Осушение тяжелых почв - Электронный каталог научных трудов

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ И КАДРОВ
БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ
АКАДЕМИЯ
Г. И. Михайлов
ОСУШЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ ПОЧВ
Рекомендовано научно-методическим центром учебной книги
и средств обучения Министерства образования Республики
Беларусь в качестве учебного пособия для студентов
специальности «Мелиорация и водное хозяйство»
сельскохозяйственных высших учебных заведений
Горки 2000
Одобрено методической комиссией факультета мелиорации и водного хозяйства
23.09.98.
УДК 631.61
Осушение тяжелых почв: Учебное пособие. Г.И М и х а й л о в / Белорусская Государственная сельскохозяйственная академия;. Горки. 2000. с.
Приведены данные по земельному и мелиоративному фонду Республики Беларусь.
Показана связь между почвой и растениями, даны параметры оптимального содержания
влаги в почве, характеристики водных и физических свойств тяжелых почв, способы их
осушения, приемы организации поверхностного стока, методика расчета мелиоративных
устройств при осушении таких почв. Показана роль агромелиоративных мероприятий в
регулировании водного режима земель. Имеются необходимые справочные сведения по
гидрологическим расчетам.
Для студентов специальности С.04.02.00 – мелиорация и водное хзяйство.
Таблиц 18. Рисунков 6. Библиогр. 14. Прилож. 5.
Рецензенты: М. Г. ГОЛЧЕНКО (БГСХА), А. У. РУДОЙ (БелНИИМиЛ), Л. А. ХОЛОДОК (БАТУ).
 Г.И. Михайлов, 2000
 Белорусская Государственная сельскохозяйственная академия, 2000
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.ОБЩИЕ ВОПРОСЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.Задачи мелиорации земель. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
1.2. Земельный и мелиоративный фонд. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3. Природные условия Беларуси. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4. Почва и жизнедеятельность растений. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5. Водное питание тяжелых почв. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2. МЕТОДЫ И СПОСОБЫ ОСУШЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ ПОЧВ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1. Закрытая осушительная сеть. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
2.2. Расчет расстояния между собирателями. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3. Расчет расстояния между дренами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4. Защита закрытой сети от заиления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .
2.5. Подбор фильтров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .
3. СООРУЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ УСКОРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО
СТОКА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1. Ложбины стока. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Расчет подложбинного коллектора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3. Колодцы-поглотители. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4. Водоемы-копани. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5. Осушение земель с развитым рельефом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
4. АГРОМЕЛИОРАТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1. Эффективность агромелиоративных мероприятий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2. Характеристика агромелиоративных мероприятий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5. ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1. Цель гидрологического расчета. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2. Расчет максимальных расходов, слоев и объема стока весеннего половодья. .. . . .
5.3. Расчет максимальных , средних расходов и объемов стока дождевых паводков. .
ЛИТЕРАТУРА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..
ПРИЛОЖЕНИЯ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ВВЕДЕНИЕ
Одной из важных составляющих сельскохозяйственного производства является мелиорация земель. республика Беларусь относится к
гумидной зоне и поэтому во многих районах без осушения земель
обойтись нельзя. Применяя комплекс мер по регулированию водного
режима переувлажненных земель, а также систему приемов по их рокультуриванию многие хозяйства республики получают на таких землях устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур независимо от
погодных условий. К 1991 г. в Беларуси с осушаемых земель получено
27% растениеводческой продукции и до 40 % кормов. Переувлажненные почвы различны по типам водного питания и поэтому подходы и
средства для их осушения должны быть различными. Наиболее сложными являются почвы тяжелого гранулометрического состава (тяжелые почвы). Вследствие их своеобразных водно-физических характеристик, рельефа, а также формирования естественного водного режима
одним способом осушить такие почвы сложно. Поэтому долгое время
разработке способов осушения тяжелых почв уделялось недостаточное
внимание. И только за последние 20–35 лет в Беларуси накоплен определенный опыт по осушению тяжелых почв. Однако учебной литературы по этим вопросам нет. Их можно найти только в специальной
технической литературе, которую использовать в учебном процессе
затруднительно. Поэтому в данном учебном пособии использованы
результаты исследований НПО «БелНИИМиЛ», БГСХА, работы проектного института «Белгипроводхоз», опыт осушения тяжелых почв в
республике, а также зарубежная информация по этой проблеме.
1.
ЗЕМЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ БЕЛАРУСИ И ИХ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
1.1. Задачи мелиорации земель
Основная цель мелиорации земель в Республике Беларусь заключается в устойчивом повышении продуктивности угодий с устранением
или исправлением неблагоприятных для хозяйственной деятельности
природных условий. Это достигается посредством сочетания и дифференцирования различных способов мелиорации для конкретных зе-
мельных участков. При этом необходимо применять ресурсосберегающие и природоохранные технологии, позволяющие обеспечить эффективное использование сельскохозяйственных угодий и получение
экологически чистой продукции на мелиорируемых землях. Почвенноклиматические возможности территории республики при оптимальном
соотношении факторов жизнеобеспечения растений (свет, тепло, влага,
питание, агротехника) позволяют достигнуть продуктивности мелиорированных угодий 90-120 ц/к.ед. с 1 га. Учитывая, что мелиорация
воздействует на природные условия отдельных объектов, а их сумма
на территорию всего бассейна или региона, мелиоративные мероприятия осуществляют на основе законодательных актов, нормативных
документов и перспективных проработок. При этом указываются общие технические вопросы, хозяйственные интересы и экологические
требования к конкретным объектам, бассейнам рек, отдельным регионам и Республики в целом. Целесообразность в мелиоративных работах определяется социально-экономическими интересами общества,
экологическими условиями конкретных регионов и хозяйств с учетом
создания оптимальных условий проживания населения республики.
Объемы проведения мелиорации регулируются потребностью в продукции сельского хозяйства, экономическими возможностями на конкретный период и экологической обоснованностью [5].
Одновременно с осуществлением комплекса мелиоративных работ
развивают связанную с мелиорацией инфраструктуру, включая строительство объектов социального и производственного назначения, дорог и других коммуникаций, сетей водоснабжения и канализации, водное благоустройство населенных пунктов. Значительная часть земельного фонда республики в естественном состоянии не может эффективно использоваться в сельскохозяйственном производстве из-за переувлажненности, мелкоконтурности, завалуненности, низкого плодородия, эрозионных процессов и других негативных природных воздействий. К 1994 г. только первоочередной фонд освоения переувлажненных земель составлял 1,5 млн. га, на площади более 1 млн. га устаревшие системы требуют реконструкции или улучшения. Ежегодно зарастает кустарником 1-2 % сельскохозяйственных угодий, особенно в северной зоне республики; на территории Беларуси имеется около 1 млн.
га непродуктивных закустаренных земель, около 10 % сельхозугодий
завалунено, более 20 % нуждаются в проведении противоэрозионных
мероприятий. Практически все сельскохозяйственные угодья нуждаются в периодическом известковании, заправке минеральными и органическими удобрениями. Поэтому в настоящее время и в перспективе
мелиорация земель играет и будет играть важную роль в интенсификации сельскохозяйственного производства.
1.2. Земельный и мелиоративный фонд
Площадь территории Беларуси (земельный фонд) на 1 января 1997
г. составляла 20759,6 тыс. га [4]. Из этой площади земли сельскохозяйственного назначения занимали 9332,7 тыс. га, из них пахотные угодья
6230,1 тыс. га (66,7 %). Лесные угодья распространены на площади
8317,9 тыс. га, а площадь, занятая водой, составляет 474,6 тыс. га.
Часть территории республики (575,9 тыс. га) имеет природоохранное,
оздоровительное, рекреационное и историко-культурное назначение.
Эта площадь имеет тенденцию к увеличению и по сравнению с 1975 г.
к 1997 г. возросла на 259,9 тыс. га.
Значительная часть земельных угодий подвергается периодическому или постоянному переувлажнению. Общий мелиоративный фонд
республики составляет 7100 тыс. га [4]. Это минеральные (5100 тыс.
га) и органогенные (2000 тыс. га) почвы. Часть переувлажненных минеральных почв используется под пашней (1800 тыс. га), кормовыми
угодьями занято 2300 тыс. га и прочими угодьями около 1000 тыс. га.
Почти каждый второй гектар земли, используемый в сельском хозяйстве, нуждается в регулировании водного режима, в первую очередь
осушении. Из общей площади переувлажненных земель связные минеральные почвы занимают 2100 тыс. га. Распределение основных типов
(групп) почв по областям Республики Беларусь приведено в табл. 1.1
[6].
Дерновоподзолистые
Дерновоподзолистые
заболоченные
Дерновые
заболоченные и
дерновозаболоченные
карбонатные
Торфяноболотные
Пойменные
Брестская
Витебская
Гомельская
Гродненская
Минская
Могилевская
Всего
Дерновокарбонатные
Область
Т а б л и ц а 1.1. Распределение основных типов (групп) почв по областям (% от
общей площади обследованных почв в каждой области)
0,4
0,1
0,1
0,1
0,3
0,2
0,2
22,6
43,3
32,7
60,1
48,3
52,1
45,1
26,3
28,9
29,5
16,6
21,5
26,7
22,6
14,3
10,1
7,7
10,1
7,5
6,3
9,0
23,9
14,1
16,6
9,4
14,5
5,7
14,4
12,6
3,6
13,1
4,7
7,7
9,0
8,7
Кроме того, около 1,39 млн. га почв расположены на слабоводопроницаемых тяжелых суглинках и глинах. При этом глубина залегания таких грунтов не превышает 1,0 м. Площади переувлажненных
суглинистых почв, подстилаемых водоупорными породами, приведены
в табл. 1.2[1].
Т а б л и ц а 1.2. Площади переувлажненных суглинистых почв, подстилаемых
водоупорными породами, тыс. га.
Временно избыточно
Область
Глееватые
Глеевые
Итого
увлажняемые
Брестская
18,9
15,3
23,0
57,2
Витебская
325,4
245,2
149,5
720,1
Гомельская
15,3
33,1
42,3
90,7
Гродненская
25,3
24,8
11,0
61,1
Минская
95,6
56,3
41,5
193,4
Могилевская
120,5
97,8
47,7
265,7
Всего
601,0
472,5
314,7
1388,2
Доля переувлажненных связных минеральных земель превышает
40% от обследованной площади. Преобладающими являются дерновоподзолистые заболоченные, которые составляют 22,6%. Наиболее
сложно мелиорировать почвы тяжелого гранулометрического состава.
В отдельную группу выделяют также переувлажненные почвы,
развитые на лессовидных суглинках. Среди минеральных земель общая площадь таких почв составляет 784 тыс. га, из которых подвергаются переувлажнению (в основном периодическому) 237,8 тыс. га.
Характерной особенностью этих почв является преобладание в их механическом составе частиц мелкой пыли (от 50 до 70%). Большое содержание пылеватых частиц способствует повышенной размываемости почв и развитию процессов эрозии на склонах и водоразделах. Одним из факторов, осложняющих сельскохозяйственное использование
почв, развитых на лессовидных суглинках, является наличие суффозионных западин (блюдец). По данным БелНИИМиЛ [10] и БГСХА [8]
на 100 га земель количество западин достигает 60-80 шт. При этом
размеры блюдцеобразных понижений колеблятся в широком диапазоне – от нескольких десятков квадратных метров до нескольких тысяч
и редко превышают 1 га. Западины расчленяют поля на мелкие контуры размером до 2 – 5 га. Это в свою очередь усложняет производство
сельскохозяйственных работ, снижает урожаи сельскохозяйственных
культур и увеличивает энергетические затраты на производство сельскохозяйственной продукции. К 1997 г. в Беларуси осушено земель
сельскохозяйственного назначения около 2914,6 тыс. га, что составляет 31,2% всех сельскохозяйственных земель.
1.3.Природные условия Беларуси
Природные условия территории Беларуси определяются ее положением на западе обширной Восточно-Европейской равнины в бассейнах рек Днепра, Западной Двины и Немана. Наибольшая протяжен-
ность Республики с запада на восток достигает 650, а с севера на юг
560 км. Общая заболоченность территории определяется прежде всего
геологическим строением и особенностями гидрогеологии, генезисом
и составом пород, рельефом, гидрографией, климатом.
В геологическом отношении территория Беларуси имеет два структурных этажа: кристаллический фундамент, сформированный в докембрии, и осадочный платформенный чехол, включающий отложения, начиная с верхнего протерозоя до антропогена включительно.
Особую роль в создании мелиоративной обстановки на территории
Беларуси играют антропогеновые отложения. Они сплошным чехлом
перекрывают образования более древних эпох и повсеместно являются
почвообразующими породами. Их мощность колеблется в широких
пределах, составляя в среднем 80-90 м. В литологическом составе антропогеновой толщи доминируют моренные суглинки и супеси, флювиогляциальные и аллювиальные пески, озерно-ледниковые пески,
суглинки и глины.
Современная поверхность территории, как следствие деятельности
ледников, представлена чередованием обширных холмистых возвышенностей с плоскими равнинами, расчлененными долинами рек и
слабовогнутыми низинами. Поверхность Беларуси возвышается над
уровнем моря в среднем на 159 м с колебаниями высот от 85 до 345 м.
Климат Беларуси умеренно континентальный, переходящий от
морского к континентальному. Значительное влияние оказывает Атлантический океан. Летом морские воздушные массы приносят пасмурную, дождливую погоду, а зимой – значительное потепление и оттепели. В отдельные годы, когда ослабевает влияние Атлантического
океана и усиливается воздействие внутриматериковых воздушных
масс, возрастает континентальность климата. Зима становится суровее,
лето жарче, количество осадков заметно убывает, такой климатический режим создает неустойчивый тип погоды. Средняя годовая температура воздуха постепенно понижается с юго-запада (7,4 oС) на северо-восток (4,4 oС). В летний период температура повышается с севера на юг, что связано в основном с распределением тепла. Абсолютный максимум температуры на территории Республики Беларусь зафиксирован на уровне 38 oС, а минимум – 42 oС. В Беларуси характерно неравномерное распределение запасов влаги в почве в течение вегетационного периода. По данным кафедры мелиорации БГСХА, отмечается наличие декад и даже летних месяцев, в которые осадков выпадает значительно меньше нормы, что влечет за собой снижение продуктивных запасов влаги в почве. Заморозки в воздухе на юго-западе
республики прекращаются 22-28 апреля, в центральной части – 2-6
мая, а на севере 8-13 мая. Поздние весенние заморозки возможны в
конце мая и даже в первой половине июня. Ранние осенние заморозки
начинаются в первых числах сентября. Они характерны для понижен-
ных долин и котловин, особенно на осушаемых торфяных почвах и
реже бывают на возвышенных местах и склонах.
По годовым осадкам Беларусь относится к хорошо увлажняемым
районам. Среднее годовое количество осадков колеблется от 500 до
700 мм. В отдельные засушливые годы количество осадков уменьшается на 200 – 300 мм. Однако чаще наблюдаются годы, когда количество осадков достигает 800 – 900 мм [14]. На вегетационный период
приходится 2/3 годовой суммы осадков.
В климатическом отношении территория Беларуси, по А.Х. Шкляру., делится на три провинции [7]: северную, центральную и южную.
Северная провинция избыточно увлажнена в средние по влажности и
влажные годы и достаточно – в сухие. Годовой коэффициент увлажнения, по Н.Н. Иванову – 1,04 – 1,20. Во влажные годы наблюдается избыток влаги в почве весной и осенью. Суммарное испарение за год
составляет 570 – 610 мм при годовом количестве осадков 750 мм.
Центральная провинция характеризуется оптимальным увлажнением в средние по влажности годы и избытком влаги в мае – августе во
влажные годы. Годовое количество осадков 700 мм, суммарное испарение 570 – 590 мм, коэффициент увлажнения 1,00 – 1,07. В сухой год
дефицит осадков составляет 150 – 190 мм.
Южная провинция не испытывает избытка влаги даже во влажные
годы. Годовое количество осадков здесь достигает 620 мм в год, а
суммарное испарение 545 – 590 мм, коэффициент увлажнения 0,8 –
1,0. В сухие годы влажность метрового слоя почвы в мае – августе месяцах опускается ниже 70% наименьшей влагоёмкости. Таким образом, умеренно континентальный климат Беларуси определяет необходимость основных двух видов гидромелиоративных мероприятий:
осушение гидроморфных и орошение (увлажнение) автоморфных, а
иногда и осушаемых почв.
1.4. Почва и жизнедеятельность растений
В зависимости от особенностей факторов и процессов почвообразования в Беларуси выделено три вида почв: автоморфные, полугидроморфные и гидроморфные. Автоморфные (незаболоченные) почвы
занимают 52,9% всей территории и 67% пашни. Такие почвы приурочены к возвышенным элементам рельефа. Полугидроморфные (заболоченные) почвы встречаются в виде полос и небольших пятен; они
приурочены к понижениям и нижним частям склонов, занимают 26,2%
территории республики и 27% пашни. Около 49% таких почв покрыто
лесом. Гидроморфные (болотные, торфяно-болотные) почвы образуются в результате заболачивания суши или зарастания водоемов. Они
формируются под влиянием болотного почвообразовательного процесса, под торфом залегает сплошной глеевый горизонт. Гидроморф-
ные почвы широко распространены в республике, особенно в Полесье,
и занимают 14,4% территории Беларуси и 6% пашни.
Почва является важнейшим компонентом биосферы и основным
средством сельскохозяйственного производства. С возрастанием научно-технического прогресса увеличивается роль одного из факторов
почвообразования – хозяйственной деятельности человека, изменяющей экологические условия, что вызывает изменение и ускоренное
развитие почв – их антропогенную эволюцию. К этому приводят сведение естественной растительности, осушение и орошение, химизация
и другие воздействия человека на природную среду.
Мелиорованные почвы являются экологически неустойчивыми, в
результате чего происходит их эволюция, т.е. количественные направленные изменения, которые подготавливают изменения качественные.
Интенсивность и скорость изменений зависят от степени осушения
почв, гранулометрического и ботанического состава почв, а также характера их использования. Поэтому мелиорированные почвы при длительном сельскохозяйственном использовании часто становятся менее
