Способы осушения
Осушительные мелиорации на сельскохозяйственных угодьях регулируют водный режим почв, создавая на них оптимальный водный, воздушный, тепловой и питательный режимы с целью повышения плодородия почв и обеспечения рационального ведения сельского хозяйства. Регулирование этих режимов изменяет физические и химические свойства почв, состав микроорганизмов. Так же осушение приводит к образованию новых почв, к улучшению роста леса. Осушение необходимо при добыче торфа и других полезных ископаемых открытым способом (уголь, железная руда и др.). В ряде случаев осушительные работы необходимы при строительстве промышленных объектов, населенных пунктов, сельскохозяйственных и животноводческих комплексов, дорог, аэродромов и др.
Осушительные мелиорации должны осуществляться с учетом охраны окружающей среды, наиболее эффективного использования земельных и водных ресурсов, предупреждения образования водной и ветровой эрозии, пожаров на торфяных почвах, закрепления песчаных почв, сохранения и создания водоохранных лесных полос и массивов вдоль рек, крупных каналов, дамб, по берегам водохранилищ и на водосборах.
Осушительные мелиорации необходимы в зоне избыточного увлажнения, то есть в районах, где атмосферные осадки превышают испарение. Помимо этого, переувлажнение может быть следствием плохих условий для оттока избыточных вод. На водоразделах отток может быть затруднен из-за малого уклона поверхности, большой ее шероховатости, наличия западин, малой водопроницаемости почв и грунтов. В пониженных местах переувлажнению способствует приток поверхностных и подводных вод и недостаточный их отток из-за слабой естественной дренированности территории: малые глубины и уклоны, недостаточная пропускная способность водотоков. Переувлажнению часто подвержены поймы рек. Оно может быть следствием деятельности человека: подтопление и периодическое затопление земель по берегам водохранилищ, уменьшение пропускной способности водотоков при строительстве мостов, дорог и дамб; уничтожение лесной растительности на склонах и др.
Объекты осушения для сельского хозяйства — болота, заболоченные и минеральные земли постоянного или временного увлажнения. Для их осушения строят осушительная сетькоторых обеспечивает отвод избытка воды до нормы осушения (глубина грунтовых вод, обеспечивающая влажность корнеобитаемого слоя почвы, необходимую для получения высоких урожаев). Методы и способы осушения определяются типом водного питания и сельскохозяйственным использованием территории. Под типом водного питания понимают основной источник поступления воды, который при определенных природных условиях приводит к переувлажнению почвы.
Метод осушения – это принцип воздействия на фактор переувлажнения, который характеризует основное направление мелиоративных мероприятий по регулированию водного режима, но не сами мероприятия.
Способ осушения – это совокупность технических средств, позволяющих принять и своевременно отвести избыток влаги за пределы осушаемой территории.
Способы осушения земель
|
Тип водного питания
|
Метод осушения
|
Способ осушения
|
|
Атмосферный
|
Ускорение поверхностного стока
|
Открытые каналы (собиратели), искусственные ложбины, закрытые собиратели, планировка поверхности, агромелиоративные мероприятия (глубокое рыхление почвы, выборочное бороздование, профилирование, грядование и гребневание поверхности, узкозагонная вспашка, вспашка вдоль склона)
|
|
Повышение инфильтрационной и аккумулирующей способности почв
|
Кротовый и щелевой дренажи, агромелиоративные мероприятия (глубокое рыхление, глубокая вспашка, рыхление подпахотного горизонта, кротование, глубокое мульчирование почвы, известкование почвы, обработка почвы химическими мелиорантами, пескование торфов, мероприятия по уменьшению глубины промерзания и ускорению оттаивания почвы)
|
|
Грунтовый
|
Понижение уровня грунтовых вод
|
Открытые каналы (осушители), закрытый материальный дренаж (систематический или выборочный), вертикальный дренаж, кротовый и щелевой дренажи, углубление естественных дрен (реки, ручьи), кольматаж поверхности
|
|
Перехват потока грунтовых вод
|
Ловчие каналы и дрены, береговой дренаж, вертикальный дренаж
|
|
Уменьшение их притока
|
Антифильтрационные завесы, мероприятия по ограничению питания грунтовых вод (борьба с потерями в каналах и пр.), биологический дренаж
|
|
Грунтово-Напорный
|
Понижение пьезометрических уровней на объекте
|
Глубокий горизонтальный (открытый и закрытый) дренаж, вертикальный дренаж, разгрузочные скважины - усилители горизонтального дренажа
|
|
Понижение пьезометрических уровней за его пределами
|
Устройство водозабора подземных вод, мероприятия по ограничению питания напорного водоносного горизонта
|
|
Склоновый
|
Перехват на границе объекта склонового поверхностного потока
|
Нагорные каналы и ложбины, перехватывающие дрены, защитные дамбы
|
|
Уменьшение притока поверхностных вод со стороны
|
Комплекс противоэрозийных мероприятий на склоне (создание прудов, лиманов, лесонасаждение, вспашка зяби и пахота поперек склона, лункование почвы, повышение агротехники и интенсивности использования земель, оструктуривание почв)
|
|
Намывной
|
Ускорение руслового паводкового стока
|
Регулирование рек-водоприемников (спрямление, углубление, уширение, расчистка русла)
|
|
Защита территории от затопления
|
Обвалование рек, озер, нагорно-ловчих каналов
|
|
Разгрузка реки (озера) системой мероприятий по регулированию стока
|
Устройство водохранилищ на реке и ее притоках, переброска части стока в бассейн другой реки, перехват притоков реки (озера) каналом со сбросом воды ниже объекта
|
Способы осушения включают гидротехнические средства, агромелиоративные мероприятия, противоэрозийные мероприятия, а так же агротехнические приемы. Выбор способа осушения производится на основе технико-экономических расчетов.
