3. Методы осушения и способы осушения

Под методами осушения понимаются пути, принципы, приемы воздействия, направленные на устранение факторов избыточной увлажненности торфяной залежи. В зависимости от причин заболачивания и целей осушения применяют методы:

• понижения и регулирования уровня грунтовых вод;

• ускорения отвода поверхностного стока;

• ограждения осушаемой территории от притока поверхностных, грунтовых и грунтово-напорных вод;

• защиты осушаемой площади от затопления или подтопления водами рек, озер, водохранилищ.

При заболачивании грунтовыми или грунтово-напорными водами и при высоком их стоянии применяют метод понижения УГВ.

При заболачивании поверхностными водами или атмосферными осадками применяется метод отвода и ускорения их стока. Отвод поверхностных вод осуществляется проще и легче, чем понижение и регулирование УГВ.

При заболачивании пришлыми поверхностными и грунтовыми водами применяют метод ограждения осушаемой территории дамбами от затопления и перехват поверхностных вод нагорными, а грунтовых – ловчими каналами.

Способы осушения – это конкретные технические средства и мероприятия в области осушительной мелиорации, направленные на устранение избыточной увлажненности и создание на ней необходимого водного режима.

Основные способы осушения:

• устройство открытой сети (каналы);

• осушение закрытыми каналами (дренажем);

• механический водоподъем (откачка воды из осушительной системы насосами);

• поглощающие колодцы;

• водопонижающие скважины;

• комбинированный способ (открытые каналы и дренаж);

• обвалование рек, озер, водотоков и др. водоемов.

На выбор способа осушения влияют следующие факторы:

• способ добычи торфа (фрезерный, экскаваторный, фрезформовочный);

• вид и назначение торфяной продукции;

• физико-механические свойства торфяной залежи и подстилающих ее грунтов;

• капитальные и эксплуатационные затраты.

В настоящее время торфяные месторождения осушают в основном открытыми каналами с самотечным сбросом воды в водоприемник. Достоинство данного способа в том, что открытая осушительная сеть сравнительно быстро отводит дождевые и паводковые воды, имеет относительно невысокую стоимость, каналы могут проектироваться с малыми уклонами (i = 0,0002), доступны для осмотра и ремонта. Однако этому способу присущи и недостатки: затрудняется передвижение технологических машин, теряется полезная площадь под каналами, появляется необходимость устройства мостов через открытые каналы и др. С наступлением морозов осушительное действие неглубоких каналов вследствие промерзания откосов и дна прекращается.

4. Осушительные системы и их составные элементы

Комплекс искусственных сооружений, относящийся к тому или иному способу осушения, составляет осушительную систему. По способу отвода вод с осушаемой территории осушительные системы подразделяются на самотечные, с механическим водоподъемом и комбинированные.

Любая осушительная система состоит из водоприемника, осушителей (картовые каналы и дрены), проводящих (валовые, магистральные, соединительные каналы), ограждающих каналов (нагорные и ловчие каналы), сооружений на сети (шлюзы, мосты, отстойники и др.). В качестве водоприемника используются чаще всего реки, ручьи, крупные каналы, а также озера, водохранилища.

При комбинированном осушении и с механическим водоподъемом к элементам осушительной системы добавляется насосная станция, а в случае затопления осушаемой территории – и оградительная дамба.

Основная функция осушителей состоит в отборе внутризалежной воды и перехвате поверхностного стока. Осушители понижают уровень грунтовых вод, с помощью них достигается требуемая норма осушения.

Проводящая сеть каналов только транспортирует воду, собранную осушителями (из валовых в магистральный, из магистрального в водоприемник).

Нагорные каналы перехватывают поверхностный сток с окружающих осушаемый объект территорий.

Ловчие каналы перехватывают грунтовые воды.

В качестве примера рассмотрим открытую осушительную сеть. Она состоит из мелкой сети открытых осушителей, так называемых картовых каналов, регулирующих сток поверхностных вод, а также инфильтрацию атмосферных вод, и проводящей сети, осуществляющей сброс воды с залежи, доставляемой картовыми каналами, за пределы осушаемой площади. Проводящая сеть включает в себя валовые, соединительные и магистральные каналы. Последние принимают сбрасываемые с осушаемой залежи воды и транспортируют их до водоприемника – реки или озера.

