент фильтрации, как наиболее надежный показатель водно-физических свойств, уже сейчас должен быть использован при определении Еп гидромеханическим методом.

При определении коэффициента фильтрации следует учитывать еще следующее.

Как известно, для определения k разработано несколько поле­ вых и лабораторных методов. В лабораторных условиях его опре­ деляют путем измерения скорости фильтрации сквозь монолит с ненарушенной структурой. В полевых условиях обычно пользу­ ются методом восстановления уровня воды в грунтовой скважине или методом инфильтрации из шурфов. Но оказывается, что в од­ ной и той же почве при различных методах определения разница в величине k может получаться десяти- и даже стократной [128, 266]. Больше того, даже там, где применяется один и тот же ме­ тод, например, метод восстановления уровня воды в скважине, но используются различные рекомендуемые в литературе формулы расчета, получаем довольно большую разницу в величине k

(табл. 143).

Исследования показывают, что в зоне избыточного увлажнения наиболее надежным и рекомендуемым для определения коэффици­

сопоставимых величин k совершенно необходимо условиться о при­ менении одной определенной расчетной формулы.

В зарубежных странах при определении k для торфяных и пес­ чаных почв широко используется формула Л. Эрнста, так как она проста в применении [302]. В СССР рекомендуется вторая формула Г. А. Эркина. Однако, по мнению автора, лучшей является фор­

качки, см; у 0— понижение уровня воды в конце откачки (7 = 0), см; у — понижение уровня воды после Т секунд, см; Т — время под­ нятия уровня воды от г/о до у, с.

310

Формула Зиверта дает примерно такие же величины k, как вто­ рая формула Эркина, но имеет одно существенное преимущество: вычисленная по ней величина k не зависит от размеров скважин. Формула Зиверта пригодна при # ^ 2 г и может быть рекомендо­ вана для широкого внедрения.

В заключение следует еще раз подчеркнуть, что для определе­ ния расстояний между дренами наиболее правильно применять гидромеханический метод расчета, по возможности устранив его недостатки. Необходимы усовершенствования теоретических рас­ четных зависимостей с учетом процесса формирования дренажного стока не только в фазе спада, но и в фазе подъема паводочного цикла действия дренажа (см. главу I). Надо решить вопрос об определении изменчивых во времени фильтрационных свойств билее тяжелых минеральных (глинистых, суглинистых) почв. От тео­ ретического и практического решения этого вопроса зависит воз­ можность практического применения гидромеханического метода определения Е на более тяжелых почвах. Данный метод дает до­ статочно хорошие результаты лишь на хорошо фильтрующих пес­ чаных, легких супесчаных, а также макроагрегатных пойменных почвах. Для определения Е на глинистых и тяжелых суглинистых почвах по упомянутым причинам в условиях Латвийской ССР приходится пока использовать комплексный эмпирический метод. Полученный этим методом результат целесообразно проверить

необходимо иметь данные непосредственных наблюдений за интен­

руемых расстояний между дренами будет тем точнее, чем длиннее период наблюдений за действием дренажа в системе-аналоге и чем эта система ближе по своим условиям к данному осушаемому уча­ стку.

в нашей стране возросла после многоводного 1961-62 гидрологи­ ческого года. Построенные согласно действующим нормам дре­ нажные системы в этом году во многих местах оказались не в со­ стоянии обеспечить минимально необходимую интенсивность осу­ шения, главным образом с точки зрения применения механизмов на полевых работах [180]. По расчетам А. В. Смирнова [130, 131], в нечерноземной полосе СССР избыточное увлажнение в 1962 г. принесло народному хозяйству значительный материальный ущерб,

312

вдесятки раз превышающий размеры разовых капиталовложений

встроительство дренажа.

Анализ гидрологических явлений показал, что 1961-62 г. отнюдь не является каким-то катастрофическим годом, повторение кото­ рого маловероятно. Установлено, что, например, для Латвийской ССР этот год по степени водности соответствует в среднем 10— 15%-ной обеспеченности [183]; действующие нормы степени дрени­ рования рассчитаны на недостаточно высокую обеспеченность.

Надо подчеркнуть, что в Прибалтике в настоящее время при­ меняется меньшая степень дренирования, чем до первой мировой войны, когда полевые работы здесь в основном выполнялись вруч­ ную и лошадьми.