Способ осушения определяет принципиальную схему и конструкцию основного элемента осушительной сети - ее регулирующей сети.
Осушительная сеть состоит из элементов, правильная работа которых должна обеспечивать оптимальный мелиоративный режим на участке проектирования. В состав осушительной сети входят:
· регулирующая сеть
· ограждающая сеть
· проводящая сеть
· гидротехнические сооружения, дороги, лесополосы, наблюдательные скважины, гидрометрические посты и пр.
Размещение осушительной сети в плане определяется схемой осушения. Перед выбором схемы осушения и размещением элементов осушительной сети в плане необходимо выбрать водоприемник для осушительной системы. Это может быть река, озеро или понижение местности способные своевременно и без подпора принять всю воду, поступающую из осушительной системы.
Регулирующая сеть первой принимает избыточные поверхностные и подземные воды и отводит их в проводящую сеть. Регулирующая сеть по принципу действия подразделяется на: закрытые и открытые осушители, понижающие уровень подземных вод в требуемые сроки; закрытые и открытые собиратели, отводящие в расчетное время избыточные поверхностные воды. Выбор конструкции осушительной сети зависит от типа водного питания, от выращиваемой сельскохозяйственной культуры, и основывается на опыте эксплуатации существующих осушительных систем.
|
Тип водного питания
|
Сельскохозяйственные культуры
|
Регулирующая сеть
|
|
Грунтовый
|
Травы
|
Открытые осушители
|
|
Кроме трав
|
Закрытые осушители
|
|
Атмосферный, намывной
|
Травы
|
Открытые собиратели
|
|
Кроме трав
|
Закрытые собиратели
|
Открытую регулирующую сеть применяют в основном для осушения естественных сенокосов без использования их под выпас, при содержании в грунтовых водах более 10... 14 мг/л закисного железа, для предварительного осушения болот с близким залеганием грунтовых вод с последующим выполнением культуртехнических работ и строительством закрытого дренажа, для осушения низинных болот, подстилаемых на глубине 1,5…2,5 м хорошо водопроницаемыми почвогрунтами с коэффициентами фильтрации более 1 м/сут при уклонах поверхности менее 0,001, на почвогрунтах с наличием на глубине менее 1 м скальных пород и большого количества камней.
Закрытая регулирующая сеть - обязательный способ осушения земель под полевые и овощекормовые севообороты, технические культуры, сады, ягодники и пастбища (за исключением районов Севера).
Различают дренажную закрытую осушительную сеть, понижающую уровень инфильтрационных, грунтовых и грунтово-напорных вод, собирательную, обеспечивающую отвод воды с поверхности поля и из пахотного слоя, а также сеть кротовых и щелевых дрен. Основным конструктивным элементом закрытой регулирующей сети (как закрытых осушителей, так и закрытых собирателей) являются дрены. В качестве дрен применяют пластмассовые перфорированные трубы или гончарные трубки. Основным отличием конструкции закрытого собирателя от конструкции закрытого осушителя является наличие хорошо проницаемого объемного фильтра. В качестве объемного фильтра в закрытых собирателях применяют траншейную засыпку, для изготовления которой, используют смесь грунта подпахотных горизонтов с крупнозернистым песком или мелким гранитным гравием, а также песчано-гравийную смесь.
Дренажную сеть устраивают при осушении болот, минеральных земель при коэффициенте фильтрации более 0,01 м/сут с грунтовым и грунтово-напорным, смешанным и намывным питанием. Сеть закрытых собирателей делают при осушении минеральных слабоводопроницаемых почвогрунтов атмосферного типа водного питания при коэффициенте фильтрации 0,01 м/сут и менее.
Для закрытого горизонтального дренажа следует применять безнапорные неметаллические трубы, которые должны выдерживать давление грунта, временную нагрузку от сельскохозяйственных машин и быть стойкими к воздействию агрессивной среды.
Закрытый осушитель представляет собой траншею, на дно которой укладывают гончарные или перфорированные пластмассовые трубы. Трубы засыпают вынутым из траншеи грунтом. Перед засыпкой дренажные трубы оборачивают геотекстилем. Иногда для улучшения работы закрытого осушителя вокруг трубы создают объемный фильтр из песчано-гравийной смеси. Основное назначение закрытых осушителей – обеспечить понижение уровня грунтовых вод до нормы осушения.
Расположение в плане закрытых осушителей зависит от уклона поверхности земли. Применяют две схемы осушения в плане:
· Продольную – при уклоне поверхности земли меньше 0,003
· Поперечную – при уклоне поверхности земли больше 0,003
При продольной схеме закрытые осушители прокладываются по направлению максимального уклона поверхности земли перпендикулярно горизонталям и впадают в закрытые коллекторы с одной стороны. Коллекторы прокладываются параллельно или под острым углом к горизонталям поверхности земли. Закрытые осушители не должны впадать в открытый канал или водоприемник потому, что в этом случае потребуется большее количество устьевых сооружений.
При поперечной схеме трассы закрытых осушителей прокладываются параллельно или под острым углом к горизонталям поверхности земли. Закрытые осушители впадают в закрытые коллекторы с двух сторон. Трассы закрытых коллекторов прокладывают по возможности по тальвегам поверхности земли или минерального дна болота для обеспечения двухстороннего впадения закрытых коллекторов и осушителей.
Закрытый собиратель представляет собой траншею, на дно которой укладывают гончарные или перфорированные пластмассовые трубы. Трубы засыпают хорошо водопроницаемым материалом слоем не менее 0,4 м, создавая над трубой объемный фильтр, который с внешней стороны оборачивается геотекстилем для предотвращения заиления. В закрытые собиратели поступают поверхностные воды, воды из пахотного слоя и из подстилающих его грунтов.
Закрытые собиратели располагаются только параллельно или под острым углом к горизонталям, то есть только по поперечной схеме.
Сеть кротовых и щелевых дрен устраивают, как правило, для усиления осушающего действия дренажа и закрытых собирателей. Кротовые и щелевые дрены относятся к беструбчатым конструкциям.
Кротовая дрена представляет цилиндрическую полость в грунте, образованную при протаскивании на глубине 0,5. ..0,8 м специального орудия - дренера. Его диаметр 5... 7 см для минеральных грунтов и 12... 15 см для торфяных. Расстояние между кротовыми дренами обычно назначают 6...10 м. Их прокладывают под углом 60°...90° по отношению к трубчатому дренажу или открытой сети.
Кротовый дренаж применяют на слабоводопроницаемых кротоустойчивых грунтах при отсутствии камней. На торфах его прокладывают при степени разложения торфа менее 45% , мощности торфяной залежи более 0,8 м и отсутствии погребенной древесины.
Щелевые дрены устраивают путем разработки в грунте щелей, обычно треугольной формы, основанием вниз. Щели нарезают глубиной 0,8... 1 м. Ширина щели понизу около 15 см.
Щелевые дрены рекомендуются при предварительном осушении болот, в том числе с наличием погребенной древесины, при степени разложения торфа менее 45% и мощности торфяной залежи более 1,2м.
Щели нарезают, как правило, по перекрестной схеме. Щели-коллекторы, имеющие выход в открытую сеть, нарезают перпендикулярно осушительным каналам через 100...150 м. Обычно их длина не более 500 м. Параллельно открытой сети нарезают щелевые дрены через 8... 10 м,
Дно кротовых и щелевых дрен для повышения их устойчивости в процессе оттока воды должно иметь продольный уклон (как и трубчатых дрен).
Ограждающая сеть необходима для перехвата воды, поступающей с водосбора.
Для перехвата грунтовых вод применяют ловчие каналы, головной перехватывающий дренаж или ряд ограждающих вертикальных скважин. Ловчий канал располагают поперек грунтового потока в местах, где грунтовые воды залегают неглубоко. Поперечное сечение канала делают симметричным.
Для перехвата поверхностных вод устраивают нагорные каналы. Поперечное сечение нагорного канала делают несимметричным, в связи с поступлением поверхностных вод по верховому откосу.
Проводящая сеть принимает из регулирующей и оградительной сети и своевременно отводит с осушаемой площади в водоприемник избыточные поверхностные и грунтовые воды.
Открытая проводящая сеть. Для обеспечения приема воды из регулирующей сети и быстрейшего отвода ее за пределы осушаемой площади проводящие каналы должны проходить по пониженным элементам рельефа осушаемой площади и по кратчайшему пути подходить к водоприемнику.
Это условие предотвращает попадание в канал взвешенных наносов.
Закрытая проводящая сеть принимает воду из закрытой регулирующей сети и транспортирует ее в открытую проводящую сеть или непосредственно в водоприемник.