плодородными, если не предусматривать меры по поддержанию или
повышению их плодородия.
Почва является средой для произрастания растений и источником,
снабжающим их водой, растворенными в ней питательными веществами, теплом и воздухом. Для получения максимального урожая в
почве должно содержаться оптимальное количество влаги, пищи, воздуха и тепла. Уменьшение или увеличение от оптимального количества любого из этих факторов приводит к снижению урожая. Эти факторы являются равнозначными, и если один из них будет в недостаточном или избыточном количестве, растение не может нормально
развиваться. Поэтому любой из факторов жизни растений в отдельности не может быть единственным и универсальным для регулирования
урожайности. Однако выдержать оптимальное сочетание условий и
факторов произрастания растений весьма трудно. Доказано, что при
изменении факторов жизнедеятельности растений в сторону их
уменьшения или увеличения (в определенных пределах) вызывает незначительное отклонение от максимально возможной продуктивности
почв. В связи с этим путем применения определенных приемов можно
поддержать факторы жизнедеятельности в этом диапазоне.
Главным звеном, определяющим взаимосвязь между упомянутыми
выше факторами, является водный режим почв. При его регулировании путем изменения содержания воды в почве изменяется количество
воздуха и других показателей. Однако часто этот водный режим почвы
является неблагоприятным. Это выражается в избыточном увлажнении
почвы или застое ее на поверхности. Даже кратковременный избыток
влаги ухудшает воздушный режим почвы, создает анаэробные (бескислородные) условия. В таких случаях нарушаются нормальные фи-
зиологические процессы в растениях. При недостатке в почве кислорода они прибегают к интрамолекулярному дыханию. Кроме того, в
условиях анаэробиозиса в почве задерживается нитрификация и происходит восстановление нитратов. Окисленные вещества переходят в
восстановленные, вредные для растений, образуется много подвижных
форм алюминия и закисного железа. При разложении органического
вещества образуется сероводород, метан и водород – тоже вредные для
растений. В результате резко ухудшается и пищевой режим почвы.
Избыточное увлажнение почвы ухудшает также физические ее свойства и тепловой режим. Переувлажненная почва медленнее прогревается, что задерживает рост и развитие растений.
От избытка влаги больше всего повреждаются посевы озимых
культур и многолетних трав, что связано с прохождением их вегетации
в наиболее переувлажняемые осенний и весенний периоды. При избытке влаги и недостатке кислорода в почве в осенний период не может нормально происходить закалка растений (подготовка к зимовке),
усиленное накопление углеводов (сахаров) и некоторое обезвоживание
тканей, повышение концентрации клеточного сока. На глеевой тяжело
суглинистой почве из-за недостаточной закалки растений после перезимовки их сохраняется только 25 – 28%. Переувлажнение почвы и
застаивание воды на поверхности к осени, кроме того, приводят к образованию ледяных корок. Так как почва при замерзании увеличивается в объеме, а при оттаивании уменьшается, появляются разрывы корней растений и обнажение узлов кущения. Кроме того, растения,
вмерзшие в ледяную корку, которая нарастает снизу, могут извлекаться из незамерзшей еще почвы или разрываться. В связи с тем, что ледяная корка ухудшает газообмен, повреждение и гибель растений могут наступать также от выпревания. Образовавшийся лед усиливает
также действие морозов и резкие колебания температуры, вызывая
вымерзание растений.
Весеннее затопление озимых посевов также приводит к повреждению и гибели растений. Например, при весеннем затоплении в течение
10 – 15 суток посевы погибают даже в случаях, если растения хорошо
перенесли перезимовку. Затопление в течение 3 – 5 суток, снижает
урожай зерновых до 50, а 1 – 2 -суточное – на 10 – 15%. Это связано с
тем, что без постоянного газообмена между почвой и растениями, и
при содержании кислорода в почве ниже 10%, снижается активность
корневой системы, в растениях меньше образуется углеводов и белковых веществ, фазы развития наступают позже и продолжаются дольше.
Неодинаковые требования различных растений и в различные фазы
развития к водно-воздушному режиму почвы, как и различная устойчивость к переувлажнению, определяются биологическими их особенностями, и в первую очередь развитием корневой системы, распро-
странением ее в почве. Основная масса корней зерновых культур (около 80%) распространяется на глубине до 25 – 30, пропашных до 40 –
50, трав – до 30 см и более. Поэтому сельскохозяйственные растения
используют в основном влагу верхних горизонтов почвы, главным образом пахотного.
Верхний предел оптимальной влажности почвы зависит от степени
аэрации (содержания воздуха). Для трав максимальный объем воздуха
в почве составляет 10% от ее порозности, а для зерновых – до 50%.
Следовательно, оптимальная для растений влажность почвы изменяется в пределах 50 – 90% ее порозности. В то же время порозность различных почв неодинакова и находится в пределах от 30 – 32% объема
для легких песчаных почв до 60 – 62% для тежелых суглинистых и
глинистых почв. Следовательно, оптимальная для растений влажность
почвы будет составлять от 15 – 29% по объему для легких почв до 30 –
56% для тяжелых. Лучшими условиями водного режима почв для
большинства полевых культур считается влажность почвы в пределах
60 – 80% от полной влагоемкости. Поэтому допустимое время затопления и подтопления сельскохозяйственных культур в вегетационный
период принимается в соответствии с табл. 1.3 [9].
Т а б л и ц а 1.3. Сроки отвода избыточных вод в вегетационный период
Сроки отвода поверхностных вод, сут
На глубину
Наименование культур
С поверхноДо нормы
сти
до 0,2 м
до 0,5 м
осушения
1. Полевые севообороты с ози0,5
1,0
4,0
9,0
мыми
2. Полевые (без озимых), кор0,8
2,0
5,0
10,0
мовые, овощные севообороты
3. Пастбища
1,0
2,0
5,0
10,0
4. Сенокосы
1,5
3,0
8,0
15,0
Если мелиорированные земли затапливаются весной паводками
10%-ной обеспеченности, их нельзя использовать под посевы озимых
культур.
Продолжительность затопления полей без озимых культур устанавливается в зависимости от сроков посева этих культур. В этом случае
при расчете параметров мелиоративной сети учитывается объем воды,
который необходимо удалить с поверхности поля и объем воды из
грунта до предпосевной нормы осушения. Расчетная продолжительность удаления избытка воды в весенний период для полевых культур
принимается равной 10, а для сенокосных угодий 15 суткам.
1.5. Водное питание тяжелых почв
По гранулометрическому (механическому) составу к тяжелым почвам относят те, которые содержат более 40 – 50% частиц физической
глины диаметром менее 0,01 мм. В эту группу почв входят тяжелые
суглинки, содержащие 40 – 50% частиц диаметром менее 0,01 мм, глины: легкие (50 – 65%), средние (65 – 80%) и тяжелые (содержащие более 80% таких частиц). К мелиоративной группе тяжелых почв относят
также почвы, которые подстилаются с небольшой глубины (20 – 50 см)
слабоводопроницаемыми породами. Однако между гранулометрическим составом и водопроницаемостью почв не существует четкой зависимости. При одном и том же составе почвенных частиц коэффициент фильтрации может варьировать в широких пределах. Поэтому с
точки зрения технических расчетов к тяжелым относят и те почвы,
которые подстилаются грунтами, имеющими коэффициент фильтрации менее 0,1 – 0,16 м/сут. Следовательно, по этому показателю к тяжелым почвам можно отнести также почвы, сформировавшиеся на
лессовидных суглинках и имеющих тенденцию к оглеению на небольших глубинах (30 – 50 см). Водопроницаемость таких почв в результате оглеения снижается и достигает показателей, присущих почвам тяжелого гранулометрического состава, о которых упоминалось ранее.
Фактическая водопроницаемость почвообразующих пород часто имеет
чрезвычайно малые значения (0,01 – 0,001 м/сут). Это еще раз свидетельствует о сложности осушения и необходимости разработки комплекса мер для создания благоприятного водно-воздушного режима
тяжелых почв.
Тяжелые почвы обладают сильной диcперсностью (удельная поверхность больше 70 м2/г). Они имеют также большую водоудерживающую способность – наименьшая влагоемкость достигает до 40% от
объема. В тяжелых почвах практически отсутствует свободная подвижная влага, так как более 50% пор имеет диаметр менее 5 мкм, основная вода в них прочно связана с минеральными частицами и не
способна к восходящей или нисходящей миграции (кроме подъема по
капиллярам). Атмосферные осадки перераспределяются главным образом поверхностным стоком (до 95%). Значение полной влагоемкости
и наименьшей влагоемкости незначительно отличаются друг от друга,
и в подпахотных слоях различие составляет всего 7 – 8%. Поэтому
растения в этих почвах страдают от недостатка воздуха [6]. Воднофизические свойства тяжелых почв приведены в табл. 1.4.
Т а б л и ц а 1.4. Водно-физические свойства глинистых почв
Количество пор, %
Влажность, % от
Удельная
Коэффициот объема
объема
Горизонты
поверхент фильтраность, м2/г
ции, м/сут
100 мкм
5 мкм
ПВ
НВ
Пахотный
60 – 115
0,1 – 0,5
3,0 – 4,0
20 – 25 45 – 50 35 – 40
Подпахотный
Материнская порода
70 – 120
90 – 120
0,01 – 0,05
Менее
0,0010
1,0 – 1,5
22 – 30
40 – 45
33 – 38
1,0 – 1,5
22 – 30
44 – 46
35 - 37
Основными типами водного питания тяжелых почв являются атмосферные осадки, а также грунтовые безнапорные воды. В отдельных
случаях может быть грунтово-напорное водное питание (Марков,
1981). Кроме того, тяжелые почвы могут переувлажняться намывными
делювиальными водами.
При атмосферном водном питании почвы переувлажняются на
плоских водоразделах, где имеет место замедленный сток воды. Поэтому вода накапливается в пахотном слое или на поверхности почвы,
вызывая их переувлажнение. Грунтовые воды при этом располагаются
на больших глубинах и в подпитывании зоны аэрации не участвуют
(рис. 1,а).
Рис. 1. Типы водого питания тяжелых почв:
а – атмосферное; б – грунтово-напорное; в – грунтовое безнапорное;
1 – атмосферные осадки; 2 – пахотный слой; 3 – водоносный пласт;
4 – напорные грунтовые воды; 5 – уровень грунтовых вод;
6 – поверхностная вода; 7 – пьезометрический уровень.
Грунтово-напорное водное питание образуется, когда поток грунтовых вод формируется за пределами массива. Проходя по водоносному пласту, защемленному сверху и снизу слабоводопроницаемыми
грунтами, вода под напором по капиллярам поднимается в пахотный
слой (рис.1,б). Дополнительный напор могут также давать подземные
воды, имеющие вертикальные восходящие токи.
Грунтовое водное питание тяжелых почв возникает во время оттаивания почвы весной, а также при длительном насыщении ее при снеготаянии и продолжительном выпадении дождей летом. Однако в летний
период атмосферные осадки концентрируются в основном на поверхности земли. Из-за низкой водопроницаемости грунтовые воды не всегда успевают сформироваться из-за чрезвычайно малой инфильтрации
атмосферных осадков. Поэтому в отдельные периоды весны и лета
может отсутствовать связь между поверхностными и грунтовыми водами (рис. 1,в).
Делювиальное питание характерно для территорий, на которые поступают поверхностные воды в основном во время снеготаяния. Не
успевая профильтроваться в нижние слои, эта вода накапливается в
пахотном горизонте.
Участки с западинным рельефом, сформировавшимся на лессовидных суглинках, имеют такие же типы водного питания, как глины и
суглинки. Однако вследствие сложного рельефа вода концентрируется
в замкнутых понижениях.
Сложное многообразие неблагоприятных водно-физических
свойств тяжелых почв, своеобразное естественное формирование водного режима территории и их переувлажнение, приводит к необходимости выбора нескольких приемов для регулирования водного режима
почв.
2. СПОСОБЫ ОСУШЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ ПОЧВ
Из приведенных выше характеристик тяжелых почв, а также естественного формирования водного режима видно, что для осушения
этих почв, как было указано ранее, требуется также комплекс способов. Способы осушения можно разделить на две группы. В первую
входят инженерные способы, а во вторую – способы агромелиоративного направления. Кроме этих способов, при окультуривании и обработке почв применяют специальные агротехнические приемы. К инженерным способам осушения относят закрытую собирательную сеть,
закрытый дренаж, открытую сеть, устройство ложбин стока, колодцевпоглотителей, дополнение закрытых линий колонками-поглотителями,
проведение планировки поверхности рельефа и другие устройства,
которые применяют или разрабатывают для конкретного объекта. Для
защиты объекта от переувлажнения делювиальными водами со смежных водосборных площадей применяют оградительную сеть в виде
нагорной, ловчей или нагорно-ловчей. В агромелиоративные мероприятия входят глубокое рыхление почв, кротование, бороздование, гребневание и другие приемы. Агротехнические приемы включают углубление пахотного слоя, внесение органических удобрений, проведение
известкования кислых почв.
Для соответствующего мелиоративного объекта на основании анализа его природных условий выбирается наиболее эффективная группа
инженерных способов осушения, и в дополнение к ним разрабатывают
систему агромелиоративных и агротехнических мероприятий. Все они
предназначены для упорядочения водного режима переувлажняемых
почв. При этом главной задачей осушения тяжелых почв является
ускорение поверхностного стока и удаление избыточной воды из пахотного слоя. Перечисленные способы осушения должны также обеспечить своевременное понижение уровня почвенно-грунтовых и грунтово-напорных вод в расчетные периоды – к началу посевных работ, а
также во время вегетации растений.
2.1. Закрытая осушительная сеть
Одним из основных приемов регулирования водного режима является устройство закрытой сети. Она применяется для ускорения поверхностного стока или понижения уровня почвенно-грунтовых вод.
Поэтому, если сеть предназначается для ускорения поверхностного
стока, она называется собирательной. Если же сеть предназначается
для воздействия на почвенно-грунтовые воды, она называется дренажной. В конструктивном отношении между закрытыми собирателями и
дренами имеются различия. Закрытый собиратель должен обеспечивать перевод поверхностной воды через траншейную засыпку в полость подземных водоводов – труб. Поэтому траншейная засыпка закрытых собирателей должна выполняться из хорошо водопроницаемых материалов (песчано-гравийной смеси, шлаков, древесной щепы,
гумусной почвы и др.). Траншейная засыпка должна иметь водопроницаемость, в десятки раз превышающую водопроницаемость окружающего грунта.
В закрытой дрене это требование соблюдать необязательно, потому
что сток воды здесь формируется по порам почвенного профиля. Однако дренажные трубы необходимо присыпать гумусной почвой слоем
толщиной не менее 20 см. С одной стороны, эта почва служит для увеличения водоприемной способности дрен, так как увеличивается контакт между этой присыпкой и окружающим грунтом. С другой стороны, присыпка необходима для предотвращения случайных повреждений линий при обрушении стенок траншей или попадании в них каких-либо предметов [3].
В условиях сложного рельефа, высокой степени заболоченности и
закустаренности (в основном в северной зоне республики) мелиорацию земель целесообразно проводить в два этапа. На первом этапе
необходимо строить постоянную и временную открытую осушительную сеть, первоочередные сооружения и дороги, выполнить комплекс
культуртехнических работ, мероприятия по организации поверхностного стока и первичному освоению территории. На втором этапе выполняют строительство закрытой сети, уточняют и дополняют систе-
мы необходимыми агромелиоративными мероприятиями и проводят
другие работы, предусмотренные проектом.
Одним из главных показателей, необходимых для расчета параметров закрытой сети, является глубина заложения. В соответствии с руководством [9], глубину закрытых собирателей и дрен на тяжелых
почвах принимают равной 1,2 – 1,3, а минимальную – не менее 1,1 м.
При пересечении закрытой сетью небольших локальных понижений
допускается уменьшать глубину сети до 0,8 , а при проведении глубокого рыхления – до 0,9 м. Максимальная глубина собирателей и дрен
не должна превышать 1,4 м, чтобы свести к минимуму отрицательное
воздействие системы на окружающую среду. Для устройства закрытой
сети применяют керамические и пластмассовые трубы. В некоторых
случаях собиратели и дрены устраивают из досок, фашин или жердей
[9]. Минимальный диаметр керамических труб принимают равным 50,
а пластмассовых – 43 мм. В особых случаях при наличии в грунтовых
водах закисного железа более 5 мг/л, в местах выраженного грунтовонапорного водного питания и интенсивного притока поверхностных
вод применяют керамические трубы диаметром не менее 75 мм, а
пластмассовых – 54 – 65 мм. Собиратели и дрены проектируют с минимальным уклоном 0,003, а на безуклонных участках 0,002. Оптимальным считается уклон дна в пределах 0,008 – 0,015.
2.2. Расчет расстояния между собирателями
При работе закрытого собирателя значительную долю стока составляют поверхностные воды. Они поступают с поверхности земли
через пахотный слой в траншейную засыпку, а из нее в трубы собирателей. При полном насыщении пахотного слоя и подпахотного горизонтов водой собиратели принимают также и грунтовые воды, т.е. работают и как дрены.
Время освобождения (в сутках) пахотного слоя от гравитационной
воды с учетом удаления грунтовых вод определяют приближенно по
формуле Х.А. Писарькова, уточненной С.Ф.Аверьяновым и К.А.Мяги,
схема к которой приведена на рис. 2:
t 
  B  arctg  x
3 k 1  (e  q 2 )
x
2  h1 
B
k1
e  q2
;
;
(2.1)
(2.2)
q2 
4  k 2  h22
,
B2
(2.3)
где k 1 , k 2 – коэффициенты фильтрации соответственного пахотного и
подпахотного слоев, м/сут;
q 2 – интенсивность поступления воды в закрытые собиратели из
пахотного слоя, м/сут;
h1 и h2 – мощность пахотного и подпахотного слоев;
e – интенсивность испарения, м/сут;
 – водоотдача пахотного слоя. Она определяется по формуле
  0,056  k1  3 h1 .
Рис. 2. Схема к расчету расстояния между закрытыми собирателями.
Для удовлетворительной работы закрытых собирателей траншейная засыпка должна обладать высокой водопроницаемостью. При этом
между водопроницаемостью пахотного слоя и водопроницаемостью
траншейной засыпки должно выполняться следующее условие:
k 3  b  1,48  k 1  h1 ,
(2.4)
где k 3 – коэффициент фильтрации траншейной засыпки, м/сут;
b – ширина траншеи, м.
При таком соотношении коэффициентов фильтрации закрытые линии своевременно обеспечивают пропуск необходимого объема воды
через траншейную засыпку.
Изложенная методика позволяет подобрать расстояние между закрытыми собирателями, при котором пахотный слой почвы освобождается от гравитационной воды в необходимые сроки (см. табл. 1.3).
В зависимости от типов водного питания тяжелых почв закрытая
регулирующая сеть может работать в двух режимах. При атмосферном
водном питании сеть рассчитывается на ускорение поверхностного
стока, при грунтовом – на отвод и понижение уровня почвенногрунтовых вод. Однако если сеть рассчитывается на второй режим,
необходимо делать проверку с целью установления возможности формирования поверхностного стока. С.Ф.Аверьянов предлагает для этого
использовать зависимость

