Дренаж сельскохозяйственных земель
Дренаж сельскохозяйственных земель, способ осушения земель при помощи подземных искусственных водотоков — дрен. Дренажем называют также конструкцию или систему водотоков (например, гончарный); за рубежом (США, Великобритания) под Д. понимают любой вид осушения. Д. применяют для осушения избыточно увлажнённых земель — осушительный Д.; для борьбы с засолением земель в засушливых зонах — рассоляющий Д.; для усиления газообмена в тяжёлых глинистых почвах — аэрационный Д. (самостоятельно применяется редко).
Историческая справка. Имеются сведения о применении гончарного Д. в 2000 до н. э. (Месопотамия), Д. был известен в Древнем Риме. В Европе с.-х. Д. (Франция, Великобритания) начали применять в 17—18 вв. Первый Д. современного типа сооружён в Великобритании (графство Суффолк) в 1727, а обоснование его применения даны И. Элкингтоном в 1764. Особенно большое развитие Д. с. з. получил во 2-й половине 19 в. после изобретения (1843, Великобритания) производительной машины для изготовления гончарных труб; так в 1856 в Великобритании Д. уже было осушено 500 тыс. га. С.-х. Д. в России начали применять только во 2-й половине 19 в. (Горки в Белоруссии, Курляндская губерния, Новгородская губерния и др.). Общая площадь Д. с. з. до Октябрьской революции (без территории прибалтийских республик) составляла 2—3 тыс. га, в 1956 в СССР 0,8 млн. га, к 1971 более 3,4 млн. га. В мире Д. осушено более 20 млн. га с.-х. земель, из них в США около 10 млн. га, в Великобритании 3 млн. га (1969).
Осушительный Д. необходим на землях, где глубина залегания грунтовых вод меньше нормы осушения. В СССР применяют в основном горизонтальный систематический (равномерно распределённый на осушаемой территории) трубчатый Д. — систему труб в виде сплошных дренажных линий. Грунтовая вода поступает в стыки между трубами или отверстия в трубах под действием разности напоров, в связи с чем глубина закладки дрен должна быть больше нормы осушения. Д. более интенсивно работает в «критические периоды» усиленного питания грунтовых вод — обычно весной и осенью. На рис. 1 показана работа Д. по отводу избыточных вод весной.
Дрены при расстоянии между ними В (в м), глубине заложения b (в м) и диаметре d (в м) должны за t суток после снеготаяния отвести поступившие в почву талые воды и понизить поверхность грунтовых вод до нормы осушения а (в м); Н — запасы воды в снеговом покрове (в м3/га); Т — глубина залегания поверхности водоупора (в м); Д — дрены; Тр — траншеи; Р — давление, условно принимаемое за нуль. Обычно b принимают для минеральных почв = 1,1 м, для торфяников = 1,3—1,5 м. Расстояние между соседними дренами (в пределах 15—50 м) определяют по формуле:
где Б1 — коэффициент учёта несовершенства дрен по степени вскрытия пласта («висячесть»), a Г1 — то же по приёмной поверхности дрен (гончарных), т. е.
s — длина дренажной трубы (в м); с — ширина стыковой щели или защиты стыков (в м); H0 — средний действующий напор (в м); q — средний за период модуль дренажного стока (в м/сут), определяемый балансовыми расчётами по количеству необходимой для отвода воды и сроку её отвода (обычно 0,5 < q < 1,5 л/сек с 1 га, причём 1 л/сек с 1 га = 1/116 м/сут); к — коэффициент фильтрации (в м/сут).
Вода, поступившая в дрену, движется от истока её к устью, для чего дренажными линиям (не длиннее 150—200 м) придают уклон не менее 0,002. Из дрен вода поступает в открытые или закрытые (из труб) коллекторы (длина их не более 1000 м), а оттуда сбрасывается в магистральный канал и удаляется за пределы осушаемой территории.
