3.2.3. Осушение сельскохозяйственных земель открытым и закрытым способом. Условия применения. Кротовый и щелевой дренаж

1. Осушение сельскохозяйственных земель открытым способом - одиночными каналами и систематической открытой сетью на водопроницаемых минеральных почвах.

Этот способ осушения заключается в том, что воду, поступившую с нагорной стороны, перехватывают каналом, а выпавшую на осушаемый участок воду в виде атмосферных осадков удаляют при помощи открытой осушительной системы. Такой прием применяют главным образом на глинистых бесструктурных почвах с глубоким залеганием грунтовых вод. Этот способ имеет место и на торфяных болотах, заливаемых рекой или поверхностным стоком с водосбора. При этом воду отводят с осушаемого участка в водоприемник (реку, озеро).

Для ускорения стока поверхностных вод при сплошном осушении территории устраивают систему открытых каналов (рис. 3.2.2).

Рис. 3.2.2. Схема осушения открытой сетью

1- нагорный канал; 2- осу­шитель; 3- собиратель; 4- ка­нал первого порядка; 5 - ма­гистральный канал;

6 - река-водоприемник.

Состоит эта система из большого числа мелких каналов-осушителей, по которым отводят поверхностную воду, и более крупных каналов-собирателей, транспортирующих воду через магистральный канал в водоприемник. Каналы-собиратели могут быть первого и второго порядка в зависимости от осушаемых участков. Для небольших участков система осушения может быть двухступенчатой (осушители-собиратели и магистральный канал) и трех-четырехступенчатой - для больших участков.С нагорной стороны устраивают нагорные каналы. Для того чтобы осушители перехватывали воду, стекающую по склону местности, необходимо их трассировать под ма­лым углом к горизонталям. Чтобы избежать заиления каналов, минимальные скорости воды в них должны быть более 0,2 м/секи соответственно уклоны дна не менее 0,0005. Чтобы избежать размыва, уклоны осушителей не должны быть больше 0,003-0,005. Поперечное сечение каналов в виде трапеции проектируют с разными заложениями откосов в зависимости от качества грунтов (в среднем): для песчаных 2,5÷2; для глинистых грунтов 2÷1,5 и для торфа 1,5÷0,75.

Длину осушителей назначают в пределах 400÷1500 м. Что касается расстояния между осушителями L, то эта величина зависит от ряда факторов: необходимости не допускать в веге­тационный период длительного затопления и переувлажнения почвы, создания соответствующих условий для механизации сельскохозяйственных работ, оптимальных условий стоимости работ по постройке и эксплуатации каналов.

Для разных уклонов местности величина L меняется в среднем 50÷250 м.

Вынутую из осушителей землю распределяют по полосе между каналами, засыпая ею понижения местности.

Транспортирующий собиратель (коллектор) принимает во­ду из осушителей. Поэтому трассируют его по возможности перпендикулярно к горизонталям местности и располагают в пониженных местах рельефа. Исходя из условий незаиляемости, уклон дна канала делают большим 0,0005. Ширину собирателей по дну делают больше, чем ширину по дну осушителей, соответственно увеличивают и их глубину.

Расчетный расход транспортирующих каналов, включая ма­гистральные и нагорные, определяют в соответствии с СП 33-101-2003 «Определение основных расчетных гидрологических характеристик» в зависимости от класса сооружения, определяемого по СНиП 33-01-2003 «Гидротехнические сооружения. Основные положения».

Расчет оградительной и проводящей сетей, а также водоприемников производят на пропуск расходов обеспеченностью 10-25% для следующих периодов: весеннего половодья, летне-осенних паводков, предпосевного и бытового.

Обеспеченности расчетных расходов по периодам работы принимают в зависимости от состава культур, видов сельскохозяйственного использования и экономического значения проек­тируемого объекта. Так, для яровых культур принимают предпосевной и летне-осенний периоды, а для полей с озимыми культурами - весеннее половодье и предпосевной период.

Рис. 3.2.3. Продольный профиль магистрального канала

1- поверхность земли до осушения; 2-поверхность земли после осушения и осадки торфа; 3- уровень воды в магистральном ка­нале; 4- дно магистрального канала; 5- поверхность минеральногогрунта.

Поперечное сечение канала трапецеидальной формы рассчитывают методом подбора по формулам равномерного движения воды(п.2.3).

Положение расчетного уровня воды в каналах по отношению к поверхности земли (бровке канала) определяют учитывая следующие требования.

1. Расходы весеннего половодья летних и осенних паводков 10% обеспеченности могут пропускаться полным сечением канала с подъемом расчетного уровня до бровки канала.

