Составные элементы и типизация мелиоративных систем в природоохранных целях

Техника и способы проведения осушительных мелиораций.

Осушительная система – это комплекс инженерных сооружений и устройств для регулирования водного режима переувлажненных земель в соответствии с потребностями сельскохозяйственного производства.

Основной задачей осушительных мелиораций является удаление избыточной влаги с болот и заболоченных земель. Если заболачивание земель вызывается поверхностными водами, то осушение этих земель сводится к удалению излишка поверхностных вод путем усиления стока или же к ограждению осушаемой площади от притока вод извне. При питании болот и заболоченных земель грунтовыми водами методы осушительных мероприятий направлены на регулирование оттока грунтовых вод и поддержание оптимальной влажности почв, на ограждение от поступающих извне на осушаемый участок грунтовых вод или снижение их напора. В том случае, когда заболачивание происходит за счет нескольких источников, осушение производится смешанным путем: открытая осушительная сеть может соединяться с закрытым дренажем и т.д. на отдельных территориях необходимо сочетать осушение с увлажнением почв в засушливые периоды года.

Причины заболачивания, источники питания болот и заболоченных земель, а также цель мелиорации определяют способы и методы ее проведения. Под способом осушения понимается характер применения технических средств, с помощью которых решаются задачи мелиорации.

К способам осушения относятся:

горизонтальный дренаж (закрытый, открытый, систематический, выборочный разреженный);

вертикальный дренаж (головной, площадной, выборочный);

комбинированный дренаж;

оградительная система;

агромелиоративные мероприятия и д.р.

Метод осушения – это принцип воздействия на водный режим почвы, определяющий путь отвода избыточных вод.

Выделяются следующие методы:

при атмосферном типе питания обеспечивается ускоренный поверхностный сток,

при грунтовом – понижение уровня грунтовых вод,

при напорном – снижение напора и уровней напорных вод,

при грунтово-напорном – понижение уровней напорных и грунтовых вод,

при намывном – ускорение паводкового стока.

Взаимное расположение элементов осушительной подсистемы на плане и в вертикальной плоскости отражается в схеме осушения. Определяющими ее факторами являются: тип водного питания, причины заболачивания, характер использования земель и д.р.

Наряду со схемой осушения составляется схема комплексного использования и охраны водных и земельных ресурсов. Это проектно-прогнозный документ, от которого зависят характер, очередность и эффективность мелиоративного и водохозяйственного строительства. Выделяются региональные, бассейновые, областные и районные схемы.

Элементы осушительных систем.

Все осушительные системы, при помощи которых осуществляется мелиорация, принято классифицировать:

по степени канализации (сеть каналов развитая и разреженная);

по способу отвода воды (самотечные и с механическим подъемом воды);

по типам осушительных каналов (открытые и закрытые).

Выделяются также системы двустороннего действия (осушительно-оросительные, осушительно-увлажнительные с предупредительным шлюзованием). По принадлежности системы делятся на внутрихозяйственные и межхозяйственные.

В осушительной системе различают следующие основные части:

оградительную, регулирующую и проводящую сети,

водоприемник и сооружения на осушительной сети,

водообеспечивающую и оросительную сети.

Оградительная сеть служит для ограждения мелиорируемого участка от поступления вод извне. Она состоит из защитных валов, нагорных и ловчих каналов. Валы создаются обычно при мелиорации пойм в дельтах рек для защиты от паводка. Нагорные каналы предназначены для перехвата поверхностных вод. В зависимости от характера водосборов и количества поверхностных вод нагорные каналы могут быть прерывистые, подсоединенные к гистральному каналу или водоприемнеку.

Для задержки стока грунтовых вод служат ловчие каналы (дрены). Обычно они глубже нагорных. Ловчие каналы могут быть как открытыми, так и в виде закрытого дренажа. Для перехвата глубинных грунтовых вод по дну ловчего канала строятся трубчатые колодцы. Глубина ловчих каналов очень большая, иногда может превышать 3-4 м.

Назначение регулирующей сети – создавать водный и воздушный режимы почв непосредственно на осушаемой площади путем сбора и отвода избыточных поверхностных и грунтовых вод. В зависимости от почвенных и гидрологических условий регулирующая сеть может быть собирательной или дренажной. Собирательная сеть состоит из собирателей на тяжелых почвах, дренажная – из осушителей на легких почвах, где сток формируется по порам подпахотных слоев почв. Состав элементов регулирующей части осушительной системы зависит от метода осушения. Регулирующая осушительная сеть может быть открытой, временной и закрытой.

Основная задача проводящей сети состоит в своевременном и полном отводе в водоприемник поверхностных или почвенно-грунтовых вод (ПГВ), стекающих непосредственно в проводящие каналы или поступающие через регулирующую сеть. Проводящие осушительные каналы подразделяются на магистральный (главный) и боковые – коллекторы различных порядков, которые подают воду в магистральный канал и через него в водоприемник. Магистральный канал прокладывают по наиболее низким отметкам осушаемой территории, стремясь обеспечить двусторонний прием воды.