Для осушения минеральных почв используют в основном гончарные дренажные трубы диаметром 4—10 см, длиной 33 см. Их укладывают на дно траншей (или на дощатый стеллаж в неустойчивых грунтах) впритык одна к другой (ширина стыка не более 1—2 мм), обкладывают фильтрующимся материалом (мох, стекловолокно, стеклоткань) и траншею засыпают землёй. Срок службы гончарного дренажа 50—80 лет. На торфяниках его можно использовать только после предварительного осушения участков открытыми каналами; здесь также применяют деревянный Д.: дощатый — из труб прямоугольного сечения, сбитых из досок с оставлением продольной щели. Перспективен пластмассовый Д.: пластмассовые трубы с продольными щелями или округлыми отверстиями укладывают в отрытую траншею или формуют вслед за дренёром — бестраншейный Д., позволяющий полностью механизировать его прокладку. На землях с плохой водопроницаемостью, чтобы ускорить отвод поверхностных вод и верховодки, применяют систему закрытых собирателей: в расположенную поперёк склона траншею глубиной 0,8—1 м укладывают гончарные трубы и засыпают землёй, взятой из верхнего пахотного слоя, или др. водопроницаемым материалом. Длина собирателей 150—200 м; расстояние между ними при дополнении кротовым Д. (комбинированный Д.) 30—60 м. Кротовый Д. — это система полостей с неукреплёнными стенками, равномерно распределённых по площади через 2—10 м одна от другой на глубине 0,6—0,8 м; срок его службы до 5 лет. Применяется в кротоустойчивых грунтах (глинистые грунты, слаборазложившиеся торфяники).
Рассоляющий Д. применяют для понижения уровня грунтовых вод, отвода промывных вод и борьбы с засолением орошаемых земель (см. Засоленные почвы и Промывка засоленных почв), расположенных в засушливых зонах. В его работе различают мелиоративный период (1—3 года), во время которого рассоляют 1—2-метровый слой и отводят засолённые грунтовые воды, и эксплуатационный, когда поддерживают достигнутые результаты. На орошаемых землях применяют горизонтальный и вертикальный рассоляющий Д. Наиболее целесообразен горизонтальный относительно глубокий (около 3 м) постоянный систематический трубчатый Д., дополняемый в мелиоративный период открытыми каналами глубиной около 1 м на расстоянии примерно 20—50 м. Дрены из гончарных, асбестоцементных или пластмассовых труб (последних 2 вида с отверстиями) укладывают в траншею, обсыпают отсортированным гравием и засыпают вынутым грунтом. Длина их желательна до 1 км, уклон дна не менее 0,001, расстояние между дренами 150—400 м. Решающее условие успешной работы горизонтального рассоляющего Д. — бесподпорная работа дренажной сети и нормальный сброс дренажных вод в водоприёмник. При необеспеченном самотёчном сбросе устраивают насосные станции.
Вертикальный систематический Д. — система вертикальных скважин, равномерно размещённых на значительной площади, из которых (отдельно из каждой) откачивают воду. Глубина скважины 30—150 м, диаметр 15—50 см и больше, высота качания 6—20 м, расход воды 25—300 л/сек; на 50—200 га размещают по одной скважине. Вертикальный Д. может успешно работать при наличии достаточно мощного водопроницаемого пласта, находящегося в гидравлической связи с осушаемым почвогрунтом. Откачиваемую воду можно использовать для орошения (распространено в Индии, США и др. странах и начинает применяться в Узбекистане, Таджикистане, Азербайджане, Киргизии и др. районах СССР).
Головные (отсечные) Д. и завесы служат для перехвата подземных вод, поступающих с возвышенностей (головной Д.) или для защиты от затопления и подтопления земель водами водохранилищ и рек (завесы, или береговой Д.). Вдоль границ защищаемой территории поперёк движения потока подземной воды прокладывают дрены большого диаметра (иногда в рост человека) или вертикальные колодцы — самоизливающиеся или с групповой откачкой (для этой цели служат и открытые каналы). О механизации дренажных работ см. Дренажные машины.
Лит.: Брудастов А. Д., Осушение минеральных и болотных почв, 4 изд., М., 1955; Аверьянов С. Ф., Горизонтальный дренаж при борьбе с засолением орошаемых земель, М., 1959; Костяков А. Н., Основы мелиораций, 6 изд., М., 1960; Дренаж сельскохозяйственных земель, пер. с англ., под ред. С. Ф. Аверьянова, М., 1964; Решеткина Н. М., Барон В. А. и Якубов Х., Вертикальный дренаж орошаемых земель, М., 1966. С. Ф. Аверьянов.
