Гидротехнические мероприятия

К гидротехническим мероприятиям по осушению заболоченных почв относятся устройство каналов, закрытого дренажа, шлюкеров и ложбин, траншейных фильтров.

Каналы — земляные гидротехнические сооружения, которые обеспечивают удаление грунтовых и поверхностных вод за пределы осушаемой территории.

Канал состоит из следующих элементов: дна, его откосов, бровки, бермы и кавальера (рис. 26). Параметры осушительных каналов связаны с хозяйственным использованием осушенных земель. На лугах и пастбищах глубину канала делают равной 0,8-1,0 м; на полевых угодьях — 1,0-1,2 м; в садах — 1,2-1,4 м. Уклон дна канала 0,0005-0,005. Объем земляных работ при строительстве определяет уклон заложения откосов канала. Для их характеристики используют понятие «коэффициент откоса». Последний представляет ctgῳ= ac/bc.

Коэффициент откоса зависит от свойств почв и пород. Наиболее высокие значения ctgcῳ (т.е. коэффициента откоса) в ленточных слоистых глинах — 3..3.5; минимальные — в моренных глинах — 1.Л.25; в лессовидных глинах — 1,25..1,50; в супесях — 3..3,5; в песках — 3,5..4,0.

Стоимость канала в основном определяется свойствами почвогрунтов, слагающих его ложе, а также хозяйственным использованием почв. В условиях поверхностного заболачивания почв необходимо устройство частых поглощающих «воронок», обеспечивающих свободный приток поверхностных вод в канал. При грунтовом заболачивании вода поступает в канал через его дно и нижние части откосов. Если почвогрунтовая толща слоистая (например, торф до метра на песке), то в этом случае возможно активное разрушение откосов. Поэтому, как правило, необходимо крепление откосов дерном, а линии водотока по дну — плетеными фашинами или досками. Не следует во всех случаях стремиться к прямолинейным трассам. Нередко целесообразно придать каналу естественное направление понижения, тальвега или ручья. В эстетическом и экологическом отношениях такая форма канала может оказаться предпочтительнее.

Закрытый материальный дренаж. Гончарный дренаж строят из отдельных коротких керамических труб (рис. 27а), укладываемых в линию встык одна к другой. Длина одной трубы — 33 см. В сечении трубы круглые или шестигранные. Вода поступает в дренажную линию через стыки между отдельными трубами. Зазор между трубами должен быть равен 1,0-1,5 мм. Промышленность изготавливает гончарные трубы с внутренним диаметром 5; 7,5; 10; 12,5; 15; 17,5; 20 см и более. Трубы диаметром 5 и 7,5 см обычно используют для строительства дрен-осушителей. Трубы большего диаметра применяют для закрытых коллекторов различного порядка.

Длина дренажных линий обычно равна 150-200 м; им придают уклоны, равные 0,002-0,004, иногда больше, но не свыше 0,01. Гончарные дрены укладывают на глубину 0,8-1,3 м в прямоугольную траншею шириной 0,5 м с помощью фрезерных многоковшовых экскаваторов (в основном, ЭТЦ-202) или в узкие траншеи (0,3 м), а в каменистых почвогрунтах — с помощью одноковшовых экскаваторов. Стыки труб защищают от заиления мхом, стеклотканью или другими хорошо фильтрующими материалами. Дрены сопрягаются закрытым коллектором (рис. 28) или вводят в канал.

Пластмассовый дренаж изготавливают из поливинилхлоридных и полиэтиленовых непрерывных труб (рис. 27 б) длиной 200250 м, диаметром 50 и 63 см. Пластмассовый дренаж делают гофрированным, что придает трубам высокую прочность. Вода поступает в трубу через отверстия (перфорацию) диаметром 1-2 мм или через короткие продольные щели (1-1,5 см). Пластмассовая труба обладает высокой устойчивостью к биологическому, механическому и химическому воздействию.

Наиболее распространенным является бестраншейный способ укладки пластмассовых труб с помощью дреноукладчиков МД-4, МД-12. Эти машины создают дренажные щели для пластмассовых труб шириной соответственно 20 и 12см.

Защиту отверстий (перфораций) пластмассовых труб производят с помощью фильтров из стеклоткани или с помощью объемных дренажных фильтров из отходов текстильного производства, ржаной соломы, волокнистого торфа, полипропиленового волокна и др. Очевидно также, что пластмассовые трубы можно укладывать в прямоугольные дренажные траншеи, как и гончарные дрены.

Несомненным преимуществом закрытого бестраншейного пластмассового дренажа является, во-первых, высокая производительность труда при его строительстве (в 2-5 раз выше, Чем при строительстве закрытого гончарного дренажа); во-вторых, непрерывность укладки, исключающая возможность дефектов строительства, связанных со смещением отдельных звеньев гончарных труб, и полное устранение ручного труда; в-третьих, с минимальным нарушением строения почвенного профиля и выполнением всего цикла строительства без выноса на поверхность неплодородных горизонтов. Вместе с тем пластмассовый дренаж легче, чем гончарный, подвергается закупорке гидроксидом железа. Здесь актуальнее проблема обеспечения гидравлической связи между пахотным горизонтом и дренажными линиями с помощью щелевых фильтров.

Деревянный дренаж наиболее целесообразен при осушении торфяных почв, дающих существенную осадку. Применяют следующие виды деревянного дренажа: трубчатый, фашинный, жердяной. В торфяных почвах деревянный дренаж работает в течение 40-50, в минеральных — около 15-17 лет.

Трубчатый деревянный дренаж может быть изготовлен из досок толщиной 1-2 см, сколачиваемых в виде труб прямоугольного или треугольного сечения (рис. 29 а, б). Доски по длине трубы соединяются вперевязку. Вода проникает в трубы через щели между досками. Уклон такой трубы 0,001-0,05, длина дрены — 200-250 м. Деревянная труба монтируется на поверхности почвы и затем укладывается в траншею.

Трубчатый деревянный дренаж может быть изготовлен из бревен, распиленных пополам. Из каждой половины бревна фрезой удаляют середину, затем укладывают одну половину на другую и скрепляют их проволокой и гвоздями. Фашинный дренаж (рис. 29 г) изготавливают из свежесрубленного хвороста ивы, ольхи, березы толщиной 2-6 см в комлевой части. Из этого хвороста, постепенно наращивая, вяжут на месте на козлах фашины — хворостяные канаты диаметром 0,2-0,3 и длиной 100-150 м. Они укладываются по 2-3 связки в траншею и сверху защищаются дерном. Фашины не боятся осадки почвы; работают при уклоне 0,003-0,005. Действуют в минеральных почвах 12-15, в торфяных — 15-20 лет Устье фашинной дрены крепится деревянной трубой.

Жердяной дренаж выполняют из жердей (6-8 см в диаметре) обычно из хвойных пород. Жерди связывают в пучки диаметром 25-30 см; укладывают на стеллажи из горбыля (доски на дне дренажной траншеи) с уклоном 0,003-0,008. Сверху часто жерди покрывают горбылем (рис. 29 в).

Каменный дренаж (рис. 29 д, е, ж) устраивают на плотных минеральных почвогрунтах, исключающих оседание каменной дрены. Каменные дрены складывают из камня без цементного раствора. Они мало заиляются, прочны, не боятся мороза.

Закрытый земляной или кротовый дренаж. Кротовым дренажом называют гидротехническое сооружение, образованное длительно (более 3-4 лет) действующими кротовыми (земляными) дренами, служащими для удаления избыточной гравитационной влаги за пределы осушаемой территории. Кротовые дрены имеют в диаметре 6-8 см в минеральных и 10-20 см в торфяных почвах. Кротовым дренам придается необходимый уклон (0,003-0,005) для самотечного сброса гравитационной влаги в закрытую дрену (рис. 30), в закрытый или открытый коллектор.