(2.5)
 ,
b
где k 0 – приведенная интенсивность инфильтрационного питания,
м/сут;
  интенсивность атмосферного водного питания, м/сут;
  расстояние между закрытыми собирателями, м;
b  глубина заложения собирателя, м;
  коэффициент, принимаемый в зависимости от отношения
k0  
b d ( d  диаметр дрены, м):
b
15
20
25
30
0,65
0,70
0,73
0,76
d

Если в расчетах k 0 окажется больше коэффициента фильтрации
подпахотного слоя, то возможно формирование поверхностных вод
(вода не успевает поступать в собиратели) и эту сеть необходимо пересчитать на удаление поверхностных вод.
Расчет устройств для отвода поверхностной воды, которая концентрируется в отдельных элементах рельефа (тальвеги, западины), освещен в разделе 3.
Расстояние между открытыми собирателями можно определить
по формуле С.Ф.Аверьянова:
B  3,6 
 (1   )

 h    2 ,
n

где   средний уклон поверхности земли;
(2.6)
n  коэффициент шероховатости поверхности земли (при обра-
ботке поверхности земли с образованием борозд n  0,05,
для ровной укатанной поверхности n  0,008, после свежескошенной травы n  0,8, для естественного луга, высокого
травостоя n  2,3);
  условный коэффициент стока (по данным А.Н.Костякова,
для супесей и легких суглинков   0,12  0,25 , суглинков
  0,25  0,30 , тяжелых суглинков   0,25  0,40, при весеннем стоке по мерзлой почве   0,70  0,95) ;
h  слой воды, выпавшей за время 1 ;
  нормативное время отвода поверхностной воды, ч.
Слой осадков h определяют по формуле
h    1 ,
где   интенсивность выпадения осадков, мм/ч.
Расчет открытых собирателей проводят на отвод поверхностной
воды в вегетационный период.
2.3 Расчет расстояния между дренами
38
34
При глубине дрен 1,2 м
30
При глубине дрен 1,0 м
26
22
18
14
10
100
Глина тяжёлая.
80
60
Глина
средняя
Глина
лёгкая
40
Суг
тяж
Суг
ср
20
Суг
лёг
Супесь
0
Песок
Виды грунтов и содержание частиц d<0,01 мм, %
Расстояние между дренами, м
Расстояние между закрытыми дренами, заложенными в грунты тяжелого гранулометрического состава с коэффициентом фильтрации
менее 0,2 м/сут и проводимостью зоны фильтрации менее 0,5 м 2/сут,
определяется по графикам (рис. 3).
Рис.3.График для определения расстояния между дренами, заложенными в
тяжёлые почвы.
При этом основным критерием для определения расстояния между
дренами на территории со спокойным, без западин и тальвегов, рельефом служит содержание в мелиорируемых почвах частиц диаметром
менее 0,01 мм [1]. При слоистом строении грунтов среднее расстояние между дренами необходимо определять по формуле
B
B1  (m1  a 0 )  B2  m2 ... Bn  mn
,
b  a0
(2.7)
где Bn - расстояние между дренами, полученное по графику (см. рис.
3) для n  го слоя, м;
mn – мощность n  го слоя, м;
a 0 – мощность пахотного слоя, м;
b – глубина заложения дрены, м.
Расстояние между дренами, определенное по графику, необходимо
откорректировать с учетом рельефа, почв и других условий, влияющих
на работу дрен, согласно табл. 2.1 [9].
№№
пп.
1
1
2
3
4
5
6
7
8
Табли ца 2.1. Поправочные коэффициенты при расчете расстояния между
дренами
Факторы, влияющие на расстояние между дренами
Поправочный коэффициент
2
3
Глеевые почвы
0,65
Слабоглееватые почвы временного избыточного увлажнения:
а) глины, средние и тяжелые суглинки
1,25
б) легкие суглинки
1,40
в) лессовидные суглинки
1,30
г) супеси
1,50
Карбонатные почвы (при содержании CaCO3 от 5 до 15%)
1,10
Наличие водонепроницаемых прослоек толщиной не менее 10
см на глубине свыше 40 см, большой пористости глинистых и
до 1,15
суглинистых почв
Засыпка траншей хорошо фильтрующим грунтом
до 1,20
Наличие железистых соединений в грунтовой воде, мг/л:
от 3 до 8
0,90
свыше 8
0,80
Уклон поверхности мелиорированных земель:
0,02
1,20
0,03
1,35
Использование земель под сенокосы
1,20
Примечания: 1. При наличии нескольких факторов, поправочные коэффициенты перемножаются. Общий поправочный коэффициент не должен превышать: при использовании мелиорированных полей под пашню 1,75, под сенокосы 2,00. 2. На участках интенсивного водного питания расстояние между дренами с учетом корректировок следует
уменьшать в 1,5 – 2,0 раза.
Поданным БелНИИМиЛ [11, 12], на слабоглееватых почвах кратковременного периодического избыточного переувлажнения вообще
можно отказаться от устройства закрытой сети. Институтом установлено, что различия в урожайности сельскохозяйственных культур на
дренированных и недренированных слабоглееватых почвах не имеется. Сток воды из закрытых систем в вегетационный период в таких
условиях весьма мал и существенного влияния на формирование водного режима не оказывает. Поэтому вместо осушительной сети рекомендуется предусматривать мероприятия по тщательной организации
поверхностного стока и особенно окультуриванию и углублению пахотного слоя.
2.3. Защита закрытой сети от заиления
Правильно запроектированная и построенная горизонтальная трубчатая сеть нормально функционирует очень длительный период без
существенных затрат на эксплуатацию, ремонт, очистку и восстановление. Однако имеется много случаев, когда за короткий период закрытая сеть прекращала нормальное функционирование и она перестраивалась. Одной из основных причин этого было заиление полости
сети. Заиление закрытой сети – это процесс, включающий в общем
случае отложение в полостях труб зерен грунта, солей и железистых
соединений, закупорку водоприемных отверстий и колматаж фильтров
теми же веществами, кольматаж придренной зоны суффозионными
частицами, вымываемыми из массива фильтрационным потоком, зарастание полостей труб корнями растений. Поэтому заиление закрытой сети подразделяется на механическое, химическое, химикобиологическое [7].
Факторами, обусловливающими заиление закрытой сети, являются:
большие градиенты напора фильтрационного потока вблизи водоприемных отверстий и труб (достигающих от 3 до 30), отсутствие или неправильный –подбор фильтров, окислительные процессы при аэрации
в трубах, деятельность железобактерий, некачественное строительство,
малые уклоны закрытых линий и недостаточные скорости движения
воды в трубах и др.
Несвязные и связные грунты при достижении около дрен критических градиентов подвержены следующим фильтрационным деформациям: истечению разжиженной грунтовой массы, сводообразованию,
суффозии, контактному выпору и размыву.
Истечение разжиженной грунтовой массы – потеря общей устойчивости грунта и поступление его через водоприемные отверстия внутрь
труб. Оно проявляется в несвязных грунтах нарушенной структуры.
Истечение продолжается до образования около отверстий устойчивых
сводов из более крупных частиц (если они имеются в грунте) или до
полной закупорки труб.
Механическая суффозия представляет собой процесс увлечения и
выноса фильтрационным потоком из грунта мелких частиц. Различают
внутреннюю и внешнюю механическую суффозию. Первая характеризуется перемещением фильтрационным потоком мелких частиц внутри
грунта и отложением их в фильтре или возле водоприемных отверстий
– наступает процесс кольматации. Осушительный эффект закрытой
сети при этом существенно падает. При внешней механической суффозии мелкие частицы через фильтр и водоприемные отверстия выносятся в трубы. В них они могут откладываться, вызывая частичную
закупорку полости, или при соответствующих скоростях движения
воды выноситься из полости.
Контактный выпор – разрушение грунта на контакте с отверстиями
в трубах при отсутствии фильтров или на контакте с фильтром, характеризующееся выпором фильтрационными силами некоторого объема
грунта внутрь труб или в фильтр. Этот выпор присущ связным и несвязным грунтам. В глинистых грунтах при градиентах напора меньше
критических для контактного выпора может происходить отделение
некоторого объема грунта и выпадение его в трубы или фильтр. Этот
процесс называется отслаиванием грунта.
Глины и суглинки относятся к связным грунтам и в ненарушенном
состоянии обладают высоким сцеплением и большой фильтрационной
прочностью. Допустимые поперечные размеры водоприемных отверстий в трубах по условию отрыва и отслаивания агрегатов определяются по зависимости В.С.Истоминой
 