Водоприемник предназначен для приема воды, собираемой осушительной сетью. Водоприемниками могут быть естественные или искусственные водотоки и водоемы. Естественные водотоки и водоемы – это озера, морские заливы, реки, ручьи, балки, ложбины; искусственные – пруды, водохранилища, крупные каналы. Однако не все водоемы и водотоки могут быть использованы в качестве водоприемников. Как водоприемники они должны отвечать следующим требованиям: положение горизонта воды не должно создавать подпора ее в магистральном канале и подтопления осушаемой территории; пропускная способность водоприемника должна быть такой, чтобы своевременно удалять все поступающие в него с осушаемой площади воды; водоприемник должен иметь постоянные и устойчивые русло и берега.

К сооружениям на осушительных системах относятся: гидротехнические сооружения, дорожная сеть, природоохранные сооружения, эксплуатационная сеть.

Гидротехнические сооружения служат для управления потоком воды при ее отводе и перераспределении, а также для предотвращения размывов и заиления каналов дрен.

Дорожная сеть (дороги, мосты, переезды) предназначена для обеспечения беспрепятственного въезда и выезда транспортных средств и сельскохозяйственных машин на любое поле осушаемого массива в необходимые сроки.

Природоохранные сооружения и устройства применяют для охраны и улучшения естественных ландшафтов, фауны и рекреационного использования осушаемых земель.

Эксплуатационная сеть служит для контроля и надзора за работой всех звеньев осушительной системы и обеспечения ее безупречной работы. Она включает здания, линии связи, эксплуатационные дороги, гидрометрические посты и т.д.

В системы двустороннего регулирования входит еще аппарат обратного действия, либо задерживающий сток, либо подводящий воду извне (осушитслыю-увлажнительные системы). Для увлажнения осушен­ных почв применяют способ подпочвенного и внутрипочвенного увлажнения и орошение дождеванием.

Способы осушения почв

Осушение открытыми каналами

Осушение открытыми каналами применяют для регулирования режима почвенно-грунтовых под, избыточных поверхностных вод и в качестве предварительного осушения перед строительством закрытого дренажа.

Магистральные осушительные открытые каналы прокладываются главным образом в понижениях на местности, куда стекают поверхностные и грунтовые воды. Кроме того, необходимо стремиться, чтобы каналы располагались нормально к линиям токов грунтовых вод, т. е. в направлении горизонталей грунтового потока (при регулировании почвенно-грунтовых вод). Осушительные ка­налы располагают в плане так, чтобы они как можно больше пересекали и перехватывали поток поверхностных и грунтовых вод. Это основное положение при проектировании расположения в плане сети каналов для регулирования грунтовых и поверхностных вод.

Для максимального перехвата поверхностных вод регулирующие каналы должны следовать в направлении горизонталей местности и быть прямолинейными. При сложном рельефе каналы могут быть и не прямолинейными, но тогда углы поворота канала должны иметь большой радиус, а изогнутость канала – одно направление.

Открытые регулирующие каналы необходимо прокладывать с учетом рельефа местности и поверхности болота, который она примет после осадки торфа, причем, по возможности, под прямым углом к проводящим каналам. Длину каналов и расстояния между ними определяют из расчетных данных. Для отвода собранной воды дну канала придают уклон не менее 0, 0005. Каналы бывают обычно трапецеидального сечения, но могут иметь и параболическое или сложное. Поступление почвенных вод в канал происходит через его дно и стенки.

Открытые каналы обладают рядом существенных недостатков и самостоятельное использование их для осушения земель в настоящее время не рекомендуется. На массивах, где осушение про­изводится открытыми каналами, теряется полезная площадь угодий (примерно 12-15% осушаемой территории).

Каналы требуют постоянного ухода, так как зарастают водной растительностью, а их берега – сорняками. Они создают неудобства при механизированной обработке земли. Сейчас открытые каналы применяют главным образом для предварительного осушения болот, чтобы отвести воду из верхних слоев залежи и обеспечить осадку торфа и его уплотнение, а также в качестве временной меры для осушения сенокосных угодий и предварительного осушения перед укладкой закрытого материального дренажа.

Развитие технического прогресса способствовало развитию методов и способов осушения, новых технических средств осушения и конструкций осушительных устройств, а также технологии их изготовления, разработке и внедрению новых машин, устройств и приспособлений для механизации строительства осушительных систем в различных природных условиях.

Осушение заболоченных земель и болот осуществляется системой открытых каналов и с помощью закрытых дрен (горизонтальный дренаж), посредством водопонижающих скважин (вертикальный дренаж), а также различных комбинаций средств осушения. Открытые каналы располагают в плане с учетом использования сельскохозяйственных и дождевальных машин.