2. При проходе предпосевных вод 25% обеспеченности уровень воды в канале должен быть ниже бровки на 0,5 м.

3. Расчетные скорости течения воды в осушительных каналах не должны превышать предельных неразмывающих значений.

Сопряжение каналов в вертикальной плоскости выполняют составлением их продольных профилей. На рис.3.2.3 изображен продольный профиль магистрального канала. При проектиро­вании продольного профиля учитывают возможную осадкугрунта. Особенно это касается торфов, осадка которых, как указано выше, значительно больше минеральных грунтов и может достигать 25% и более глубины канала. Уровень воды впадающего канала назначается на 10-20 смвыше уровня воды в принимающем канале.

Сопряжение каналов в плане выполняют так, чтобы в принимающем канале не происходило размыва дна и берегов, а также отложения наносов. Примерно считают, что при Q< 0,1 м³/сек угол между каналамиα = 90°, при 0,1<Q<0,5 м³/секα = 90÷60° и при Q>0,5 м³/сек α = 60÷45°. Угол впадения магистрального канала в реку-водоприемник обычно принимают 40÷60°.

Чтобы не было размыва дна и откосов осушительных каналов, их крепят.

Так как в засушливые периоды года влажность почвы на осушенных участках может оказаться недостаточной, то на каналах часто устраивают шлюзы со щитами, которыми регулируют сток воды и влажность почвы.

На системе открытых каналов строят дорожную сеть из местных материалов. Кроме того, на магистральных и крупных транспортирующих собирателях устраивают мосты. В СССР около 90% земель было осушено открытой сетью.

Осушение открытыми каналами и закрытым горизонтальным дренажем

Открытая система осушителей имеет ряд недостатков. Среди них наибольшее значение имеют затруднения при механической обработке полей. Поэто­му для понижения уровня грунтовых вод в сельском хозяйстве применяют дрены, обеспечивающие норму осушения.

Рис. 3.2.4. Схема осушения траншейным дренажем

1-дрены; 2 - закрытый коллектор; 3- открытый отводящий канал; 4- открытый магистральный канал; 5- река

Дрены регулируют влажность почвы, принимают грунтовой поток, отдают его в большие водоотводящие закрытые коллек­торы, которые в свою очередь изливают воду в открытые отво­дящие каналы, а далее через магистральный канал в реку-водоприемник (рис. 3.2.4).

Сопряжения дрен-осушителей с дренами-коллекторами про­водят в смотровых колодцах. Смотровые колодцы делают диаметром не менее 70-80 см. Кроме того, смотровые колодцы ставят в местах изломов на­правления коллектора или дрены, а на прямолинейных участ­ках на расстоянии 100-200 модин от другого.

Расстояние между дренами и расход воды, притекающей к дренам-осушителям, определяют по формулам

;м; (3.2.1)

где Н – глубина осушаемого слоя (до водоупора);

h_НО- норма осушения;

k – коэффициент фильтрации;

р–максимальное значение слоя инфильтрации в мм/сут.

Q_др=pLl;м³/сек;

где l – расстояние между дренами.

Расход воды в коллекторе подсчитывают по формуле

Q_кол=nQ_др;м³/сек;

где n– число дрен, впадающих в коллектор.

Зная максимальный расход в дренах и коллекторе, подбирают размеры труб с тем условием, чтобы обеспечить пропуск воды при неполном их заполнении (0,7÷0,8)d.

Чтобы трубы не заилялись, минимальная скорость течения воды v должна быть не менее 0,25 м/секв торфах и глинах ине менее 0,4 м/сек, если дрена проходит в слое мелкого песка. Для того чтобы не было размыва грунта в стыках, скорость воды в дрене не должна превышать 1 м/сек.

Агромелиоративные мероприятия проводят с целью повышения интенсивности регулирования водного режима осушаемых почв путем отвода избыточных количеств воды с поверхности и из корнеобитаемого слоя. К ним относятся мероприятия по ускорению поверхностного стока: бороздование, гребневание, грядование, профилирование, выравнивание и планировка; мероприятия по улучшению водно-физических свойств подпахотных горизонтов: глубокое рыхление, применение химических мелиорантов, кротование, а также пескование и глинование рекомендуется сочетать с осушительной сетью.

Ускорение поверхностного стока особенно важно при осушении слабоводопроницаемых почв системами закрытого дренажа с редкой сетью открытых проводящих каналов. Выбор агромелиоративных мероприятий зависит в основном от климатических условий и применяемой агротехники.