Для устройства кротовых дрен используют рабочие органы, которые навешивают на трактор. Форма округлой кротовины придается ей кротодренером.

Кротовые дрены стабильно функционируют в структурных хорошо агрегированных почвах, например, в дерновых зернистых и дерновых зернистых оглеенных, некоторых видах агрегированных луговых оглеенных почв. В любом случае в минеральных почвах необходимо предварительно аналитически установить стабильность кротовых дрен и только после того, как будет подтверждена высокая водопрочность почвенных агрегатов, следует приступать к строительству этого вида дренажа. Метод определения устойчивости кротовых дрен по водопрочности агрегатов размером 3-5 мм см. в руководстве Ф. Р. Зайдельмана «Мелиорация заболоченных почв Нечерноземной зоны РСФСР» (М., «Колос», 1981).

Следует иметь в виду, что в почвах подзолистого типа определение стабильности кротовых дрен по водопрочности не производят, поскольку всегда независимо от гранулометрического состава в таких почвах кротовые дрены неустойчивы. Их срок действия, как правило, не превышает 1 года.

В торфяных почвах применение кротового дренажа обычно целесообразно при степени разложения торфа ниже 35-40%.

Ложбины — распластанные каналы глубиной 0,3-0,6 м с коэффициентом откосов 5...6. Ложбины служат для отвода поверхностных вод. Они применяются в условиях поверхностного заболачивания на тяжелых плохо проницаемых почвах. Ложбины часто используют для спуска избыточных вод из местных неглубоких западин. Этот прием называют «раскрытие западин». В условиях грунтового заболачивания на легких или иных хорошо водопроницаемых почвах применение ложбин для создания регулирующей сети осушителей неэффективно.

Шлюкер (от немецкого schlüken — поглощать) — поглощающий колодец (рис. 31). Предназначен для удаления избыточной влаги из замкнутых неглубоких понижений. Представляет собой полый или заполненный бутовым камнем или щебнем колодец, расположенный в наиболее низкой отметке поверхности западины. Независимой дреной шлюкер вводится в коллектор, минуя дрены- осушители. Шлюкер -важный и эффективный элемент осудительной системы на тяжелых слабоводопроницаемых почвах с мелко- западинным рельефом.

Траншейный и щелевой фильтры применяют на осушительных системах, расположенных на тяжелых слабоводопроницаемых почвах. Если обратная засыпка дренажных траншей (т.е. почвогрунт, извлеченный при строительстве траншеи на поверхность почвы и предназначенный для ее обратного заполнения) обладает глинистым составом и низкой водопроницаемостью, то траншея заполняется стабильным, хорошо фильтрующим материалом-щебнем, гравием, крупнозернистым гравенистым песком, керамзитом, шлаком, гумусированным мелкоземом. Такой материал, помещенный в траншею, получил название траншейный фильтр.

Над дреной устанавливается хорошая гидравлическая связь с поверхностным пахотным горизонтом. Избыточная влага верхнего яруса верховодки стекает по траншейному фильтру дрены и отводится за пределы осушаемой территории. Траншейный фильтр применяют при устройстве траншейного дренажа. При строительстве бестраншейного пластмассового дренажа объектом осушения могут быть, во-первых, хорошо гумусированные (например, перегнойно-глеевые, дерново-глеевые и другие) почвы или почвы на двучленных отложениях (песчаные слои мощностью до 0,5-0,7 м), подстилаемые тяжелыми глинистыми отложениями (моренными, ленточными, пермскими, покровными и другими глинами). Поскольку при строительстве пластмассовая дрена следует за ножом бестраншейного дреноукладчика, на нем можно установить маленькие лемехи, которые сбрасывают в дренажную щель гумусированный мелкозем или песок. Этот хорошо фильтрующий материал стабильно работает как щелевой фильтр.