0,214
p 1
(2.8)
или Г.К.Праведного
 
0,34
,
    Cos
(2.9)
где   поперечный размер отверстия в дренажной трубе (ширина
щели, диаметр круглого отверстия), см;
 p  расчетный градиент фильтрационного напора в придренной
зоне,  p  2 – 5;
  градиент напора у отверстия,   10 – 20;
  угол между направлением скорости фильтрации и силы тяже-
сти.
Если дренаж закладывается в суглинках, у которых число пластичности 0,7    0,17, то предельные допустимые размеры перфорации в
дренах определяются по формуле
 
0,17
, см.
 p  Cos
(2.10)
При проектировании и строительстве закрытых систем защите дренажа от заиления уделяют большое внимание. Зазоры между керамическими трубами не должны превышать допустимых размеров (2 – 3
мм). Водоприемные отверстия должны закрываться защитнофильтрующими материалами (ЗФМ). Их делят на 3 группы. В первую
входят органические. Это мох сфагнум и лесной, торфокрошка, солома, древесная щепа, костра, опилки и др. Ко второй группе относят
минеральные естественного происхождения (гравий, песчаногравийные смеси, крупные разнозернистые пески и другие материалы).
В третью группу входят ЗФМ искусственного происхождения: стеклохолсты, стекловата, войлок из базальтового волокна, гранулированные
шлаки и т.д.
По составу ЗФМ делят на сыпучие и структурные. К сыпучим относят песчано-гравийные смеси, пески, шлаки, торфокрошку, а к
структурным – мох, торф, стеклохолсты и др.
По характеру укладки защитно-фильтрующие материалы делят на
объемные и «плоские».
Возрастание площади контакта фильтра с окружающим грунтом
увеличивает водоприемную способность закрытых линий и, следовательно, интенсивность осушения земель. Учитывая большую роль
фильтров в работе закрытой сети, к ним предъявляются следующие
главные требования. В общем случае сами фильтры не должны проникать через водоприемные отверстия труб в их полость, а также не
должны пропускать частицы осушаемого грунта. Недопустимо, чтобы
ЗФМ кольматировались и создавали дополнительные сопротивления
поступлению воды в полость дрен или собирателей. Основным требованием для сыпучих фильтров является обеспечение условий сводообразования над водоприемными отверстиями труб и на контакте филь-
тра с осушаемым грунтом. ЗФМ должны быть экономичными, транспортабельными и безопасными в использовании.
В тяжелых грунтах для защиты закрытой сети от заиления применяют как объемные, так и «плоские» фильтры. Объемные фильтры при
осушении этих грунтов устраивают вокруг труб или над водоприемными отверстиями (стыками между труб). Толщина объемного фильтра в уплотненном состоянии составляет от 2 – 3 см (из мха, торфа) до
6 см и более из сыпучих материалов (песчано-гравийной смеси, песка
и других материалов). «Плоские» фильтры небольшой толщины выполняются из рулонных материалов, например, из стеклохолстов. Их
укладывают по разным схемам в зависимости от конструкции труб,
характера водоприемной поверхности, а также условий, в которых работает закрытая сеть.
Наилучший эффект при поступлении грунтовых вод и задержанию
частиц грунта дает круговая обертка дренажных труб, как керамических, так и пластмассовых. Керамические трубы от заиления могут
также защищаться путем прикрытия стыковых зазоров рулонным
фильтрующим материалом. При этом на дно траншеи укладывается
сплошная лента из того же материала. Затем на стыки укладываются
полоски, после чего трубы присыпают гумусной почвой слоем не менее 20 см над верхом труб (особенно в дренах). Эта почва предупреждает случайные повреждения закрытых линий и увеличивает их водоприемную способность. Можно также для защиты дрен и собирателей применять соединительные муфты. Они не только надежно защищают керамические трубы от заиления, но и повышают качество
устройства закрытой осушительной сети [9].
Если в грунтовой воде содержатся железистые соединения в количестве более 3 мг/л, применяют специальные меры для борьбы с химическим заилением – отложением продуктов железистых соединений в
трубах. К этим мерам относятся строительные и предупредительные.
Строительные меры предусматривают сокращение поступления воздуха в закрытые линии. Поэтому их засыпают на полную глубину сразу
же после устройства, а также при сопряжении с каналами применяют
затопленные устья. Закрытые системы необходимо проектировать
простыми, небольшой площади. При этом увеличивают уклон дна линии и применяют другие конструктивные приемы [9]. К предупредительным мерам относят внесение в дренажные траншеи ингибиторов –
фосфоритной муки или извести.
Характеристика некоторых защитно-фильтрующих материалов
приведена в табл. 2.2.
Таблица 2.2. Техническая характеристика некоторых рулонных защитнофильтрующих материалов
толщина, мм
5
6
7
8
9
Стекловолокнистый
холст
Диаметр
волокон, мк
Коэффициент фильтрации,
Прочность
м/сут
на разрыв
полосы шириной 5
см,Н
3
ширина,
см
4
ВВ-АМ
ВВ-М
ВВ-Г
До 200
До 200
До 200
30  1
30  1
40  1
0,7  0,2
1,2  0,1
0,4  0,1
100
200
50  15
16
16
15
200
200
100
120
82
5
Полотно нетканое иглопробивное
длина, м
Масса 1
м2, г
СИЗИ
-
160  4
4,5  0,4
200  10
-
-
-
Полотно нетканое клееное мелиоративное
Размеры материала в рулоне
НКлМ
-
1530  1
0,8
100
15
50
65
Фильтры нетканые
дренажные для мелиоративных систем
Марка
-
До 50
170  5
34  0,5
300 –
500
15
-
-
Полотно клееное
для защиты дрен от
заиления
Материал
-
До 200
200  4
0,3  0,1
60  5
15
10
92
1
2
Полотно нетканое защитно-фильтрующее
для дренажа
-
-
-
0,7
70
-
-
26
Холст волокнистопористый из полиэтилена
(полиэтиленхолст)
ПЭхолст
20 – 100
15 – 30
1–2
200 –
300
40
–
10
0
350
78
Базальтовый
холст
ВВБМ
-
-
0,5 и 1,0
90 – 100
и
170  15
-
-
80
ширина полосок на
стыках
25
30
40
45
55
60
70
15
20
20
25
25
30
30
7
7
7
7
7
7
7
25
30
40
45
55
60
70
длина полосок
ширина
нижней ленты
15
20
20
25
25
30
30
ширина полосок
Ширина
верхней ленты
30
40
50
60
70
80
90
длина полосок на стыках
Ширина
нижней ленты
50
75
100
125
150
175
200
Таблица 2.3. Размеры полос рулонных фильтрующих материалов для
устройства защитных дренажных фильтров, см
Сплошная
Сплошная лента снизу и
Обертка стыков
обертка труб
полоски на стыках сверху
труб полосками
двумя лентами
Сплошная обертка
труб одной лентой,
ширина ленты
Диаметр труб, мм
Расход материала защитных фильтров зависит от диаметра труб и
способа защиты (табл. 2.3).
10
10
10
10
10
10
10
30
40
49
59
69
76
82
2.5 Подбор фильтров
Фильтры из структурных материалов при укладке в суффозионных
грунтах должны создавать условия непросыпаемости частиц скелета
осушаемого грунта и некольматируемости самого фильтра. Для этого
необходимо, чтобы поры фильтра, с одной стороны, свободно пропускали суффозионные частицы, влекомые фильтрационным потоком, с
другой, – чтобы над порами происходило сводообразование. Следовательно, поры структурного фильтра должны иметь вполне определенные размеры, соответствующие заданным грунтовым условиям.
Все фильтры должны обладать высокой фильтрационной способностью, и после завершения деформационных процессов в них и частичной кольматации соответствовать условию
ka
kгр  a ,
(2.11)
a  5 при укладке дренажа в несвязных минеральных грунтах,
a  10 в торфе, a  20 в глинистых грунтах;
k ф и k г р  коэффициенты фильтрации фильтра и грунта.
где
В связи с тем, что на тяжелых почвах дренажные трубы в траншеях
присыпают ранее вынутым грунтом (частично или на полную глубину), грунт можно отнести к несвязным и при подборе фильтра использовать его водно-физические характеристики. Для этого необходимо
иметь данные о гранулометрическом составе грунта траншейной засыпки, его пористости n1 , объемную массу  и коэффициент фильтрации
k ф. Приближенно пористость можно вычислить по формуле
n1  0,40  0,1 l g  ,
где
=
d 60
(2.12)
d 60
d10 – коэффициент неоднородности;
и d 10 – диаметры частиц, меньше которых в грунте соответ-
ственно содержится 60 и 10% по весу, мм.
Водопроницаемость устанавливают по справочным данным или
приближенно находят по формуле М.П.Павчича
kгр 
где

3,99n1 3 3  d 17
,
 (1  n1 ) 2
– кинематический коэффициент вязкости воды;
(2.13)
d 17 – диаметр частиц, меньше которых в грунте содержится 17% по
весу, мм.
Расчет по подбору фильтра сводится к определению границ размеров его пор. Сначала определяют максимальные диаметры суффозионных частиц расчетного грунта засыпки по формуле М.П.Павчича
d ci
max
n1d 17 (1  0,05) 6 
 0,35
.
1  n1
(2.14)
Согласно критерию А.П. Патрашева, фильтр не будет кольматироваться, если максимальный диаметр его пор
D1  11
, a d cimax ,
(2.15)
d cimax – диаметр суффозионных частиц грунта, мм;
a –коэффициент: для пылеватых кольматирующих частиц a =4
max
(при d ci  0,01-0,05 мм), для мелких песчаных a =3 при
d cimax  0,05- 0,25 мм).
где
С другой стороны, непросыпаемость частиц скелета грунта через
фильтр будет обеспечена, если диаметр его пор
D2  1,8d 60 ,
(2.16)
где d 60  60%-ный диаметр частиц грунта, мм.
Фильтр отвечает заданным условиям, если средние диаметры его
пор удовлетворяют неравенству
D1  D0  D2
(2.17)
и одновременно выполняется условие (2.11).
Диаметры фильтрационных ходов (в мм) в структурных фильтрах
можно вычислить по формуле
D0  0,023
kф

n1 I 2
,
(2.18)
где n1  пористость материала при нагрузке, равной давлению грунта;
k ф  коэффициент фильтрации при этой же нагрузке, см/с;
I 2  коэффициент структуры, принимаемый для стекловолокон
1,0, а для мхов 0,8.
3. СООРУЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ УСКОРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА
В состав сооружений, устройств и мероприятий для ускорения стока поверхностной воды входят ложбины стока, колодцы-поглотители,
установка на закрытой сети колонок-поглотителей и другие приемы.
3.1. Ложбины стока
Ложбина стока – это искусственное линейно- протяженное сооружение в виде неглубокого канала с уположенными откосами.
Ложбины стока применяют для отвода поверхностных вод из раскрываемых замкнутых понижений (западин) глубиной более 0,25 м.
При раскрытии замкнутых понижений глубиной более 0,30 м в минеральных грунтах для уменьшения их глубины предусматривается частичная засыпка понижения. Раскрытие заторфованных понижений
предусматривается путем устройства каналов. Для упорядочения движения воды ложбины устраивают также вдоль естественных тальвегов,
по незамкнутым понижениям мелиорируемых земель. Кроме того,
ложбины стока можно применять для защиты территории от притока
воды со смежных водосборных площадей.
Прокладывают ложбины по самым низким элементам рельефа, по
возможности прямолинейными, под углом 60-90о к направлению
вспашки. Воду из ложбин сбрасывают в каналы проводящей сети, водоемы-копани или закрытые водоотводящие коллекторы через колодец-поглотитель. Ложбина с каналом сопрягается с помощью водосбросной воронки. Длину ложбин более 400 м не проектируют, а глубина их не должна превышать 0,4 м. Минимальный уклон дна ложбины 0,002. Ложбины бывают западинными и тальвеговыми.
Для раскрытия западины (обеспечение гидравлической связи между смежными западинами) применяют засеваемые ложбины, откосы и
дно которых засеваются теми же сельскохозяйственными культурами,
которые выращивают на прилегающих территориях. Ширина западинной ложбины по верху должна быть примерно равной ширине раскрываемой западины.
Тальвеговые ложбины также проектируются засеваемыми, если
скорость движения воды в них не превышает допустимую на размыв.
Коэффициент заложения откосов ложбин принимается равным не менее 1:10; ширина ложбины по дну 0,6 – 1,0 м. При размывающей ско-
рости проектируются ложбины незасеваемыми, с креплением дна и
откосов посевом трав или одерновкой. Для таких ложбин коэффициент
заложенния откосов принимают от 1:3 до 1:5.
Расчетными периодами при определении параметров тальвеговых
ложбин являются периоды весеннего половодья и дождевых паводков.
Расходы этих периодов устанавливаются на основании гидрологических расчетов. Целью гидравлического расчета ложбин является определение скорости движения воды при известном расчетном расходе, а
также проверка предварительно принятых (или установлению) параметров ложбины. Гидравлический расчет ложбины проводят при расходе более 0,050 м3/с и при уклоне дна более 0,005. Расчеты проводятся по формулам равномерного движения, которые имеются в многочисленных учебниках. Если расчетная скорость превышает допустимую на размыв, выбирают тип крепления (посев трав или одерновку), а
также изучают возможность другого способа отвода поверхностных
вод.
Под дном тальвеговой ложбины устраивают подложбинный коллектор, с помощью которого обеспечивается отвод повыерхностной
воды, застаивающейся в растительном покрове и в микропонижениях
ложбины. Кроме того, этот коллектор должен обеспечить понижение
уровня почвенно-грунтовых вод в нормативные сроки. Регулирующая
сеть на прилегающих землях укладывается так, чтобы линии были
расположены к бровкам ложбины не ближе 2,5 – 3,0 м. В средне – и
слабоводопроницаемых грунтах в траншее подложбинного коллектора
предусматривается установка колонок-поглотителей. Их устраивают
из горизонтальных фашин, из средне- и крупнозернистых песков или
песчано-гравийной смеси.
Колонка-поглотитель – это устройство, предназначаемое для обеспечения гидравлической связи поверхностной воды т воды в пахотном
слое с закрытыми линиями. Их устраивают по длине закрытой сети на
определенном расстоянии друг от друга. Конструкцию колонокпоглотителей можно найти в типовых альбомах сооружений [13].
Если ложбину пересекает закрытая регулирующая сеть, колонкипоглотители устанавливают на пересечении ложбины с этой сетью.
Расстояние между закрытыми линиями в раскрываемых западинах
уменьшается в 1,5 – 2,0 раза по сравнению с расчетным. При этом закрытую сеть тщательно защищают от заиления стеклохолстом ВВ –
АМ в 2 слоя или применяют объемные фильтры из соломы, льняной
костры, опилок и т.д.
3.2. Расчет подложбинного коллектора
Целью гидравлического расчета подложбинного коллектора является определение его диаметра (при круглом сечении) и скорости дви-
жения в нем. Минимальный диаметр подложбинного коллектора из
керамических труб независимо от гидравлического расчета принимается не менее 0,075 м, а полиэтиленовых – не менее 0,065.
Расчет подложбинного коллектора проводится в следующей последовательности. Объем застаивающейся воды на всем протяжении ложбины, который должен удалить подложбинный коллектор, находят по
формуле
Wв  hв (b  hв ) L ,
(3.1)
где Wв  объем застаивающейся воды в ложбине, м /с;
3
hв  расчетный слой воды, застаивающейся в растительном по-
крове и микропонижениях ложбины, м;
b  ширина ложбины по дну, м;
m  коэффициент заложения откосов ложбины, м;
L  длина ложбины, м.
Величину hв согласно опытным данным принимают не менее 0,1
м.
3
Расчетный расход (м /с) в устье подложбинного коллектора устанавливают по формуле
Q
Wв
,
86400t
(3.2)
где t  допустимая продолжительность затопления поверхности мелиорируемых земель в летний период, сут.
Тогда диаметр подложбинного коллектора (в метрах) из керамических труб определяют по формуле
 nQр 

