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

Таблица 150

Коэффициент Kh, зависящий от гидрогеологических условий болота

Таблица 152

Коэффициент Кп', зависящий от содержания соединений железа в грунтовой воде торфяной почвы

Основной причиной необходимости уменьшения Еп является потребность увеличения интенсивности осушения переувлажненных почв, о чем было сказано выше. По этому поводу надо отметить, что во многих зарубежных странах, а также в некоторых респуб­ ликах СССР с аналогичным или даже менее влажным климатом применяются значительно меньшие расстояния между дренами

[190, 191, 234, 287] (табл. 153, 154). Экономическая целесообраз­ ность применения более частого дренажа подтверждается многими исследованиями [265].

Несколько меньшие нормативные расстояния между дренами получаются и для болот со слабопроницаемым основанием; для болот с хорошо проницаемым основанием они получаются значи­ тельно больше.

Из экономических соображений нецелесообразно применять расстояния между дренами меньше 6 м. При проектировании дре-

320

Таблица 153

Нормативные расстояния между дренами Е п в Чехословакии

нажа это расстояние следует считать минимально допускаемым. Если определенные по формулам (226) и (227) проектируемые расстояния Е р получаются меньше 6 м, надо применять некоторые другие мероприятия в целях увеличения интенсивности осушитель­ ного действия дренажа, в том числе увеличение диаметра осуши­ тельных дрен, устройство фильтров в дренажных траншеях и др.

При обеспечении необходимой интенсивности осушения пере­ увлажненных почв не меньшую роль, чем расстояния между дре­ нами, играет глубина закладки дрен. Исследования показывают, что одинаковую интенсивность осушения можно обеспечить раз­ личными соотношениями E a t . Так, на сравнительно водопрони­ цаемых легких суглинистых и супесчаных почвах при увеличении I лишь на 0,3—0,5 м достигается такое же увеличение интенсив­ ности осушения, как и при уменьшении Е в 1,5—2,0 раза. Дан­ ные, подтверждающие это, приведены в главах I—III, а также

в других работах [172, 173, 176]. До некоторой степени аналогич­ ные соотношения между величинами t и Е имеют место также на торфяных и тяжелых минеральных почвах (см. главы II и III). Значение t при осушении переувлажненных почв соответственно отражается на графике, приведенном на рис. 99.

Оптимальные соотношения Е и t целесообразно установить пу­ тем технико-экономического анализа. Наивыгоднейшим, конечно, будет наиболее дешевый вариант данного соотношения. Однако при определении оптимального соотношения Е и t дополнительно надо учитывать возможности осуществления установленной глу­ бины закладки дрен с точки зрения механизации дренажных ра­ бот, возможности доставки необходимого количества дренажных

труб для устройства более частого дренажа, глубину отводящей сети (водоприемников) и режим уровня воды в ней, а также другие условия.

В условиях Латвийской ССР на однородных легких суглини­ стых и супесчаных почвах в подходящих рельефных, гидрологиче­ ских и гидрогеологических условиях технически и экономически наиболее выгодно закладывать дренаж на глубину 1,3—1,5 м [164, 180] вместо нормативной 1,2—1,3 м, т. е. увеличить t на 0,1— 0,2 м. На основании проведенных исследований такую же глубину закладки дрен (1,3—1,5 м) на суглинках и супесях считают целе­ сообразной и некоторые литовские авторы [37, 43, 82]. Экономи­ ческая выгодность увеличения t на суглинистых и супесчаных поч­ вах объясняется тем, что при глубине дренажа до 1,5 м стоимость его устройства мало зависит от t, а в основном зависит от Е, так как капиталовложения, а также потребность в дренажных трубах растут пропорционально увеличению густоты дренажной сети. Ска­ занное можно иллюстрировать следующим примером. По данным института «Латгипроводхоз», стоимость устройства дренажа глуби­ ной 1,4 м в среднем на 5—7% больше, чем глубиной 1,2 м. Увели­ чение глубины дренажа на 0,2 м дает примерно такой же прирост интенсивности осушения почв, как уменьшение Е на 25% (при /=1,2 м) [173, 180]. Однако при таком уменьшении Е капитало­ вложения на устройство дренажной сети возросли бы не на 5—

322

Таблица 156

Характеристика режима уровней грунтовых вод для соответствующих вариантов

Надо еще раз подчеркнуть, что при увеличении глубины за­ кладки дрен до 1,3—1,5 м на связных (супесчаных и суглинистых) почвах значительно возрастает интенсивность их осушения во влажные периоды года, а в сухое время на полях данного глубо­ кого дренажа влажность активного слоя почвы не ниже, чем на мелко дренированных и недренированных полях (см. главу I). В сильно каменистых суглинистых и супесчаных почвах по техни­ ческим причинам целесообразно отказаться от упомянутого за­ глубления дренажа, уменьшив его на 0,1—0,2 м. Глубину закладки дрен не рекомендуется увеличивать в местах, где относительно хорошо фильтрующие почвы на небольшой глубине (^ 1 ,2 м) подстилаются плотными очень слабо фильтрующими породами (де­ вонскими глинами, мергелями и др.), а также на полях, посто­ янно используемых под луга. Это мероприятие может и не дать положительного экономического эффекта на слабоокультуренных почвах с малым слоем гумуса, особенно в первые годы после уст­

324

В литературе можно найти различные рекомендации по опти­ мальной глубине дренажа на торфяниках. В последнее время

вСССР и за рубежом в результате сравнительных исследований гидрологического действия дренажа при осушении торфяных почв наблюдается тенденция к увеличению t. Так, на основании иссле­ дований, проведенных в Московской области, на глубоких торфя­ никах, не подстилаемых песками, рекомендуется дренаж глубиной 1,7—2,0 м [158]. При использовании глубоких болот под пастбища

вусловиях Белорусской ССР Е. И. Лубяко 1 предлагает дренаж

среднеглубокого дренажа (1,0—1,2 м), применявшегося еще в 50-х годах, сейчас проектируется дренаж глубиной 1,45—1,55 м [268]. Данная нормативная t установлена на основании результатов ис­ следований гидрологического действия дренажа, проведенных в ЛатНИИГиМ с учетом эксплуатационных условий и реальных возможностей заглубления дренажа на низинных болотах, о чем говорилось в главе III. На мелких болотах со слабопроницаемым основанием рекомендуется глубина закладки дрен 1,5—1,3 м, а на мелких болотах, подстилаемых гравием и песком, 1,3—1,1 м в за­ висимости от мощности торфяного слоя.

Для тяжелых слабопроницаемых почв оптимальная глубина дренажа еще не выяснена. Но учитывая приведенные в главе II результаты исследований, есть основание предполагать, что она будет примерно такой же, как для легких суглинистых и супесча­ ных почв.

Наиболее мелкий дренаж (0,9—1,2 м) рекомендуется для пес­ чаных почв и плывунов. Песчаные почвы, как известно, имеют вы­ сокую водопроницаемость и небольшую высоту капиллярного под­ нятия. Поэтому интенсивное понижение уровня грунтовых вод глу­ боким дренажем на этих почвах может вызвать недостаток влаги в верхних горизонтах, т. е. их пересушку. В плывунах заглубле­ ние дренажа связано со значительными трудностями технического характера.

Надо признать, что рекомендуемое автором книги небольшое заглубление дренажа на некоторых связных минеральных почвах на 0,1—0,2 м, конечно, несколько осложняет процесс дренажного строительства. Однако несмотря на некоторые технические трудно­ сти при строительстве более глубокого дренажа, этот дренаж

1 Л у б я к о Е. И. Современные принципы проектирования мелиоративного строительства. — «Гидротехника и мелиорация», т. 50 (Сб. трудов Белорусской с.-х. академии). Горки, 1967. с. 18—27.

325

вопределенных почвенных условиях является более прогрессивным

иперспективным.

Напоминаем, что гидрологическое действие глубокого дренажа является более равномерным и устойчивым. Согласно приведенным данным, необходимость в более глубоком дренаже особенно про­ является в многоводные годы, что вполне подтверждается исследо­ ваниями других авторов [130]. По данным П. Б. Свиклис [120], большая глубина закладки дрен рекомендуется в районах с боль­ шим количеством осадков, а также на полях, где предусматрива­ ется проведение дождевания.

При высокой агротехнике в большинстве случаев заглубление дренажа приводит не только к более интенсивному осушению, но обеспечивает и больший коэффициент экономической эффектив­ ности (см. табл. 48, 72). Более глубокий дренаж имеет также лучшие эксплуатационные показатели, т. е. меньше подвергается засорению и зарастанию корнями различных растений [173, 187]. При глубоком дренаже корни растений проникают глубже, воз­ растает толщина активного слоя почвы, в котором развиваются почвенные микроорганизмы, улучшаются свойства почвы, в ре­ зультате чего повышается ее плодородие. По этой причине на по­ лях для возделывания более ценных технических культур и садов, где почва должна быть наиболее плодородной и где требуется более интенсивное и устойчивое осушение, в литературе рекомен­ дуется именно более глубокий дренаж, порядка 1,3—1,8 м [60, 99, 218, 236, 283]. Вопрос о глубине дренажа более подробно проана­ лизирован в других наших работах [164, 173, 176, 180].

При определении оптимальной глубины закладки дрен и рас­ стояний между дренами надо учитывать зональные особенности природных условий. В северных районах, где почва промерзает глубоко и закладывать дренаж под мерзлым слоем технически не­ возможно, определенные преимущества, по-видимому, будет иметь более мелкий частый дренаж (глава IV). К этим условиям наши рекомендации о целесообразности заглубления дрен, конечно,' не относятся. Они также не относятся к песчаным почвам и мелким болотам с хорошо водопроницаемым основанием (Полесье), где глубокий дренаж может вызывать явления переосушки.

Из сказанного следует, что в целях увеличения интенсивности осушения связных переувлажненных почв наряду с уменьшением расстояний между дренами в подходящих почвенных, рельефных и климатических условиях целесообразно некоторое увеличение глубины закладки дрен.

Выводы к главе VII1

1.Интенсификация сельскохозяйственного производства

впоследнем десятилетии требует увеличения интенсивности регу­ лирования водного режима переувлажненных почв.

326

Как показывает практика, в многоводные и средние по водно­ сти годы нормы степени дренирования, действующие в Прибал­ тике, в Московской и некоторых других областях нечерноземной полосы СССР, не обеспечивают достаточно интенсивного осушения этих почв, особенно с точки зрения механизации полевых работ. Установлено, что на осушаемых почвах высокая урожайность сель­ скохозяйственных культур при правильной агротехнике обычно обеспечена, если обеспечены условия механизации полевых работ. Следовательно, при определении расчетных параметров дренажа в первую очередь надо учитывать вопросы проходимости механиз­ мами осушаемых полей. При этом следует иметь в виду, что сте­ пень механизации сельскохозяйственного производства возра­ стает, все больше применяется автотранспорт и другие колесные машины. Интенсивность осушения дренированных почв должна обеспечить беспрепятственную проходимость полей колесными ма­ шинами начиная с ранневесеннего периода до поздней осени, т. е. до замерзания почвы.

2. Увеличение интенсивности осушения дренированных почв может быть достигнуто, в основном, путем уменьшения расстояний между дренами Е и увеличением глубины закладки дрен t до определенного для конкретных почв предела. Такие способы изме­ нения интенсивности осушения, как увеличение диаметра дрен, изменение материала дренажных труб или конструкции дренажа в общем случае дают относительно меньший эффект.

При определении оптимальной степени дренирования, т. е. оп­ тимальных основных расчетных параметров дренажа ( Eut ) должен быть использован общепризнанный принцип расчета параметров гидротехнических сооружений, которые определяются в зависи­ мости от величины гидравлической нагрузки расчетной обес­ печенности. Для дренажа в качестве нагрузки можно принять не­ обходимую интенсивность сброса избыточных вод в целях свое­ временного понижения уровня грунтовых вод и обеспечения не­ обходимой степени влажности в активном слое почвы во влажные периоды года.

3. Для определения расстояний между дренами до сих пор применялись различные методы, наиболее старыми из которых яв­ ляются эмпирические; позже для этой цели были разработаны также гидромеханические и экономические методы.

Известные методы определения Е условно можно разделить на две группы: 1) методы, применяемые при проектировании осу­ шительных систем и 2) методы, служащие для определения опти­ мальных Е по результатам наблюдений за действием построенных опытных дренажных систем.

При определении Е по данным наблюдений используется прин­ цип получения максимального экономического эффекта (экономи­ ческий метод) или же принцип обеспечения необходимого водного режима почв в критические (расчетные) периоды определенной обеспеченности. Экономический метод определения Е часто дает противоречивые результаты, так как основной фактор расчета —

327

урожай сельскохозяйственных культур — зависит не только от вод­ ного режима дренированной почвы, но и от факторов агротехни­ ческого комплекса, не связанных с дренажем. Поэтому наилуч­ шие результаты достигаются при совместном использовании обоих упомянутых принципов.

Для определения расстояний между дренами при проектирова­ нии осушительных систем используются закономерности гидроме­ ханики, основанные на общих законах фильтрации грунтовых вод,

атакже различные эмпирические зависимости.

