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

Таблица 26

Характерные наибольшие модули дренажного стока (л /(с -га )) в весенний период 1965 г. в системах поперечного и продольного дренажа. Вестиена

(£=20 м; t= 1,2 м)

супесчаных почв имеет значительную водопроницаемость. Об этом свидетельствуют и данные, полученные на опытном участке Римей­ кас (см. табл. 27). Здесь весной 1969 г. при средней глубине про­ мерзания почвы 0,6—0,7 м в системах атмосферного питания вели­ чина дренажного стока достигала 4,0 л/(с • га).

Как и можно было ожидать, величина максимальных модулей дренажного стока уменьшается по мере увеличения расстояний

60

между дренами Е, т. е. при уменьшении густоты дренажной сети | (рис.19).

Расчетная густота дренажной сети | определяется по формуле

где 2]^ — общая длина осушительных дрен, заложенных на данной дренированной площади, м; Z /i — общая длина коллекторов на

тельное время, <7макс редко превышает 2,0 л/(с-га). Но в районах возвышенностей и на севере республики (Вестиена, Римейкас, Кокнесе) величина <7макс почти ежегодно превышает 4,0 л/(с-га). При этом более интенсивное снеготаяние и более значительный дренажный сток наблюдается тогда, когда тепло весной наступает в более поздние сроки.

Приведенные в табл. 25, 26 и 27 данные до некоторой степени являются ориентировочными, так как точное определение макси­ мального дренажного стока технически трудно, а также потому, что во время паводков в дрены могут попасть поверхностные воды через траншейные засыпки.

Как отмечено выше, во время половодья на дренированных по­ лях формируется, в зависимости от уклона земной поверхности и особенностей микрорельефа, более или менее значительный поверх­

62

ностный сток. При мелком дренаже сроки формирования макси­ мального дренажного и максимального поверхностного стока почти совпадают. При глубоком дренаже максимальный дренажный сток наблюдается значительно позднее. Причины этого явления проана­ лизированы выше. Наибольший поверхностный сток, наблюдаемый на дренированных полях, достигал 5—7 л/(с-га) (Кокнесе, 1960 г.)

63

Из зависимости (43) следует:

в котором густота дренажной сети в 2 раза больше).

3. Расчетный дренажный сток

Расчетным модулем дренажного стока (или так назы­ ваемой нормой расчетного стока) в значительной степени опреде­ ляется режим гидрологического действия дренажа. От его величины зависят диаметры дрен и эксплуатационное состояние дренажной сети, а также стоимость дренажного строительства и окупаемость дренажа. Поэтому понятно, что вопрос о правильном определении

66

расчетного модуля дренажного стока является одним из узловых вопросов в осушительной мелиорации.

Надо отметить, что в течение долгих лет многие европейские страны для гидравлических расчетов использовали так называемую силезскую норму расчетного дренажного стока, рекомендуемую из­ вестной Силезской инструкцией [200], согласно которой q = = 0,65 л/(С’га). Например, в Латвийской ССР данную норму стока закладывали в основу проектных нормативов до 1950-х годов. Си­ лезская норма дренажного стока была получена не по данным на­ блюдений за гидрологическим действием дренажа, а в результате обработки данных трех метеостанций Силезии. Принималось, что 50% осадков холодного периода (декабрь—март) весной должны сбрасываться дренажем в течение 14 суток. Также учитывалась ве­ личина осадков наиболее дождливого летнего месяца.

Принцип, положенный в основу Силезской инструкции и ут­ верждающий, что расчетный дренажный сток должен определяться по необходимой скорости понижения грунтовых вод, позже исполь­ зовался многими исследователями. Например, А. Фридрих [233] принимает, что 40% осадков интенсивностью 4 мм в 1 ч и продол­ жительностью 24 ч должно сбрасываться дренажем в течение 7 су­

стока должна обеспечивать требуемый темп понижения уровня грунтовых вод в критические периоды года, т. е. весной и осенью. Для определения модуля расчетного дренажного стока q Гейтман и Писарьков предлагают следующую эмпирическую зависимость:

< ? = ( ; , - g - ,

где L — расстояние между дренами, м; h — напор, расчетная вели­ чина которого устанавливается в зависимости от необходимой ско­ рости понижения грунтовых вод; С4— коэффициент, величина ко­ торого для тяжелых почв 0,075, для средних почв 0,035, а для легких почв 0,025.

Для определения расчетного q Костяков [77] предлагает анали­ тический метод, который основывается на динамике работы дрен при просачивании в почву атмосферных осадков. Расчетная фор­ мула имеет вид:

где Р — количество осадков, мм; г| — коэффициент поглощения1* (изменяется в пределах от 0,4 до 0,9); р — потенциальная влагоемкость данной почвы (обычно 0,7—0,85 от полной скважности почвы); г — начальная влажность почвы; Н — глубина дренируе­ мого слоя, м; р — коэффициент, зависящий от скорости просачива­ ния воды в почву при данной степени дренирования и от темпов снижения грунтовых вод; а —-дренажный коэффициент просачива­ ния, определяемый по формуле

10# (р - г )

(49)

Рп

Коэффициент а зависит от времени года, т. е. от начальной влажности почвы и от влагоемкости данной почвы; р — средняя суточная интенсивность осадков или интенсивность снеготаяния

(>Ч):

Для вычисления величины расчетного модуля дренажного стока рекомендуется исходить из средней наибольшей суточной интенсив­ ности просачивания воды в почву за критический период года. Для этого следует определить:

а) среднюю наибольшую суточную интенсивность осадков для разных месяцев;

б) среднюю наибольшую суточную интенсивность снеготаяния; в) значения коэффициентов поглощения ц и просачивания

осадков а, которые изменяются по времени.

Затем для каждого месяца должны быть установлены макси­ мальные значения р, ц, а, из которых наибольшее по абсолютной величине принимается расчетным.

Предлагаемые А. И. Ивицким [60] расчетные формулы имеют вид:

а) при залегании дрены на водоупоре

Ack(h2 — hT)

фильтрации k выражается в м/с); h — максимальная ордината депрессионной кривой (h = t — и)- t — глубина закладки дрен; и — первоначальная глубина грунтовых вод на середине между дренами (значения и принимаются в пределах от 0 до 20 см); /г0 — ордината депрессионной кривой у дрены; Е — расстояние между дренами.

1 Коэффициент поглощения и зависит от многих факторов, в том числе от интенсивности испарения. (Прим, ред.)

'68

Для условий инфильтрационного питания величину дренажного стока можно определить исходя из формулы С. Ф. Аверьянова [3]

расстояние между дренами, м; L=E/2\ Т — расстояние от дрены до водоупора; Hi = T + d\ Яг — подъем уровня грунтовых вод над водоупором в середине полосы между двумя дренами.

Надо отметить, что движение грунтовых вод при наличии дре­ нажа более или менее изучено лишь для отдельных наиболее про­ стых случаев. Поэтому определение расчетного модуля дренажного стока аналитическим путем на основе динамики грунтовых вод не всегда оправдывается на практике. Некоторые авторы аналитиче­ ских методов расчета даже рекомендуют при определении расчет­ ного модуля по возможности пользоваться фактическими наблюде­ ниями за стоком дрен [77, 198].

Вследствие отсутствия данных натурных наблюдений за гидро­ логическим действием дренажа, на основании практического опыта разработаны рекомендации, в которых дается величина расчетного модуля дренажного стока в зависимости от определенных природ­ ных условий. Так, в условиях ФРГ в зависимости от количества го­ довых осадков рекомендуются следующие расчетные модули дре­ нажного стока (табл. 28). Несколько меньшие расчетные модули дренажного стока предлагаются для Литовской ССР.

Таблица 28

Расчетные модули дренажного стока (л /(с-га)) (по немецкой инструкции DIN 1185)

69