D  1,549

i 
где
3|8
,
(3.3)
Qр  расчетный расход подложбинного коллектора относительно
3
рассматриваемого сечения, м /с;
n  коэффициент шероховатости труб;
i  строительный уклон коллектора на расчетном участке, доли
единицы.
Диаметр подложбинного коллектора из полиэтиленовых труб
находят по формуле
D  0,344Qр0б 382i 0,196 .
(3.4)
Если подложбинный коллектор проходит в слабоводопроницаемых
грунтах, в траншеи устанавливают колонки-поглотители через определенное расстояние. Количество колонок-поглотителей для полного
отвода поверхностной воды объемом Wв определяют по формуле
Wв ,
(3.5)
N 
Qк t
где Qк  расчетный расход (водопропускная способность) колонки3
поглотителя, м /сут;
t  время удаления избыточной воды в летний период, сут;
3
Расчетный расход (в м /сут) колонки-поглотители вычисляют по
формуле
Qк  k р I ,
где
(3.6)
  площадь поперечного сечения колонки-поглотителя, м2;
k р - расчетный коэффициент фильтрации колонки-поглотителя,
м/сут;
I  расчетный гидравлический уклон, доли единицы.
В случае применения колонок-поглотителей трапецеидальной формы (при пунктирной засыпке дренажных траншей средне- и крупнозернистым песком, песчано-гравийной смесью и другими материалами) расчетная площадь поперечного сечения такой колонки  определяют по формуле
  lb ,
(3.7)
где l  длина меньшего основания трапеции, м;
b  ширина траншеи, м.
Расчетный гидравлический уклон рассчитывают по формуле
I 
H 0  ( H п  H д  H вх )
,
H0
(3.6)
где H 0  превышение уровня воды в ложбине над осью коллектора
(приближенно можно принять равным расстоянию от поверхности
земли до оси коллектора), м;
H п  гидростатические потери напора от подпора в устье коллектора, м;
H д  гидравлические потери напора, м;
H вх  потери напора на вход воды в коллектор, м;
Гидростатические потери напора H п (в метрах) от подпора в устье
коллектора находят по формуле
Hп  H ув  H уд ,
(3.9)
где H ув  отметка расчетного уровня воды в принимающем канале
при пропуске расхода дождевого паводка 10%-ной обеспеченности, м
[9];
H уд  отметка устья подложбинного коллектора, м.
Гидравлические потери напора H д принимаются для одиночных
закрытых линий (коллекторов) в пределах 0,05 – 0,10 м, а для системы
линий – 0,10 – 0,15 м.
Потери напора на вход воды в коллектор (дрену) рассчитывают по
формуле
H вх 
где
bк
 Ci )
D
,
bк
3H о  ln  Ci
D
( H о  H п  H д )(ln
D  наружный диаметр коллектора, м;
bк  линейный размер колонки-поглотителя, м;
(3.10)
Ci  фильтрационные сопротивления дренажных труб без фильтров.
Величина bк принимается равной диаметру колонки-поглотителя,
если она выполняется круглого сечения; при квадратной форме сечения - равна стороне квадрата; если колонка-поглотитель имеет форму
прямоугольного сечения, bк равна меньшей стороне. Фильтрационные
сопротивления C i рассчитываются по специальным методикам, изложенным, например, в [6,7].
3.3. Колодцы-поглотители
Колодцы-поглотители применяются для отвода воды из замкнутых
понижений глубиной более 0,25 м, когда экономически нецелесообразно отводить поверхностную воду из них закрытыми системами и
при расчетном расстоянии между линиями менее 5 м. Такие сооружения устраивают также при отсутствии материалов для колонокпоглотителей на закрытой сети или при большой дальности возки песчано-гравийной смеси для засыпки траншей. Колодцы-поглотители
размещают по границам полей севооборотов, у дорог, у опор линий
электропередач, на опушке леса, в полосах отчуждения и на других
несельскохозяйственных угодьях.
Колодцы-поглотители устанавливают на самых низких элементах
рельефа при водосборной площади, имеющей уклон не менее 0,002.
При меньших уклонах предусматривают ложбины стока, по которым
вода подводится к колодцам-поглотителям. Поверхность земли вокруг
колодца срезается с таким расчетом, чтобы вокруг него образовалось
воронкообразное понижение в форме усеченного конуса с диаметром
большего основания 3 – 5 м и глубиной у стен колодца 0,25 – 0,30 м.
Дно понижения крепится местным материалом, например, камнем, или
в крайнем случае железобетонными плитами. Откосы воронки укрепляются одерновкой или отсыпкой из песчано-гравийной смеси. Для
отвода воды из колодцев-поглотителей предусматривают автономные
отводящие закрытые транспортирующие коллекторы. Установка колодцев-поглотителей на закрытых системах может производиться, если площади этих систем не превышают 3 га. При сложном (холмистом) рельефе с целью увеличения коэффициента земельного использования осушаемых земель, сокращения протяженности открытой сети
поверхностный сток, собираемый небольшими оградительными каналами, можно отводить колодцами-поглотителями. Тип колодцапоглотителя выбирается по
типовым альбомам сооружений [13].
Целью гидравлического расчета колодцев-поглотителей является
установление объема воды, который необходимо отвести в сроки,
определяемые характером сельскохозяйственного использования мелиорируемых земель, а также размера водоотводящего коллектора.
Диаметр отводящего водотока определяют по формулам (3.3) и (3.4).
Однако в эти формулы подставляют расчетный гидравлический уклон,
который определяется по формуле
I
H1  H 2  H д
Lк
,
(3.12)
где H1 и H 2 – отметки расчетных уровней воды в колодце и в принимающем канале, м;
H д  гидравлические потери напора, м;
Lк  длина отводящего коллектора, м.
Гидравлические потери напора равны 0,10 – 0,15 м.
Расчетная схема приведена на рис. 4.1.
Рис.4. Схема к гидравлическому расчёту колодца-поглотителя:
1–канал; 2–колодец-поглотитель; 3–коллектор
Колодец-поглотитель рассчитывается на приток воды в понижение
в весенний период, а также во время дождевых паводков 10%-ной
обеспеченности. На эти же периоды определяются уровни воды H 2
[9].
Отметка расчетного уровня воды в колодце H1 принимается равной отметке поверхности земли у колодца.
Расчетный расход (м3/с) колодца-поглотителя, при котором обеспечивается своевременный отвод воды из понижения, определяют по
формуле
Qр к 
где
Wр к
86400t
,
(3.13)
Wр к  объем стока в весеннее или летнее половодье с водосборной
площади, понижения, в котором устанавливается колодец, м3;
t  допустимая продолжительность затопления поверхности мелиорируемых земель в весеннее или летнее время, сут (см. табл. 3.1).
Объемы стока воды в расчетные периоды (весной и летом) устанавливают на основании гидрологических расчетов (см. раздел 5). В
том случае, если водосборная площадь замкнутого понижения меньше
0,05 км2, расходы воды и объемы стока дождевого паводка можно
определить по упрощенной методике, изложенной в разделе 5.
Если объем стока W с водосборной площади равен или меньше
объема понижения Wп , расчетный объем стока, который необходимо
отвести колодцем-поглотителем, принимается равным W , т.е.
Wр  W при W  Wп . Если объем стока W больше объема пониже-
Wр принимают равным объему понижения Wп , т.е. Wр  W при W  Wп .
ния, расчетный объем стока
Объем замкнутого понижения (м3/с) сферической формы определяют по формуле
Wп  0,65Fп hmax ,
(3.14)
а с плоским дном по формуле
Wп  0,5( Fп  Fд )hmax ,
(3.15)
где Fп и Fд - площадь понижения по верху и по дну соответственно,
м 2;
hmax  максимальная глубина понижения, м.
Если в понижении предусматривается удаление древеснокустарниковой растительности, расчетная величина hmax увеличивается на 0,2 м.
Из двух полученных значений (в весенний период и летних дождевых паводков) за расчетный расход Qр к принимается большее.
Глубину водоемов-копаней рекомендуется принимать не более 3,0
– 3,5 м. Расстояние от бровки до расчетного уровня воды в водемекопани должно обеспечивать бесподпорную работу впадающей сети.
При этом минимальное расстояние до воды на торфяных почвах
должно быть не менее 0,8 – 1,0, а для минеральных 0,7 – 0,9 м. Уровень воды на заданной отметке обеспечивается с помощью сбросного
коллектора, а коэффициенты заложения откосов принимаются с учетом глубины водоема и гранулометрического состава грунтов ложа по
табл. 3.1.
Таблица 3.1. Коэффициенты заложения откосов водоемов-копаней
Глубина водоема, м
1,5 – 2,5
Более 2,5
Глина, суглинок тяжелый и средний, торф мощ1,50
1,50 – 1,75
ностью до 1,0 м, подстилаемый этими грунтами
Суглинок легкий, супесь, торф мощностью до
1,50 – 1,75
1,75 – 2,00
1,0 м, подстилаемый этими грунтами
Песок крупно- и среднезернистый, торф мощ1,75 – 2,00
2,00 – 2.25
ностью 1,0 м, подстилаемый этими грунтами
Песок мелкозернистый, торф мощностью до 1,0
2,00 – 2,25
2,25 – 2,50
м, подстилаемый этим грунтом
Песок пылеватый, торф мощность до 1,0 м,
2,50
3,00 – 3,50
подстилаемый этим грунтом
Торф со степенью разложения, %: до 50
1,50
1,50 – 1,75
более 50
1,75
2,00
Грунты, слагающие ложе водоема
Водоемы-копани рассчитывают на сток воды 10%-ной обеспеченности в весеннее время (паводок) и на летне-осенние паводки. Объем
стока, который необходимо зааккумулировать водоемами-копанями,
определяется гидрологическим расчетом. Водоемы-копани могут со-
общаться между собой с помощью специальных подземных водоводов
или каналами.
При проектировании системы водоемов-копаней расчетный объем
весеннего половодья, необходимый для определения параметров водоема первого порядка, устанавливают по формуле
WрI  W  (W1II  W2II ...WnII )  Wсб ,
где
(3.16)
WрI - расчетный объем стока, аккумулируемый в водоеме пер-
вого порядка, м3;
W1II ,W2II ,...WnII  объемы стока, аккумулируемые в водоемах
второго и т.д. порядка, м3;
W  полный объем стока весеннего половодья с водосборной площади системы водоемов-копаней. м3;
Wсб  объем стока весеннего половодья, сбрасываемый из головного водоема в гидрографическую сеть, м3.
Если весь объем стока невозможно вместить в водоемы- копани,
предусматривают сброс излишней воды. Трассу водосбросного трубопровода проектируют прямолинейной. Для устройства сбросных трубопроводов применяют керамические, асбестоцементные, бетонные и
другие трубы. Глубина заложения сбросного трубопровода должна
быть на 0,5 м больше глубины промерзания грунта.
При сбросе воды из водоема в весенний период скорость движения
воды в трубопроводе не должна превышать 3,0 м/с. В процессе опорожнения этого водоема минимальная скорость должна быть больше
заиляющей, т.е не менее 0,35 – 0,35 м/с. Оптимальный строительный
уклон водовода принимается по табл. 3.2.
Таблица 3.2. Уклоны сбросных трубопроводов
Минимальный уклон
в плывунах, пылеватых
в остальных минеральных грунпесках и супесях
тах и торфяниках
0,0035
0,0020
0,0030
0,0015
0,0025
0,0010
0,0020
0,0007
Диаметр трубопровода, мм
75 – 100
125
150
175 – 200
На поворотах трассы трубопровода, а также при переходе с большего уклона на меньший устанавливают смотровые колодцы. Если
имеется опасность отложения твердых частиц грунта или продуктов
железистых соединений, предусматривают колодцы-отстойники. В
головной части сбросного трубопровода устанавливается входной оголовок из асбестоцементной трубы длиной не менее 4 м с сороудерживающей решеткой. В устьевой части при впадении сбросного трубопровода в водоприемник (канал) также укладывается асбестоцементная труба длиной не менее 4 м. Откос водотока или водоема, куда впадает сбросной трубопровод, крепят железобетонными плитами, а
входная часть – монолитным бетоном.
Диаметр сбросного трубопровода устанавливается по объему стока,
который необходимо сбросить из водоема за расчетный период в зависимости от сельскохозяйственного использования земель. Кроме того,
гидравлическим расчетом устанавливаются максимальная и минимальная скорости движения воды в водоводе. Максимальная скорость
определяется при отметке воды в водоеме, соответствующей НПУ, а в
принимающем водотоке – при отметке устья трубопровода.
Расчетный расход (м3/с) трубопровода в период весеннего половодья определяют по формуле
Qр в 
Wсб
,
86400t в
(3.17)
где Wсб  сбрасываемая в головной водоем или гидрографическую
сеть (водоприемник) часть объема стока, м3;
t в  допустимая продолжительность затопления мелиорируемых
земель в период весеннего половодья, сут (10 – 15 сут).
Расчетный расход трубопровода при прохождении дождевого паводка определяют по формуле
Qр д
д
W10%
,

86400t л
(3.18)
где W10%  объем стока дождевых паводков 10%-ной обеспеченности,
который необходимо сбросить трубопроводом, м3;
д
t л  допустимое время подтопления корнеобитаемого слоя мелиорируемых земель в летний период, сут (см. табл. 1.3).
Диаметр трубопровода рассчитывается на оба расхода. Из полученных двух значений принимается больший диаметр с округлением в
большую сторону до стандартного.
Определение параметров водоема-копани. Водоем-копань располагают в самой низкой западине. Задаются параметрами водоемаконапи: длиной L , шириной по верху B , коэффициентом заложения
откосов m (см. табл. 3.1) и глубиной H (рис. 3.2). Уровень воды H о
от бровки водоема принимают из условий бесподпорной работы впадающих в него коллекторов и других водотоков. Если невозможно
выполнить это требование, минимальная величина H о должна быть
на торфяных почвах 0,8 – 1,0, а на минеральных 0,7 – 0,9 м. Эти глубины позволят исключить подтопление прилегающих к водоему сельскохозяйственных угодий. Расчетная схема приводится на рис.5.
Рис. 5. Схема к расчету водоема-копани.
Объем стока, который можно зааккумулировать в водоеме-копани
при принятых параметрах, определяется по формуле


Wр   LBH  ( L  B)mH 2  2m2 H 3   LBHо  ( L  B)mHо2  2m2 Hо3 .(3.19)
Параметры, входящие в формулу (3.19), показаны на рис. 5.
Затем гидрологическими расчетами устанавливают объемы стока
весеннего и летнего паводков (см. раздел 5). Если объем стока меньше
объема, который может вместить водоем, его устраивают без сброса
воды, т.е. весь сток аккумулируется в водоеме. При объеме стока, пре-
вышающем вместимость водоема в заданнных параметрах, предусматривают сброс части стока или изменяют параметры водоема, чтобы
вместить весь сток.
Объем сбрасываемых вод определяют по формуле
Wсб  Wв10%  Wр ,
(3.20)
где Wсб  объем сбрасываемой воды в весенний паводок, м 3;
Wв10%  объем стока, поступающий в водоем, м3;
Wр  объем стока, который может зааккумулировать водоем, м3.
При этом следует отметить, что весь объем стока летнего паводка
идет на сброс, так как расчетный уровень воды в водоеме формируется
в весенний паводок.
3.5. Осушение земель с развитым рельефом
К землям с развитым рельефом относятся участки с чередованием
отдельных западин и понижений. Поэтому на таких землях необходимо проделать следующее: 1) отвести поверхностные воды в нормативные сроки; 2) понизить уровень почвенно-грунтовых вод на участках
избыточного увлажнения до нормы осушения. Для таких целей применяют агромелиоративные мероприятия, а также устройство осушительной закрытой сети.
Для отвода поверхностных вод из западин и предварительного их
осушения предусматривается устройство временной сети, которая
соединяется тальвегами или открытой проводящей сетью. Временная
сеть увязывается с будущими элементами постоянной осушительной
сети. Каналы временной осушительной сети необходимо прокладывать
во всех западинах, сложенные глеевыми и глееватыми грунтами. В
западинах площадью до 1 га и глубиной 0,6 – 0,8 м временная сеть
устраивается в виде одного канала, проложенного посередине западины. Предварительную сеть устраивают в раннеосенний период, чтобы
после схода снега можно было с ее помощью удалить воду, а затем
устраивать постоянную сеть в ранние сроки следующего года.
Если временная сеть устраивается летом, то постоянную закрытую
можно строить не раньше, чем через 1,5 – 2,0 месяца. В течение этого
времени удаляются гравитационные воды из верхнего слоя грунта и
уменьшаются градиенты напора и, следовательно, снижается скорость
фильтрации.
Постоянная осушительная сеть. Осушение западин с минеральным дном, седловин, лощин, тальвегов, а также плоских участков с
признаками переувлажнения и высоким положением уровня почвенногрунтовых вод предусматривается, как правило, дренажем (систематическим или выборочным). Необходимо, чтобы коллекторы или дрены пересекали все западины глубиной 0,15 м и более. Расстояния между дренами или собирателями определяются в соответствии с РПИ,
или справочниками [6,9]. В целях увеличения интенсивности удаления
воды расчетное расстояние между дренами уменьшается в 1,5 – 2,0
раза в западинах и под дном ложбинных западин. Закрытая сеть сгущается также в местах резкого перехода уклонов поверхности от
больших к меньшим, рядом со староречьями и засыпаемыми каналами,
у дорог без кюветов, а также в местах выклинивания грунтовых вод.
При засыпке староречий и старых каналов на их дно укладывают фашинные дрены, которые выводят в открытую траншейную засыпку
закрытой проводящей сети. Для защиты закрытой сети от заиленния
применяют сплошную обертку труб стеклохолстом или объемный
фильтр из соломы, льняной костры, ГПС, опилок и других материалов.
Осушение западин, сложенных разжиженными минеральными грунтами, проводят в два этапа. На первом этапе устраивают открытую сеть,
а через 3 – 5 лет ее заменяют на закрытую.
Ликвидация (раскрытие) западин и понижений. Западины глубиной до 0,15 м и площадью до 0,03 га засыпают в процессе выполнения планировки мелиорируемых земель длиннобазовыми планировщиками. При большей площади предусматривается их засыпка местным грунтом или привозным в процессе бульдозерной планировки или
отвод воды из западин дренажем с фильтрующей засыпкой траншей.
Западины глубиной 0,15 – 0,50 м и при площади до 0,03 га засыпают
местным грунтом в процессе выполнения площадной бульдозерной
планировки мелиорируемых земель. Если площадь западин больше
0,03 га, воду из западин удаляют с помощью колодцев-поглотителей
или ложбин стока.
Глубокие сильно обводненные болотные и минеральные заболоченные замкнутые понижения, покрытые древесно-кустарниковой растительностью, рекомендуется оставлять в естественном состоянии в
качестве водоохранных и природоохранных объектов. При наличии в
понижениях торфа предусматривается его выработка с использованием для удобрения сельскохозяйственных угодий.
4. АГРОМЕЛИОРАТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ
4.1. Эффективность агромелиоративных мероприятий
Эффективность возделывания сельскохозяйственных культур зависит не только от применяемых инженерных приемов осушения земель,
но и от обработки почв, которая должна иметь агромелиоративную
направленность. Комплекс агромелиоративных мероприятий является
составной частью системы осушения и должен применяться на землях,
осушаемых как открытой осушительной сетью, так и закрытой. Агромелиоративные мероприятия вместе с инженерной сетью должны
обеспечивать своевременный отвод избыточной воды с осушаемой
территории и в то же время обеспечивать накопление влаги в подпахотных слоях для использования ее сельскохозяйственными культурами в засушливое время. Поэтому по своему действию на водный
режим агромелиоративные мероприятия подразделяют на три группы.
В первую включают приемы, которые обеспечивают быстрый отвод избыточной воды по поверхности и частичной по пахотному слою.
К ним относят узкозагонную вспашку и профилирование поверхности
поля, выборочное бороздование, планировку. Мероприятия этой группы ускоряют просыхание пахотного слоя в ранневесенний период и
сокращают период переувлажнеия слоя после обильных дождей,
предохраняя сельскохозяйственные культуры от вымокания.
Вторая группа состоит из приемов, ускоряющих внутрипочвенный
сток избыточной воды по пахотному слою. Это гребневая и грядовая
вспашки, создающие рифленую поверхность почвы.
Третья группа – это приемы, способствующие отводу избыточной
воды по подпахотному слою. Это кротование, безотвальное рыхление
подпахотного слоя и глубокая вспашка. Увеличивая влагоемкость почвенного профиля, они способствуют созданию дополнительных запасов продуктивной влаги в подпахотном слое. Такие приемы обработки
наиболее активно регулируют водно-воздушный, тепловой и пищевой
режимы.
Агромелиоративные мероприятия являются дешевым способом
упорядочения водного режима осушаемых почв. Например, глубокое
рыхление уменьшает объемную массу подпахотных слоев почвы на 10
%. В то же время в пахотном слое она остается практически неизменной. Разуплотнение почвы увеличивает ее фильтрационные свойства и
объем дренажного стока. После проведения рыхления коэффициент
фильтрации пахотного слоя возрастает в 2 – 4 раза. Глубокое рыхление
повышает урожай зерновых на 17 – 25 %, а трав на 9 – 15 ц/га. Значительный эффект дает также применение кротования. Уровень грунтовых вод на кротованных участках до глубины 50 см понижается на 8
сут раньше, чем на некротованных. Это в свою очередь позволяет
раньше провести полевые работы.
4.2. Характеристика агромелиоративных мероприятий
Узкозагонную вспашку применяют на сравнительно ровных полях с выраженным общим уклоном. Ширина загонов при узкозагонной
вспашке при уклоне поверхнсти менее 0,002 должна быть 12 – 15 м, а
при больших 15 – 20 м (рис. 6). Вспашку проводят вдоль склона обычными тракторными плугами, предварительно наметив расположение
будущих свалов и развалов. При последующих вспашках свалы и разъемные борозды хорошо заметны, поэтому повторно их не разбивают и
не провешивают.
Рис. 6. Агромелиоративные меропрпятия:
а – узкозагонная вспашка; б – гребневание; в – кротование; 1 – гумусовый (пахотный)
слой; « – подпахотный слой; 3 – борозда; 4 – кротовина; 5 – материальная дрена.
Профилирование поверхности поля применяют на безуклонных
землях и достигают путем повторного проведения узкозагонной
вспашки загонами этой же ширины при неизменном положении свалов
и развалов. Профилирование загонов проводят, как правило, постепенно, т.е. каждую последующую вспашку выполняют при очередных
сроках обработки (весной, осенью, следующей весной). Чтобы избежать чрезмерного сволакивания гумуса от краев загона к его центру,
нельзя вспахивать по одному и тому же следу более трех раз. Профилируют поверхность поля при мощности гумусового слоя не менее 20
см. В целях образования выпуклой поверхности необходимо, чтобы на
первых двух проходах плуга передний его корпус был поставлен на 5 –
7 см глубже других. При последующих проходах все корпуса устанавливают на одну глубину вспашки. При двух последних проходах плуга
на загоне передний корпус следует поднять до отказа вверх, а задний
углубить на 5 – 7 см ниже средней глубины вспашки. Поверхность
профилируют под яровые зерновые культуры, многолетние травы и
особенно при освоении земель под луга и пастбища.
Выборочное бороздование применяют на полях с неровным рельефом, имеющих замкнутые бессточные понижения. Борозды глубиной
25 – 30 см, впадающие непосредственно в открытые каналы, прокладывают бороздоделами КРН – 0,35; Б – 8 ; БН – 300; БН – 500 . При
отсутствии бороздодела выборочное бороздование можно проводить
навесным однокорпусным плугом или окучником. Если западины неглубокие, выборочные борозды можно проводить также конным
окучником или плугом. Борозды проводят после вспашки (при подъеме зяби) или сразу же после посева озимых или яровых культур. Выборочные борозды, начиная от открытого канала, в направлении вверх
по уклону.
Гребневание. На безуклонных полях с тяжелосуглинистыми слабоводопроницаемыми почвами, где для зерновых культур и многолетних трав применяют профилирование поверхности, для пропашных
культур рекомендуется более эффективный прием регулирования водного режима пахотного слоя – гребневание поверхности поля, т.е. создание рифленой поверхности. При этом образуется частая сеть межгребневых борозд с расстоянием между ними 0,7 м (рис. 6 б). Межгребневые борозды углубляют при каждой очередной междурядной
обработке пропашных культур; после завершения последней обработки нарезают поперечные водоотводные борозды и расчищают их пересечения с межгребневыми бороздами, а также места впадения водоот-
водных борозд в каналы. Нарезку гребней проводят культиваторамиокучниками КОН – 2,8 ПМ; КРН – 3,6; КРН – 4,2 Г. Гребневую вспашку проводят осенью при зяблевой обработке почвы, но чаще гребни
нарезают весной при предпосевной обработке. Исследования показали,
что осеннее гребневание значительно ускоряет оттаивание и поспевание почвы весной, а весеннее – улучшает водно-воздушный и тепловой режимы пахотного слоя.
Кротование. Оно рекомендуется для улучшения водно-воздушного
режима глинистых, средних и тяжелосуглинистых почв. Этот прием
применяют в случаях, когда невозможно провести глубокое рыхление
почв из-за их повышенной влажности. Срок службы кротовин от 1 – 2
до 3 – 4 лет. Кротование заключается в нарезке частой сети кротовин,
проходящих параллельно друг другу через 1 – 2 м на глубине 30 – 40
см (рис. 6 в) поперек расположения материальной закрытой сети. Такая сеть кротовин обеспечивает быстрый отток избыточной воды по
подпахотному слою и способствует аккумуляции влаги в этом слое.
Кротование подпахотного слоя можно проводить двумя способами:
совместно со вспашкой и раздельно.
Для нарезки кротовин совместно со вспашкой используют кротователь КРОТ – 9Б, имеющий вертикальный нож (длиной 25 см), а на
нижнем конце которого приварен цилиндрический дренер диаметром 7
см. Этот кротователь, укрепленный на втором корпусе плуга ПН – 4 –
35 или П – 5 – 35, при вспашке разрезает подпахотный слой и образует
кротовину на глубине 15 – 17 см ниже плужной подошвы. Кротование
совместно со вспашкой рекомендуется проводить кротовым приспособлением на участках, осушенных закрытой сетью (керамической,
пластмассовой и др.).
Кротование подпахотного слоя отдельно от вспашки проводят
навесным трехрядным кротователем КР – 3 , который навешивают на
трактор класса 3 тс. Кротование ведут в направлении, совпадающем с
направлением обработки поля. Для обеспечения прямолинейности
кротовин первый проход агрегата желательно обозначить вехами. Выглубляют и заглубляют кротователь на концах полдя. Кротование этим
способом можно проводить на участках, осушенных открытой или
закрытой сетью. Во втором случае его проводят таким образом, чтобы
кротовины начинались от канала. Для этого агрегат задним ходом подают к открытому каналу и опускают рабочий орган непосредственно
в канал.
Глубокое рыхление подпахотного слоя. Это активный прием
усиления внутрипочвенного стока и накопления полезной влаги в подпахотном слое. Является самым распространенным агромелиоративным приемом. Глубокое рыхление следует выполнять на дренированных тяжелых минеральных почвах атмосферного водного питания с
коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут. Глубокое рыхление эффективно также при наличии уплотненных слабопроницаемых прослоек на глубинах 0,2 – 0,6 м и с коэффициентом фильтрации подпахотного слоя 0,1 – 0,3 м/сут. Проводят глубокое рыхление на глубину
0,6 – 0,8 м. На участках с уклоном поверхности земли до 0,003 предусматривают сплошное рыхление, а при больших уклонах выполняют
рыхление с расстоянием между полосами 1,2 – 1,5 м. Рыхление выполняют под прямым (но не менее 750) углом к дренам. Глубина рыхления
должна быть на 0,2 – 0,3 м меньше глубины дрен. Делают эту операцию летом после прекращения дренажного стока или ранней осенью
при влажности почв 60 – 80% от наименьшей влагоемкости. При
меньшей влажности качество рыхления уменьшается. Коэффициент
фильтрации в зоне рыхления после его выполнения увеличивается в
100 раз и более. Однако уже на второй год коэффициент фильтрации
уменьшается в 10 раз. Для повышения плодородия почв и сохранения
ее улучшенных водно-физических свойств одновременно с глубоким
рыхлением применяют химическую и биологическую мелиорации:
внесение больших доз извести, химмелиорантов, органических и минеральных удобрений. На рыхленных почвах выращивают сельскохозяйственные культуры с интенсивно развивающейся корневой системой.
Глубокое рыхление проводят одновременно со вспашкой или раздельно от нее как самостоятельный прием. В первом случае на обычный тракторный плуг монтируют лапы почвоуглубителей, которые
проходят на 12 – 15 см ниже плужной подошвы и рыхлят подпахотный
слой. Глубокое рыхление как самостоятельный прием проводят рыхлителями ТР – 3; РК – 1,2; Р – 6; навесным рыхлителем РН – 40. Срок
действия рыхления на глинистых и тяжелосуглинистых почвах 2 – 3
года, после чего должно выполняться эксплуатационное глубокое
рыхление. Соблюдая это требование, расстояние между дренами можно увеличить на 30 – 50%.
Для упорядочения стока воды применяют также планировку поверхности мелиорированных земель. Она подразделяется на строительную, послеосадочную и эксплуатационную. Строительная и по-
слеосадочная планировка проводится в период строительства мелиоративной системы, а эксплуатационная – в процессе сельскохозяйственного использования мелиорируемых земель. Во время строительной
планировки выполняют следующие операции: снятие с участков и
буртование растительного слоя почвы, подвергаемой этой операции,
проводят засыпку старых ликвидируемых каналов, карьеров, ям, староречий, сети предварительного осушения; срезку крутых переходов
от старопахотных земель к нераспаханным; засыпку мелких понижений, а также частичную засыпку глубоких понижений, их раскрытие и
уполаживание; разравнивание кавальевров, неиспользуемых насыпей и
буртов грунта; бульдозерная планировка участков, на которых поведено корчевание древесно-кустарниковой растительности. После проведения планировочных работ растительная почва равномерно разравнивается на участках, которые были подвержены мелиоративному воздействию.
Объем засыпки ( Wз в м3) западин сферической формы определяют
по формуле
Wз  0,65Fз hmax ,
(4.1)
а западин с плоским дном по формуле
Wз  0,5( Fз  Fд )hmax ,
(4.2)
где Fз – площадь засыпки на проектной отметке, м2;
Fд – площадь западины по дну, м2;
hmax – максимальная толщина слоя засыпки, м. Она определяется
по формуле
hmax  H з  H д ,
где H з – проектная отметка поверхности засыпки, м;
(4.3)
H д  минимальная отметка дна западины, м.
Если в западине проводится раскорчевка древесно-кустарниковой
растительности, расчетную величину hmax увеличивают на 0,2 м. При
этом объем грунта, предназначенного для срезки, должен на 5 – 15%
превышать объем насыпи. Срезаемым и посыпаемым при планировке
участкам придают общий уклон 0,002 – 0,01 с целью обеспечения стока поверхностной воды.
Длиннобазовыми планировщиками проводят засыпку понижений
глубиной до 0,15 м и площадью до 0,03 га, ликвидируют микропонижения, появившиеся в результате обработки почвы, а также строительную отделку поверхности мелиорируемых земель. Количество
проходов планировщика в зависимости от наличия понижений на 100
га планируемой площади, коэффициента фильтрации грунта и мощности гумусового слоя составляет 2 – 5 (строительная) и 2 на послеосадочной. Планировочные работы длиннобазовым планировщиком выполняются после вспашки участка и разделки пласта. Максимальный
слой срезаемого грунта за один проход не должен превышать 4 см.
После каждых двух проходов планировщика выполняется дополнительное рыхление почвы тяжелыми дисковыми боронами. Качественное выполнение планировочных работ обеспечивается при влажности
суглинистых и глинистых почв от 13 до 28 % к весу сухой массы почвы.
После выполнения планировочных работ определяют полученную
мощность гумусового слоя. Если мощность гумусового слоя получена
менее 0,12 м на площади более 4%, вносят органические удобрения в
количестве 10 т/га на каждый сантиметр срезанного сверх этой нормы
гумусового слоя.
Послеосадочная планировка производится через 1 – 2 года после проведения строительной планировки. В состав этой планировки входят
вспашка и разделка пласта, ликвидация просадок по трассам закрытой
сети, на засыпанных каналах, староречьях, понижениях, а также на
участках площадной строительной планировки бульдозерами и другими механизмами. После этих работ поверхность полей выравнивают
длиннобазовыми планировщиками. Поверхность территории после
планировки на должна иметь понижения глубиной более 5 см.
Регулярное применение системы агромелиоративных приемов обработки почвы осушаемых земель, а особенно глубоких обработок
пахотного слоя, способствует ускоренному окультуриванию почвы.
Увеличиваются порозность и водопроницаемость почвы, усиливаются
аэрация почвенного профиля и развитие аэробной почвенной микрофлоры, снижается общая кислотность. Следовательно, улучшаются все
условия естественного плодородия почвы. Урожай различных сельскохозяйственных культур, где применяют агромелиоративные прие-
мы обработки почвы, в целом на 10 – 30% выше, чем при обычной обработке этих полей, в любые по метеорологическим условиям годы.
5. ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
5.1. Цель гидрологического расчета
Чтобы правильно определить параметры мелиоративных каналов и
других гидротехнических устройств и сооружений, необходимо тщательно проанализировать условия формирования стока и объемы воды,
которые необходимо пропустить через сооружения. На мелиорируемых землях сток воды формируется как за пределами осушаемых объектов, так и внутри них. Особенно сложное и неравномерное распределение стока на объектах со сложным рельефом. Воды стекает в понижения, затопляя и переувлажняя почвы. Поэтому эти излишние воды необходимо отвести специальными приемами, о которых говорилось ранее.
Целью гидрологических расчетов при проектировании осушительных систем на тяжелых почвах является определение расчетных расходов, на основании которых находят параметры сооружения. При
этом сначала устанавливают общие характеристики стока, присущие
водосбору, в котором находится мелиорируемый объект, а затем переходят к определению стока для конкретного устройства или водотока,
которые находятся внутри объекта.
5.2. Расчет максимальных расходов, слоев и объема стока
весеннего половодья
Расчет максимальных расходов, слоев и объемов стока весеннего
половодья выполняется в соответствии с «Инструкцией по определению расчетных гидрологических характеристик при проектированию
противоэрозионных мероприятий на Европейской части территории
СССР» (ВСН 04 – 77). Основные расчетные положения из этой инструкции приводятся ниже.
Максимальный расход весеннего половодья рассчитывают по формуле
Qр  Aвп *hр *12 F ,
(5.1)
Qр  максимальный расход весеннего половодья расчетной обеспеченности P , м3/с;
Aвп* – максимальный модуль весеннего стока (при 1 и 2 равныгде
ми единице), выраженный в долях суточного слоя стока;
hр* – максимальный суточный слой стока расчетной обеспеченности P , мм;
1  коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода вследствие заболоченности водосбора;
2  коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода вследствие залесенности водосбора;
F  площадь водосбора, км2.
Aвп* определяется по приложению 1 в зависимости от величины гидроморфометрической характеристики водотока Ф р и вреЗначение
мени склонового добегания  ск .
Тогда максимальный слой стока (в мм) обеспеченностью
находят по формуле
hp*%  hк* k% ,
P%
(5.2)
hк*  максимальный суточный слой стока обеспеченностью
P  1% (приложение 2);
k  коэффициент, учитывающий влияние видов вспашки и сель-
где
скохозяйственного использования земель.
Значение 1 устанавливают по зависимости
1 
1
,
1  0,4 f б
где f б  заболоченность водосбора, %.
Величину
2 определяют по выражению
(5.3)
2 
1
,
1  0,005 f л
(5.4)
где f л  залесенность водосбора, %.
Для вспашки поперек склона k  0,8 ; вдоль склона, многолетней
залежи 1,2; для выпасов, целины 1,3. Этот коэффициент вводится при
площади водосбора F  0,05 км2. При F  0,05 км2 величина
k  1,0 .
%  переходный коэффициент от максимального суточного слоя
стока воды обеспеченностью P  1% к максимальным суточным
слоям стока других обеспеченностей (табл. 5.1)
Таблица 5.1. Значения переходного коэффициента
Обеспеченность, %
Переходный коэффициент
 p%
 p%
1
3
5
10
25
1,0
0,80
0,75
0,65
0,50
Гидроморфометрическую характеристику русла водотока определяют по формуле
Фp 
где
mI
1/ 3
p
1000 L
,
F 1/ 4 (h p*% ) 1/ 4
(5.4)
L  длина основного водотока, км;
m  коэффициент, зависящий от шероховатости русла (обычно
принимают равным 9);
I  средневзвешенный уклон водотока, o oo ;
F  площадь водосбора, км2.
Время склонового добегания  ск устанавливается по табл. 5.2 в зависимости от гидроморфометрической характеристики склона Ф ск .
Таблица 5.2. Время склонового добегания
 ск
в зависимости от гидро-
морфометрической характеристики склона
Фск
Фск
 ск , мин
Фск 
2
4
6
8
10
12
13
40
80
120
164
205
260
280
1000l
,
m I (h p* % ) 1/ 2
(5.5)
1/ 4
1 ск
l  средняя длина безрусловых склонов водосбора, км;
m1  коэффициент, характеризующий шероховатость склонов: для
многолетней залежи, целины m1  0,4; для вспашки вдоль склонов m1  0,3; для вспашки поперек склонов m1  0,2;
I ск  средний уклон склонов водосбора, o oo .
где
Слой стока весеннего половодья (в мм) расчетной обеспеченностью
P% устанавливают по формуле
h p %  (Chк  b) k ,
(5.6)
где hк  слой стока весеннего половодья обеспеченностью P  1% ,
мм (см. приложение 3);
k  коэффициент, учитывающий влияние видов распашки при водосборах F  0,05 км2;
C и b  коэффициенты перехода от слоя стока P  1% к слою
стока других обеспеченностей (табл. 5.3).
Таблица 5.3. Значения коэффициентов
C
и
b
Обеспеченность,
%
1
3
5
10
25
Коэффициет C
Коэффициент
1,0
0,85
0,81
0,69
0,62
0
0
7
10
23
b
Объем стока весеннего половодья (в м3) находят по формуле
Wp %  1000h p % F ,
(5.7)
где
мм;
h p%  слой стока весеннего половодья обеспеченностью P% ,
F  площадь водосбора, км2.
5.3. Расчет максимальных, средних расходов и объема стока
дождевых паводков
Расчет максимальных и средних расходов и объемов стока дождевых паводков выполняется в соответствии с СНиП 2.01.14 – 83 «Определение расчетных гидрологических характеристик» (при площади
водосбора более 0,05 км2.
Максимальный расход дождевого паводка определяют по формуле
1
1
Qp%  q1%
H1%
p % F ,
где
(5.8)
Qp%  максимальный расход дождевого паводка, м3/с;
1
q1%
 максимальный модуль стока обеспеченностью P  1%
1
выраженный в долях от произведения H при   1,0 . Определяет-
ся по приложению 4 в зависимости от гидроморфометрической характеристики русла Ф р , продолжительности склонового добегания  cr и
географического района. Продолжительность склонового добегания
 ск (в минутах) определяется по табл. 5.4 в зависимости от географического района и значения гидроморфометрической характеристики
склона Ф ск , рассчитываемой по формуле (5.10);
  коэффициент стока;
1
H1%
 максимальный суточный слой осадков обеспеченностью
P  1% (мм), определяемый по ближайшей метеостанции или по при-
ложению 5;
 p%  переходный коэффициент от максимальных расходов P  1%
к максимальным расходам других обеспеченностей (табл. 5.5);
F  площадь водосбора, км2.
 ск
Таблица 5.4. Продолжительность склонового добегания
в зависимости от гид-
роморфометрической характеристики склонов Ф ск
№
районов
7
3
Значения  ск в зависимости от
0,5
2,3
2,7
1,0
5,0
5,3
1,5 2,0
3,0
8,0 11,0 19,0
8,5 12,0 22,0
4,0
28,0
34,0
5,0
39,0
47,0
Таблица 5.5. Переходные коэффициенты
 p%
Фск , равных
7,0
67,0
80,0
9,0
105,0
120,0
10,0
130,0
150,0
12,0
180,0
200,0
от максимальных расходов
P  1% к максимальным расходам других обеспеченностей
№
районов
Площадь
водосбора
F, км2
2
 0,1
5
6
Переходные коэффициенты

p% при обеспеченности
P% , равной
1
1,0
1,0
1,0
1,0
< 0,1
>0
>0
2
0,85
0,76
0,83
0,70
3
0,77
0,69
0,74
0,58
5
0,67
0,60
0,62
0,42
10
0,55
0,50
0,46
0,30
25
0,36
0,32
0,28
0,14
Гидроморфометрическую характеристику русла водотока определяют по формуле
Фр 
где
nр I
1/ 4
р
1000 L
,
'
F 1/ 4 (H1%
) 1/ 4
(5.9)
L  длина водотока, км;
nр  гидравлический параметр русла, определяется по табл. 5.6;
I р  средневзвешенный уклон русла водотока, o oo ;
Район 2 расположен западнее и севернее линии Хойники – Глуск –
Минск – оз.Нарочь – Глубокое – Лепель – Лиозно; и севернее линии
Малорита – Пинск – р. Припять. Район 5 расположен восточнее линии
Хойники – Глуск – Минск – оз. Нарочь – Глубокое – Лепель – Лиозно.
Район 6 расположен южнее линии Малорита – Пинск – р. Припять.
Таблица 5.6. Значения параметров
Характеристика русла и поймы
Чистые русла постоянных равнинных рек
Извилистые, частично заросшие
nр
м/мин
11
9
Гидроморфометрическая характеристика склонов Ф ск рассчитывается по формуле
(1000l ) 1/ 2
Фск 
где
1/ 4
'
m1 I ск
(H1%
) 1/ 2
,
(5.10)
l  средняя длина безрусловых склонов водосбора, км;
I ск  средний уклон склонов водосбора, o oo ;
m1  коэффициент, характеризующий шероховатость склона: для
многолетней залежи, выпасов, целины m1  0,4 ; при вспашке вдоль
склонов m1  0,3 ; поперёк склонов m1  0,2 ;
Коэффициент стока  определяют по формуле