Кроме основных двух групп в осушительную систему входят нагорные каналы, ограждающие месторождение от притока поверхностных вод с внешнего водосбора, а также ловчие каналы, которые служат для перехвата грунтовых вод, поступающих на осушаемые объекты, и отвода их в водоприемник.

В зависимости от рельефа осушаемой залежи в открытую осушительную систему могут входит все перечисленные каналы или только часть их.

Рис. 3.9. Схема открытой осушительной сети

1 – магистральный канал; 2 – валовые каналы; 3 – соединительный канал; 4 – картовые каналы; 5 – нагорный канал.

Расстояние между картовыми каналами для залежей низинного типа 40 м, для верховой и других залежей – 20 м. Это данные, установленные в практике разработки торфяных месторождений. Расстояние между валовыми каналами, как правило, 500 м, но может достигать и 1000 м. Это связано с технологической схемой добычи торфа. При некоторых технологических схемах, оно составляет 250 – 300 м.

Закрытая осушительная система (дренаж). Здесь в качестве осушителей используются дрены. Под дреной (от английского drain – осушать) понимается искусственный водоток (труба, скважина, полость), закрытый с поверхности для сбора и отвода почвенно-грунтовых вод. Различают материальные дрены (изготовленные из различных труб и др. материалов) и нематериальные (кротовые и щелевые). По расположению дрен относительно поверхности земли различают горизонтальный дренаж и вертикальный дренаж. За рубежом (Англия, США и др.) под дренажом понимают любой вид осушения, у нас – осушение только закрытыми системами дрен или скважин.

При любом виде дренажа грунтовые воды под действием гравитационных сил (разности напоров в грунте и дрене) просачиваются внутрь труб (скважин) или в каналы и по ним (по уклону или другим путем) транспортируются в сборную (коллекторную сеть) и выводятся за пределы осушаемой территории.

Рис. 3.10. Схема работы дренажа по отводу избыточных вод а) – дренами; б) – каналами; в) – водопонижающей скважиной. 1 – поверхность торфяной залежи; 2 – осадки; 3 – уровень грунтовых вод; 4 – дрена;5 – направление движения грунтовых вод (линии тока);6 – направление движения дренированных вод; 7 – водоупор; 8 – канал; 9 – скважина; 10 – погружной насос; 11 – водоподъемная колонка; (Н – h) – действующий напор.

Закрытый дренаж широко применяется при осушении сельскохозяйственных угодий. В торфяной промышленности в чистом виде не применяется из-за его ненадежной работы. Дрены в непрочной торфяной залежи быстро разрушаются.

В настоящее время при осушении торфяных залежей дренаж применяется в сочетании с открытой осушительной сетью и называется комбинированной схемой осушения (рис. 3.11) [].

Рис.3.11. Комбинированная схема осушения полей добычи фрезерного торфа сетью картовых каналов через 40 м и мелким щелевым дренажем: 1 – валовый канал; 2 – картовый канал; 3 – мосты-переезды; 4 – мелкие щелевые дрены.

При осушении торфяных залежей верхового типа сетью открытых каналов понижение уровней грунтовых вод посередине между осушителями в лучшем случае достигает 0,6 – 0,8 м. Известно, что дренаж не позволяет снизить УГВ до глубины его заложения. Остаточный напор под дренами в торфяных залежах составляет 0,2 – 0,4 м. Следовательно, глубина заложения дрен должна превышать норму осушения как минимум на указанную величину остаточного напора, т.е. быть не менее 1м (мелкий щелевой дренаж).

Сущность технологической схемы осушения с использованием мелкого дренажа состоит в том, что после предварительного осушения и подготовки поверхности карт выполняется нарезка щелевых дрен специально созданным для этих целей оборудованием ОЗМД-2 перпендикулярно к картовым каналам на глубину 1 м через 10 м. Длина нарезки дрен равна половине расстояния между картовыми каналами.

Наблюдениями установлено, что влажность фрезеруемого слоя на дренированных картах на 1 – 3 % ниже, чем на не дренированных. В результате цикловые сборы на дренированных полях увеличиваются на 10 – 15% по сравнению с не дренированными. Увеличивается количество циклов за счет более быстрого ввода площади в эксплуатацию после выпадения осадков.

При расположении осушительной сети в плане учитывают не только гидротехнические (рельеф поверхности и дна осушаемого торфяного месторождения, водный режим и др.), но и технологические требования торфяного производства.

Основным требованием является, чтобы каналы в плане сопрягались под прямым углом, т.е. валовые с магистральными, а картовые с валовыми.