Историческая справка. Имеются сведения о применении гончарного Д. в 2000 до н. э. (Месопотамия), Д. был известен в Древнем Риме. В Европе с.-х. Д. (Франция, Великобритания) начали применять в 17—18 вв. Первый Д. современного типа сооружён в Великобритании (графство Суффолк) в 1727, а обоснование его применения даны И. Элкингтоном в 1764. Особенно большое развитие Д. с. з. получил во 2-й половине 19 в. после изобретения (1843, Великобритания) производительной машины для изготовления гончарных труб; так в 1856 в Великобритании Д. уже было осушено 500 тыс. га. С.-х. Д. в России начали применять только во 2-й половине 19 в. (Горки в Белоруссии, Курляндская губерния, Новгородская губерния и др.). Общая площадь Д. с. з. до Октябрьской революции (без территории прибалтийских республик) составляла 2—3 тыс. га, в 1956 в СССР 0,8 млн. га, к 1971 более 3,4 млн. га. В мире Д. осушено более 20 млн. га с.-х. земель, из них в США около 10 млн. га, в Великобритании 3 млн. га (1969).
Осушительный Д. необходим на землях, где глубина залегания грунтовых вод меньше нормы осушения. В СССР применяют в основном горизонтальный систематический (равномерно распределённый на осушаемой территории) трубчатый Д. — систему труб в виде сплошных дренажных линий. Грунтовая вода поступает в стыки между трубами или отверстия в трубах под действием разности напоров, в связи с чем глубина закладки дрен должна быть больше нормы осушения. Д. более интенсивно работает в «критические периоды» усиленного питания грунтовых вод — обычно весной и осенью. На рис. 1 показана работа Д. по отводу избыточных вод весной.
Дрены при расстоянии между ними В (в м), глубине заложения b (в м) и диаметре d (в м) должны за t суток после снеготаяния отвести поступившие в почву талые воды и понизить поверхность грунтовых вод до нормы осушения а (в м); Н — запасы воды в снеговом покрове (в м3/га); Т — глубина залегания поверхности водоупора (в м); Д — дрены; Тр — траншеи; Р — давление, условно принимаемое за нуль. Обычно b принимают для минеральных почв = 1,1 м, для торфяников = 1,3—1,5 м. Расстояние между соседними дренами (в пределах 15—50 м) определяют по формуле:
где Б1 — коэффициент учёта несовершенства дрен по степени вскрытия пласта («висячесть»), a Г1 — то же по приёмной поверхности дрен (гончарных), т. е.
s — длина дренажной трубы (в м); с — ширина стыковой щели или защиты стыков (в м); H0 — средний действующий напор (в м); q — средний за период модуль дренажного стока (в м/сут), определяемый балансовыми расчётами по количеству необходимой для отвода воды и сроку её отвода (обычно 0,5 < q < 1,5 л/сек с 1 га, причём 1 л/сек с 1 га = 1/116 м/сут); к — коэффициент фильтрации (в м/сут).
Вода, поступившая в дрену, движется от истока её к устью, для чего дренажными линиям (не длиннее 150—200 м) придают уклон не менее 0,002. Из дрен вода поступает в открытые или закрытые (из труб) коллекторы (длина их не более 1000 м), а оттуда сбрасывается в магистральный канал и удаляется за пределы осушаемой территории.