Многочисленными опытами установлено, что при большей сте­ пени дренирования урожаи сельскохозяйственных культур являются более высокими, а срок окупаемости дренажа — меньшим [133, 164, 175—177]. Это подтверждается и приведенными в табл. 48, 72 дан­ ными. Но, как отмечено выше, на осушаемых связных минераль­ ных почвах, а также на глубоких и мелких болотах со слабопро­ ницаемым основанием высокая урожайность при правильной агро­ технике всегда обеспечена, если обеспечены условия механизации полевых работ. Правда, причиной низкого урожая может быть ост­ рая засуха в летний период, когда требуется искусственное увлаж­ нение почв. Однако, как отмечалось, дренаж не способствует уве­ личению дефицита влажности в сухие периоды, а, наоборот, спо­ собствует сохранению влаги в почве.

Таким образом, при определении Е и t в нашей стране, как и в некоторых зарубежных странах с высокой культурой земледе­ лия, на первый план выдвигаются вопросы проходимости механиз­ мов на осушаемых землях. Это объясняется тем, что за последние

повестку дня станет вопрос о полной механизации производствен­ ных процессов. При этом ожидается, что гусеничные машины за­ менятся более легкими и экономичными колесными машинами. Нельзя забывать, что от правильного определения степени дрени­ рования в значительной мере зависят возможности интенсифика­ ции сельскохозяйственного производства в течение не только бли­ жайших лет, но и нескольких десятилетий, т. е. в течение всего периода ожидаемой нормальной эксплуатации дренажа. Это, ко­ нечно, значительно повышает требования к интенсивности осушения переувлажненных почв. По нашему мнению, интенсивность осуше­ ния дренированных почв должна обеспечить свободную проходи­ мость поля всеми машинами (в том числе колесными), начиная со времени оттаивания почвы весной и до ее замерзания осенью.

При определении оптимальной степени дренирования, кроме закономерностей движения грунтовых вод в дренажном поле, дол­ жны использоваться и другие показатели гидрологического харак­ тера. Так как дренаж является гидротехническим сооружением, то расчетные его параметры должны определяться по общепризнан­

313

ному принципу расчета параметров гидротехнических сооружений, т. е. в зависимости от гидравлической нагрузки определенной рас­ четной обеспеченности. В качестве нагрузки для дренажа можно принять отводимое дренажем количество избыточных вод в целях обеспечения необходимого понижения уровня грунтовых вод и зависящей от него влажности в активном слое почвы.

Количество воды, которое должно сбрасываться дренажем, ре­ комендуется определять по материалам натурных наблюдений за дренажным стоком в рассматриваемом районе. Однако, учитывая, что таких наблюдений еще мало и они в основном кратковре­ менны, в расчетах также можно использовать данные гидрологии малых рек (см. главу VI). По нашим исследованиям, как дренаж­ ный сток, так и сток на малых реках отражает суммарное влияние всех климатических факторов текущего года и очень хорошо ха­ рактеризует степень водности и необходимости осушения почв [183]. По наблюдениям за дренажным стоком или за стоком на ма­ лых реках рекомендуется установить расчетный год, соответствую­ щий 5%-ной обеспеченности дренажного стока расчетного периода действия дренажа, для которого надо определить необходимые Е и t. Для Прибалтики расчетным периодом действия дренажа явля­ ется весенний период.

Согласно агротехническим требованиям, в расчетном году за период времени с пика весеннего половодья до начала предпосев­ ного периода Тд дренаж на пахотных минеральных землях должен обеспечить понижение уровня грунтовых вод на глубине не менее 0,4—0,6 м (меньше — для песчаных, больше—для глинистых почв). Это условие и надо учитывать при определении оптимальных Е и t. Степень дренирования для каждого конкретного района, ко­ нечно, будет зависеть от природных условий. Например, для се­ верной и средней частей территории Латвии, где упомянутый пе­ риод времени Тд составляет 10—15 суток, очевидно, потребуются значительно меньшие Е, чем для некоторых южных и западных районов, где Тл часто превышает 20 суток.

Вышеупомянутое требование к интенсивности осушения в ве­ сенний период сохраняется и для пастбищ на минеральных почвах, так как последние часто превращаются в пашню и наоборот, в за­ висимости от специализации хозяйства, его экономического состоя­ ния и других временных факторов. Меньшее понижение уровня грунтовых вод к началу предпосевного периода требуется на лу­ гах, а также на пастбищах, размещенных на болотах (порядка 0,3—0,4 м от поверхности земли).