4.Теоретически наиболее обоснованным и совершенным мето­

дом определения расстояний между дренами является гидромеха­ нический. Однако применение этого метода в практике проектиро­ вания пока ограничено. В настоящее время гидромеханический метод должен использоваться при определении нормативных рас­ стояний между дренами Еп на песчаных, легких супесчаных и макроагрегатных пойменных почвах, имеющих достаточно высокую водопроницаемость (£7эЛ,0 м/сутки). Для менее водопроницаемых глинистых и суглинистых почв данный метод в большинстве слу­ чаев пока не дает удовлетворительных результатов, так как еще не решен ряд теоретических и практических вопросов в области фильтрации этих почв. Дело в том, что в таких почвах наблюда­ ется многократное внутригодовое изменение водопроницаемости. Даже в пределах теплого периода эти изменения, вызванные набу­ ханием почвы в зависимости от степени влажности, могут быть 5—7-кратными и более. Еще гораздо большие изменения водопро­ ницаемости почвы в зависимости от глубины ее промерзания, сте­ пени влажности мерзлого слоя, характера внутрипочвенного обле­ денения наблюдаются в холодный период года, т. е. именно тогда, когда в западной зоне страны происходит основное гидрологиче­ ское действие дренажа. Немаловажное значение имеет и то обстоя­ тельство, что на дренируемых почвах более тяжелого механиче­ ского состава миграция влаги может и не подчиняться общему закону фильтрации, который получен на песчаных грунтах и поло­ жен в основу гидромеханического расчета. До решения упомяну­ тых вопросов на глинистых и суглинистых почвах Латвийской ССР может пока применяться комплексный эмпирический метод опре­ деления Еп с использованием соответствующих графиков и таблиц.

До массового внедрения гидромеханического метода определе­ ния расстояний между дренами необходимо установить единую методику практического определения коэффициента фильтрации, время его определения, а также расчетную обеспеченность этого коэффициента.

В целях повышения точности расчетов необходимо усовершен­ ствовать гидромеханические формулы для определения расстояний между дренами, учитывая также, что на дренированном поле дви­ жение грунтовой воды является неустановившимся. Надо также иметь в виду, что паводочный цикл действия дренажа кроме фазы

328

нами Е р для конкретного объекта в зависимости от степени водно­

на основании данных натурных наблюдений за основными показа­ телями гидрологического действия дренажа.

Эмпирические зависимости для определения Еп, а также по­ правочные коэффициенты могут быть использованы лишь для тех почвенных, климатических и других условий, для которых они по­ лучены.

5. Многочисленными исследованиями установлено, что одина­ ковая интенсивность осушения переувлажненных почв достигается при различных соотношениях расстояний между дренами Е и глу­ бины закладки дрен t. Так, на большинстве минеральных почв Латвийской ССР увеличение t на 0,3—0,5 м дает примерно такой же эффект, (как увеличение густоты дренажной сети в 1,5—2 раза. Оптимальным является такое соотношение Е и t, при котором ве­ личина мелиоративных капиталовложений в данных условиях наи­ меньшая. Применяемое соотношение Е и t часто ограничивается факторами технического порядка, например, возможностью отрытия дренажных траншей на оптимальной глубине, высоким уров­ нем воды в водоприемнике, возможностью доставки необходимого количества дренажных труб для устройства более частого дренажа

идр.

6.Для увеличения интенсивности осушения переувлажненных

минеральных почв наряду с уменьшением расстояний между дре­ нами Е целесообразно увеличивать глубину закладки дрен t.

На однородных легких суглинистых и супесчаных почвах Лат­ вийской ССР в подходящих гидрологических условиях и при со­ ответствующем рельефе рекомендуется увеличение t на 0,1—0,2 м, применяя дренаж глубиной 1,3—1,5 м вместо нормативного 1,2—

1,3 м.

Увеличение t на 0,1—0,2 м также целесообразно на тяжелых слабопроницаемых почвах. Здесь может быть применен дренаж глубиной 1,2—1,5 м. Однако оптимальная глубина закладки дрен на тяжелых почвах еще не установлена достаточно надежно.

На глубоких болотах Латвийской ССР проектируется дренаж глубиной 1,45—1,55 м. Для мелких болот со слабопроницаемым основанием также рекомендуется применение глубокого дренажа порядка 1,3—1,5 м; на мелких болотах с хорошо водопроницаемым основанием — 1,1—1,3 м.

Мелкий и среднеглубокий дренаж (0,9—1,2 м) предлагается для песчаных почв, имеющих высокую водопроницаемость.

Рекомендуемое нами увеличение нормативных глубин закладки дрен на 0,1—0,2 м не только обеспечивает более интенсивное осу­ шение связных минеральных почв, но и является весьма выгодным

329