Для осушения минеральных почв используют в основном гончарные дренажные трубы диаметром 4—10 см, длиной 33 см. Их укладывают на дно траншей (или на дощатый стеллаж в неустойчивых грунтах) впритык одна к другой (ширина стыка не более 1—2 мм), обкладывают фильтрующимся материалом (мох, стекловолокно, стеклоткань) и траншею засыпают землёй. Срок службы гончарного дренажа 50—80 лет. На торфяниках его можно использовать только после предварительного осушения участков открытыми каналами; здесь также применяют деревянный Д.: дощатый — из труб прямоугольного сечения, сбитых из досок с оставлением продольной щели. Перспективен пластмассовый Д.: пластмассовые трубы с продольными щелями или округлыми отверстиями укладывают в отрытую траншею или формуют вслед за дренёром — бестраншейный Д., позволяющий полностью механизировать его прокладку. На землях с плохой водопроницаемостью, чтобы ускорить отвод поверхностных вод и верховодки, применяют систему закрытых собирателей: в расположенную поперёк склона траншею глубиной 0,8—1 м укладывают гончарные трубы и засыпают землёй, взятой из верхнего пахотного слоя, или др. водопроницаемым материалом. Длина собирателей 150—200 м; расстояние между ними при дополнении кротовым Д. (комбинированный Д.) 30—60 м. Кротовый Д. — это система полостей с неукреплёнными стенками, равномерно распределённых по площади через 2—10 м одна от другой на глубине 0,6—0,8 м; срок его службы до 5 лет. Применяется в кротоустойчивых грунтах (глинистые грунты, слаборазложившиеся торфяники).
Рассоляющий Д. применяют для понижения уровня грунтовых вод, отвода промывных вод и борьбы с засолением орошаемых земель (см. Засоленные почвы и Промывка засоленных почв), расположенных в засушливых зонах. В его работе различают мелиоративный период (1—3 года), во время которого рассоляют 1—2-метровый слой и отводят засолённые грунтовые воды, и эксплуатационный, когда поддерживают достигнутые результаты. На орошаемых землях применяют горизонтальный и вертикальный рассоляющий Д. Наиболее целесообразен горизонтальный относительно глубокий (около 3 м) постоянный систематический трубчатый Д., дополняемый в мелиоративный период открытыми каналами глубиной около 1 м на расстоянии примерно 20—50 м. Дрены из гончарных, асбестоцементных или пластмассовых труб (последних 2 вида с отверстиями) укладывают в траншею, обсыпают отсортированным гравием и засыпают вынутым грунтом. Длина их желательна до 1 км, уклон дна не менее 0,001, расстояние между дренами 150—400 м. Решающее условие успешной работы горизонтального рассоляющего Д. — бесподпорная работа дренажной сети и нормальный сброс дренажных вод в водоприёмник. При необеспеченном самотёчном сбросе устраивают насосные станции.
Вертикальный систематический Д. — система вертикальных скважин, равномерно размещённых на значительной площади, из которых (отдельно из каждой) откачивают воду. Глубина скважины 30—150 м, диаметр 15—50 см и больше, высота качания 6—20 м, расход воды 25—300 л/сек; на 50—200 га размещают по одной скважине. Вертикальный Д. может успешно работать при наличии достаточно мощного водопроницаемого пласта, находящегося в гидравлической связи с осушаемым почвогрунтом. Откачиваемую воду можно использовать для орошения (распространено в Индии, США и др. странах и начинает применяться в Узбекистане, Таджикистане, Азербайджане, Киргизии и др. районах СССР).
Головные (отсечные) Д. и завесы служат для перехвата подземных вод, поступающих с возвышенностей (головной Д.) или для защиты от затопления и подтопления земель водами водохранилищ и рек (завесы, или береговой Д.). Вдоль границ защищаемой территории поперёк движения потока подземной воды прокладывают дрены большого диаметра (иногда в рост человека) или вертикальные колодцы — самоизливающиеся или с групповой откачкой (для этой цели служат и открытые каналы). О механизации дренажных работ см. Дренажные машины.
Лит.: Брудастов А. Д., Осушение минеральных и болотных почв, 4 изд., М., 1955; Аверьянов С. Ф., Горизонтальный дренаж при борьбе с засолением орошаемых земель, М., 1959; Костяков А. Н., Основы мелиораций, 6 изд., М., 1960; Дренаж сельскохозяйственных земель, пер. с англ., под ред. С. Ф. Аверьянова, М., 1964; Решеткина Н. М., Барон В. А. и Якубов Х., Вертикальный дренаж орошаемых земель, М., 1966. С. Ф. Аверьянов.