По данным исследований интенсивности и эффективности дре­ нажа нами установлена оптимальная степень дренирования для опытно-производственных участков Латвийской ССР (см. табл. 137). Пользуясь методом гидрологической аналогии, составлен график определения нормативных расстояний между дренами Еп для связных дерново-глеевых, дерново-карбонатных и дерново-подзоли­ стых почв республики (см. рис. 99). На основании этого метода также уточнены коррективы для определения проектируемых рас­

314

стояний между дренами Ер в зависимости от степени оглеения по­ чвы, степени водности данного района и других факторов. Как отмечено выше, эти коррективы более удобно применять в виде соответствующих поправочных коэффициентов.

Для определения проектируемых расстояний между дренами Ер на глинистых и суглинистых почвах для конкретного дренируе­ мого поля в условиях Латвийской ССР рекомендуется следующая зависимость:

= KuKgKhKrKhKi — поправочный коэффициент, зависящий от при­ родных условий данного объекта, учитывающий несовершенство

П р и м е ч а н и е . Большие значения коэффициента Kg относятся к случаям, когда основной причиной оглеения почвы на осушаемой площади был задер­ жанный сток избыточных вод. При определении Е п гидромеханическим методом Kg не учитывается {Kg= 1).

315

Поправочный коэффициент на степень водности данного района Ки служит для дифференцирования нормативных расстояний ме­ жду дренами по территории республики (области). Величину этого коэффициента рекомендуется определять по зависимости

где qn — средний для республики (области) расчетный дренажный сток; q — расчетный дренажный сток для данного района.

Зависимость (227) получена, исходя из гидромеханических фор­ мул (например, из формулы И. Роте), учитывая, что имеет силу соотношение

316

Значения коэффициента Ки для территории Латвийской ССР вычислены по величинам расчетного дренажного стока, получен­ ным на основании данных непосредственных наблюдений за режи­ мом гидрологического действия дренажа (см. главу I). Карто­ грамма коэффициента Ки для территории Латвийской ССР при­ ведена на рис. 100.

В слоистых почвах нормативное расстояние между дренами Е рекомендуется определять по формуле в соответствии с работой

[268]

(нижнему) однородному слою почвы; hi, h%, ..., hm—толщина от­ дельных слоев.

Для песчаных, легких супесчаных, а также макроагрегатных пойменных почв нормативное расстояние между дренами Еп реко­ мендуется определять гидромеханическим методом в зависимости от коэффициента фильтрации k, допускаемой величины подъема кривой депрессии над дренами (t — 0,5) и мощности фильтрую­

по формуле (226), принимая £g= l,00.

В местах, где величина Е р получается больше 40 м, с точки зрения интенсивности осушения дренаж фактически не нужен, т. е. достаточная интенсивность осушения может быть достигнута ред­ кой сетью каналов. На практике в таких местах дренаж иногда всетаки строится из соображений облегчения и удешевления работ по технической эксплуатации мелиоративных систем, а также улуч­ шения условий механизации полевых работ.

Для торфяных почв низинных болот проектируемые расстояния между дренами Ер рекомендуется определять по следующей за­ висимости:

(230)

где Еп — нормативное расстояние между дренами для торфяных почв при атмосферном питании (для условий Латвийской ССР

317

ч

(табл. 150); К' — коэффициент, зависящий от гидрологических ус­ ловий болота (табл. 151); K'h— коэффициент, зависящий от со­

держания соединений железа в грунтовой воде (табл. 152). Согласно графику, приведенному на рис. 99, уточненные нами

нормативные расстояния между дренами Еп для связных мине­ ральных почв получаются на 2—4 м меньше по сравнению с при­ меняемыми до сих пор [268]. Следует отметить, что вопрос об оп­ тимальных Еп в Латвийской ССР относительно меньше изучен для тяжелых почв. Можно ожидать, что в дальнейшем, по мере накопления опытных данных, величину Еп на этих почвах при­ дется еще более уменьшить, особенно там, где по каким-либо при­ чинам исключается возможность применения глубокого дренажа.

м/сутки

Рис. 101. Номограмма для определения нормативных расстоя­ ний между дренами (Еп) гидромеханическим методом для пес­ чаных, а также для пойменных почв с макроагрегатной структурой.

319