где
1,2 0
I ск n5
) ,
0 , 07 (
50
( F  1)
(5.11)
 0 и n5  коэффициенты, принимаемые по табл. 5.7
Таблица 5.7. Значения коэффициентов
 0 и n5
Механический состав почвы
Параметры
0
n5
Глинистый и
тяжелосуглинистый
Среднесуглинистый
и суглинистый
Супесчаный и песчаный
0,56
0,38
0,30
0,50
0,65
0,80
Средний расход дождевого паводка
Q pc % определяется по формуле
'
(5.). При этом значение модуля стока q1% принимается по табл. 5.8. в
зависимости от использования и продолжительности затопления мелиорируемых земель в вегетационный период.
Таблица 5.8. Значение модуля стока
'
q1%
Сельскохозяйственное использование
Допустимая продолжительность затопления, сут
Полевой севооборот
Овощной и кормовой севообороты
Пастбище, сенокос
0,5
0,8
1,0 – 1,5
'
,
q1%
в долях
единицы
0,021
0,014
0,012
Объем стока дождевого паводка (в м3 ) определяют по формуле
W  86400tQpc % ,
(5.12)
где t  допустимая продолжительность затопления земель в вегетационный период, сут;
Qpc%  средний расход дождевых паводков, м3/с.
Если площадь водосбора меньше 0,05 км 2 и находится за пределами населенных пунктов, вдали дорог 1 – Ш категорий, средние расходы, слои и объемы стока дождевых паводков рассчитывают по максимальному суточному слою осадков 10%-ной обеспеченности и коэффициенту стока осадков.
Слой стока дождевого паводка h10% устанавливают по формуле
h10%  H10%  ,
(5.13)
где H10%  максимальный суточный слой осадков 10%-ной обеспеченности, мм; определяется по табл. 5.9;
  коэффициент стока дождевых паводков (табл. 5.10).
Т а б л и ц а 5.9. Максимальный суточный слой осадков 10%-ной обеспеченности
для некоторых районов Республики Беларусь
№
пп
Метеопункт
1
2
3
4
5
6
Березино
Бобруйск
Борисов
Верхнедвинск
Вилейка
Витебск
H10% ,
мм
58
61
50
55
56
59
№
пп
14
15
16
17
18
19
Метеопункт
Лида
Минск
Могилев
Нарочь
Новогрудок
Орша
H10% ,
мм
66
49
49
56
54
58
7
8
9
10
11
12
13
Волковыск
Воложин
Горки
Гродно
Ивацевичи
Костюковичи
Лепель
62
56
58
66
56
56
56
20
21
22
23
24
25
Полоцк
Сенно
Славгород
Слуцк
Толочин
Шарковщина
Таблица 5.10. Коэффициенты стока дождевых паводков
51
51
54
53
63
58

Почво-грунты склонов
Средний уклон
склонов, %
 15
20
30
40
50
60
70
Супесчаные и
песчаные
0,14
0,17
0,24
0,30
0,36
0,42
0,47
Среднесуглинистые и суглинистые
0,21
0,25
0,33
0,39
0,46
0,51
0,57
Глинистые и тяжелосуглинистые
0,37
0,42
0,52
0,60
0,67
0,73
0,79
Литература
Б р у с и л о в с к и й Ш. И. Мелиорация минеральных почв
тяжелого механического состава. Мн.: Ураджай, 1981.
2. Б р у с и л о в с к и й Ш.И. Организация поверхностного стока
на минеральных землях. Мн.: Ураджай, 1985.
3. Г о л ч е н к о М. Г., М и х а й л о в Г. И., Р а в о в о й П. У.
Мелиорация и эксплуатация гидромелиоративных систем. Мн.:
Вышэйшая школа, 1986.
4. З е м л я Беларуси. 1997. / И.М. Багдевич, П.А. Воронков, И.И.
Бубен и др. Мн., 1997.
5. К о н ц е п ц и я (Основные направления) развития мелиорации
земель и их использования в Республике Беларусь. Мн., 1994.
6. М е л и о р а ц и я. Энцикл. справочник / Под общ. ред.
А.И.Мурашко. Мн.: Белорус. Сов. Энцикл., 1984.
7. М е л и о р а ц и я земель и регулирование водного режима
почв. /В.И. Белковский, П.Дворжак и др. Мн.:, 1981.
8. М и х а й л о в Г. И., Р е д ь к о Е. В., Ч и к а н о в с к и й С. Я.
Почвенно-мелиоративная и рельефная оценка западинных
ландшафтов //Сельскохозяйственные мелиорации и водоснабжение. Горки, 1991. С. 8 –0 11 (Сб. науч. тр/ БСХА).
9. Р П И 8 2. Ч. П. Осушительные и осушительноувлажнительные системы. Кн. 1. Осушительные системы самотечные. Мн. 1985.
10. Р у д о й А. У.. Г о н ч а р о в а Л. А. Влияние мероприятий по
организации поверхностного стока на водоотводящее действие
дренажа, заложенного в замкнутых западинах //Научнотехническая информация по мелиорации и водногму хозяйству:
вып. 2., 1990. С. 7 – 11.
11. Р у д о й А. У., М а к а е д В. М. Оценка работы дренажа в
дерново-подзолистых почвах тяжелого механического состава.
В кн.: Мелиорация переувлажненных земель //Труды БелНИИ1.
МиЛ. Т. XLV. Мн., 1998.
12. Р у д о й А. У., М а к а е д В. М. Эффективность мелиоративных систем и пути их совершенствования в тяжелых почвах
разной степени заболоченности. В кн.: Мелиорция переувлажненных земель // Труды БелНИИМиЛ. Т. XLII. М., 1995.
13. Т и п о в о й а л ь б о м. Сооружения для отвода поверхностных
вод на осушительных системах. ТПР 820 – 1 – 081 . 86.
14. Э в о л ю ц и я почв мелиорируемых территорий Белоруссии.
/С.М. Зайко, Л.Ф. Вашкевич и др.; Под ред. С.М. Зайко, В. С.
Аношко. Мн.: Университетское, 1990.
П р и л о ж е н и е 1. Максимальный модуль весеннего стока
Aвп*
Время
скло
нового
добегания,
мин
10
30
60
90
120
150
180
200
Максимальный модуль весеннего стока, выраженный в долях от суточного
слоя стока
Aвп*  q р / hр , при Ф , равном
0
1
5
10
30
50
70
10
0
15
0
20
0
30
0
40
0
50
0
0,0
50
0,0
50
0,0
48
0,0
47
0,0
45
0,0
43
0,0
42
0,0
33
0,0
48
0,0
48
0,0
46
0,0
45
0,0
43
0,0
41
0,0
40
0,0
33
0,0
44
0,0
43
0,0
42
0,0
41
0,0
39
0,0
37
0,0
36
0,0
30
0,0
40
0,0
39
0,0
38
0,0
37
0,0
35
0,0
33
0,0
32
0,0
27
0,0
38
0,0
37
0,0
36
0,0
35
0,0
33
0,0
31
0,0
29
0,0
24
0,0
36
0,0
35
0,0
34
0,0
32
0,0
30
0,0
28
0,0
27
0,0
23
0,0
33
0,0
32
0,0
31
0,0
30
0,0
28
0,0
26
0,0
25
0,0
21
0,0
30
0,0
29
0,0
28
0,0
26
0,0
25
0,0
24
0,0
22
0,0
19
0,0
25
0,0
25
0,0
25
0,0
23
0,0
22
0,0
21
0,0
20
0,0
18
0,0
22
0,0
22
0,0
22
0,0
20
0,0
19
0,0
18
0,0
18
0,0
16
0,0
18
0,0
18
0,0
17
0,0
17
0.0
16
0,0
16
0,0
15
0,0
14
0,0
16
0,0
16
0,0
15
0,0
15
0,0
14
0,0
14
0,0
13
0,0
13
0,0
15
0,0
15
0,0
14
0,0
14
0,0
14
0,0
13
0,0
13
0,0
13
Примечания: Данные, приведенные в таблице , для почв,представленных мощными черноземами, лессами и карбонатными почвами; 2. Для суглинков к значениям максимального модуля стока
сей и песков K1  0,8 .
*
Adg
следует вводить коэффициент
K1  1,3 ; 3. Для супе-
П р и л о ж е н и е 2. Максимальный суточный слой стока весеннего половодья обеспеченностью 1%,
(hк* , мм )
для некоторых районов Белару-
си
№
пп
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Район
Березино
Брагин
Брест
Бобруйск
Вилейка
Витебск
Волковыск
Ганцевичи
Горки
Гомель
Ивацевичи
Житковичи
Жлобин
Суточный
слой стока,
hк* , мм
82
30
30
46
53
57
32
37
80
30
35
30
45
№
пп
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
Суточный слой
Район
Костюковичи
Лельчицы
Лепель
Лида
Минск
Могилев
Пинск
Полоцк
Сенно
Славгород
Слуцк
Шарковщина
стока,
hк* , мм
52
30
60
45
59
75
30
54
61
53
53
50
Приложение 3. Слой стока весеннего половодья обеспеченностью 1%
№
пп
Район
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Березино
Брагин
Брест
Бобруйск
Вилейка
Витебск
Волковыск
Ганцевичи
Горки
Гомель
Ивацевичи
Житковичи
Жлобин
некоторых районов Беларуси
Суточный
№
слой стока,
Район
пп
hк , мм
275
175
150
225
263
275
175
175
300
216
175
175
250
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
Костюковичи
Лельчицы
Лепель
Лида
Минск
Могилев
Пинск
Полоцк
Сенно
Славгород
Слуцк
Шарковщина
hк
для
Суточный
слой стока,
hк
, мм
262
188
275
200
275
275
175
270
275
267
187
250
П р и л о ж е н и е 4. Максимальный модуль стока дождевого па-
водка q 1% ежегодной вероятности превышения
ный в долях от произведения
Ра
йо
н
Продолжительность
склонового
добегания,
мин
10
'
H1%
Максимальный модуль стока
P  1% , выражен-
при
q 1%
  1,0
при
Ф р , равных
0
1
5
10
30
50
70
10
0
15
0
20
0
30
0
0,5
30
0,5
10
0,4
10
0,3
10
0,1
20
0,0
72
0,0
50
0,0
31
0,0
19
0,0
13
30
0.3
50
0,3
30
0.2
60
0,2
10
0,1
00
0,0
64
0,0
45
0,0
30
0,0
18
0,0
13
60
0,1
90
0.1
80
0,1
60
0,1
40
0,0
82
0,0
54
0,0
40
0,0
28
0,0
18
0,0
13
100
0,1
20
0,1
20
0,1
10
0,1
10
0,0
70
0,0
48
0,0
36
0,0
26
0,0
17
0,0
12
150
0,0
88
0,0
86
0,0
80
0,0
75
0,0
55
0,0
04
0,0
31
0,0
23
0,0
16
0,0
12
200
0,0
70
0,0
68
0,0
65
0,0
60
0,0
50
0,0
34
0,0
28
0,0
21
0,0
15
0,0
11
0,0
08
3
0,0
08
3
0,0
08
3
0,0
08
1
0,0
07
9
0,0
07
6
10
0,4
50
0,4
20
0,3
20
0,2
50
0,1
00
0,0
60
0,0
43
0,0
30
0,0
18
0,0
14
30
0,2
50
0,2
40
0,2
10
0,1
70
0,0
85
0,0
54
0,0
40
0,0
28
0,0
18
0,0
13
60
0,1
60
0,1
50
0,1
40
0,1
20
0,0
70
0,0
49
0,0
36
0,0
26
0,0
17
0,0
13
100
0,1
10
0,1
00
0,0
95
0,0
85
0,0
58
0,0
47
0,0
33
0,0
24
0,0
17
0,0
13
150
0,0
75
0,0
74
0,0
70
0,0
65
0,0
45
0,0
38
0,0
30
0,0
23
0,0
16
0,0
12
7
7
3
3
0,0
08
5
0,0
08
4
0,0
08
2
0,0
08
2
0,0
08
0
200
0,0
62
0,0
60
0,0
55
0,0
53
0,0
42
0,0
32
0,0
27
0,0
21
0,0
15
П р и л о ж е н и е 5. Максимальный суточный слой осадков
печенностью
№
пп
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Район
Березино
Брагин
Брест
Бобруйск
Вилейка
Витебск
Волковыск
Ганцевичи
Горки
Гомель
Ивацевичи
Житковичи
Жлобин
P  1%
'
1% , мм
H
117
120
120
120
110
100
120
120
110
120
120
120
120
№
пп
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
0,0
12
'
H1%
0,0
07
8
обес-
за теплый период
Район
Костюковичи
Лельчицы
Лепель
Лида
Минск
Могилев
Пинск
Полоцк
Сенно
Славгород
Слуцк
Шарковщина
'
, мм
H1%
122
120
100
115
120
120
120
100
100
120
120
100
Герц Иванович Михайлов
Осушение тяжелых почв
учебное пособие
Редактор Л.Н.Петрачкова
Техн. редактор Н.К. Шапрунова
Корректор
Сдано в набор
. Подписано в печать
Формат 60х84 1/16 Бумага тип. №2. Гарнитура литературная.
Высокая печать. Усл. печ. л.
Уч.-изд. л.
Тираж экз. Заказ
ю Цена
руб.
Редакционно-издательский отдел БСХА
213410, г. Горки Могилевской обл., ул. Студенческая, 2