На глубоких открытых каналах, врезающихся в слой хорошо водопроницаемых песков, залегающих под торфом, желаемого результата при шлюзовании не достигают, поскольку в этом случае водопроницаемые пески служат большой естественной пластовой дреной, но которой вода уходит в водоприемник. В подобных случаях делают неглубокие открытые каналы (глубиной до 1, 5-1, 6 м) через 500-1000 м и укладывают малоуклонные дрены (0, 0005).

Откосы каналов часто разрушаются, особенно в местах высачивания воды на откос. При этом происходит его размыв, оплывание и т. д. Для предотвращения таких явлений, в частности, если канал проходит в мелкозернистых песках, его дно и стенки нужно крепить пористобетонными плитами, задерживающими мелкие частицы грунта и предохраняющими канал от заиления и разрушения. На сильно оплывающих и заливаемых участках открытые каналы заменяют лотками из пористого бетона.

Способ осушения открытыми каналами получил широкое распространение при мелиорации торфяных почв и пойменных минеральных земель, когда осушенные земли используют под естественные луга и сенокосы. Среднее расстояние между открытыми каналами 200-400 м. Способ осушения открытыми каналами широко применяют в Украинском Полесье. На минеральных землях этот способ неэкономичен, так как требует густой сети каналов.

Открытые каналы часто строятся в сочетании с закрытым дренажем (комбинированные системы), особенно с кротовым.

Кротовый дренаж

Кротовый дренаж применяют преимущественно для улучшения водных свойств тяжелых глинистых почв. Он перспективен при использовании в нечерноземных областях и при осушении болот и заболоченных земель. Этот способ дренажа наиболее простой и дешевый. Специальную кротовую машину, или дренажный плуг, оснащенную вертикально закрепленным ножом (или с небольшим наклоном) с расположенным спереди рыхлителем, протаскивают в почве трактор, или канатная тяга, за рыхлителем следует конусообразный уширитель. Кротовый дренаж применяют в сочетании с закрытыми дренами или открытыми каналами – так называемый комбинированный дренаж.

 Кротовые дрены способствуют растрескиванию грунта, что повышает его водопроницаемость, понижает избыточную влажность верхних слоев почвы и не позволяет в дождливые периоды скапливаться воде на более плотном нижнем слое. Таким образом, кротовый дренаж улучшает не только водные свойства почв, но и их структуру. Кротовые дренажные ходы играют роль регулирующих дрен и выпускаются либо в закрытые трубчатые горизонтальные дрены, либо в открытые канавы.

Концы кротовых ходов при выпуске их в открытую канаву делают из гончарных или асбестоцементных труб. В глинистых почвах кротовый дренаж может сохраняться до 10 лет и более, в легких почвах – три-пять лет, в песчаных неустойчивых почвах и в жидких торфяных кротовый дренаж без крепления стенок неприменим.

При соединении кротовых дрен с гончарными трубами следует сначала делать открытую траншею коллектора, затем проводить кротовые дрены, впадающие в эту траншею, после чего укладывать гончарные трубы, соединять их с выходами кротовых дрен и засыпать траншеи.

На торфяных почвах кротовые дрены устанавливают при степени разложения торфа не более 45%. Дрены делают кротодренажными машинами. Диаметры дрен 5-12 см в минеральных грунтах и 10-25 см – в торфах на глубине 70-100 см с уклоном 0, 002-0, 004, расстояние между дренами 2-15 м, длина кротовых дрен до 170 м.

Слой дренажного стока под влиянием кротования увеличивается в два-три раза.

Для получения нужной формы кротовой дрены кротодренажная машина должна продвигаться с такой скоростью, при которой частицы грунта, образующие свод дрены, успевают оклеиваться, а вытесняемые вода и воздух уходят в полость дрены.

Предельные скорости кротоводренажных машин в границах 0, 7-3 км/ч, в торфяных грунтах скорость выше, чем в минеральных. В системах с двусторонним регулированием водно-воздушного режима расстояния между кротовыми дренами 5-10м. Кротовые дрены закладывают на глубину 70, 90, 100 см от поверхности земли.

Диаметр уширителя при создании кротовых дрен на минеральных почвах должен быть 80-100 мм и на болотных 120-200 мм.

В Германии для устройства кротового дренажа используют специальные плуги, состоящие из ножа с рыхлящим лемехом, или рыхлителем, и навесного уширителя, представляющего собой конусообразное тело. Кроме того, при осушении торфяных болот со степенью разложения менее 45-50% и мощностью торфа более 1-1, 5 м применяют щелевой дренаж. Это вертикальные щели шириной 16 см, вырезанные в почве для сбора и отвода воды, глубина щелей 80-100 см. Их делают дренажно-дноковой машиной ДДМ-5 на глубину до 1, 2-1, 4 м, а также машинами ДШ-1, 2 и ДШ-1, 4. Длина щелей 200-300 м, расстояние между ними 20-45 м с минимальным уклоном 0, 001. Щелевые дрены выводят так, как и кротовые.

Кротовый дренаж с креплением стенок можно применять на любых почвах, в том числе и на легких. Стенки кротовых дрен рекомендуют крепить пористобетонной смесью, что повышает производительность дрен.

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: