Допустимые количество и качество дренажных вод, сбрасываемых в поверхностные водотоки или водоемы.

Этот показатель мелиоративного режима позволяет контролировать характер современного антропогенного воздействия на почвообразовательный процесс на осушаемых землях и качество вод водоприемника. Поскольку в регулирующие, проводящие элементы осушительной системы, а из них в водоприемник поступают в виде довольно сложных по химическому составу растворов: грунтовые, поверхностные воды и почвенные растворы.

Изучение химического состава дренажного стока и установление допустимого количества различных химических веществ, сбрасываемых в поверхностные водотоки или водоемы, является важным для:

· решения агроэкологических задач;

· обоснования оптимальных норм удобрений на мелиорируемых почвах;

· разработки мероприятий по охране окружающей среды, оценке влияния дренажного стока на состав и качество воды водоприемников, на гидробиоту;

· проектирования мелиоративных систем.

Дренажный сток можно подразделить на две группы:

· Дренажный сток, формирующийся при грунтовом типе водного питания. Химический состав вод дренажного стока весьма разнообразен и определяется гидрохимией грунтового водосборного бассейна. В дренажных водах встречаются повышенные концентрации железа, щелочноземельных металлов, реже - сульфатов кальция и натрия. Такие воды разбавляются инфильтрационными водами и содержат компоненты, выщелачиваемые из поверхностных горизонтов почвенного профиля.

· Дренажный сток, формирующийся при атмосферном и намывном типе водного питания. Более однородный химический состав дренажных вод в этом случае обусловлен свойствами почвообразующих пород. Воды обогащены железом, сульфатами кальция и натрия. На кислых почвах преобладают пресные и ультрапресные воды, которые и формируют дренажный сток.

Количество выносимых с дренажным стоком и загрязняющих поверхностные воды химических веществ G_др возрастает по мере усиления промывного режима, минерализации поливной воды С_п и минерализации грунтовых вод С_г. В целом величина G_др определяется величиной дренажного стока g_др и его минерализацией С_др:

G_др = С_др g_др

Если отсутствует напорное и боковое питание величина g_др определяется суммой инфильтрационных потерь почвенной влаги g на полях и фильтрационных потерь Ф из оросительной сети [14]:

g_др = g + Ф

Интенсивность выноса соединений и химических элементов с дренажным стоком определяется параметрами дренажа и мероприятиями, сопутствующими дренажу. На тяжелых почвах с водопроницаемостью иллювиальных горизонтов < 0,1…0,05 м/сут при междренных расстояниях 10, 20, 40 м объем стока изменяется в отношении 3: 2: 1. Особенно резко возрастает объем стока и вынос химических веществ при кротовании тяжелых почв (в 1,5 - 2 раза). Глубокое мелиоративное рыхление, резко увеличивая адсорбционную поверхность, особенно сплошное рыхление (до 80 см) активными рыхлителями, может способствовать снижению выноса соединений и химических элементов с дренажным стоком по сравнению с кротованием.

В Нечерноземной зоне с дренажным стоком наиболее активно выносятся щелочноземельные металлы. Осушение активизирует окисление серы сульфидных минералов.

Чем больше содержится в почве карбонатов, чем выше степень насыщенности их двухвалентными катионами, тем устойчивее к выветриванию алюмо- и ферросиликаты, тем ниже содержание в воде дренажного стока кремнезема, железа, алюминия, фосфора, марганца.

С дренажным стоком также выносятся биогенные химические вещества N,P,K.

Наиболее интенсивно в дренажные воды из почвы поступает азот. Подвижный азот в почве обычно находится в виде катиона аммония NH₄⁺ и нитрата-аниона NO₃^-.Содержание нитрит-аниона NO₂^- в почве мало, он образуется в результате окисления аммония и затем быстро окисляется до нитрат-иона (нитрификация).

Аммоний образуется в результате разложения органических азотистых веществ, включая и гуминовые кислоты, жизнедеятельности микроорганизмов (аммонификация). Значительное количество аммония попадает в почву при орошении сточными водами.

Содержание нитратов в почве определяется нитрификацией аммония и денитрификацией, т.е. восстановлением нитратов до газообразных форм (NO, N₂O, N₂), а также отбором корнями растений. На баланс аммония в почвах с большой ёмкостью поглощения оказывают существенное влияние процессы обменной сорбции и десорбции.

Естественно, что перечисленные факторы, определяющие динамику азота в почве, идут на фоне заметного конвективного и диффузионного переноса растворённых аммония и нитратов.

Вынос калия, весьма заметен особенно на кислых почвах. Фосфор почти не поступает в дренажные воды, даже при внесении фосфорнокислых удобрений, поскольку ортофосфорная кислота связывается в основном с трехвалентными металлами, а особенно с алюминием.

Количественные значения того или иного показателя устанавливаются применительно к каждой конкретной мелиорируемой территории исходя из имеющегося опыта и в результате перебора ряда вариантов (оптимизации). При этом учитывается возможное неодинаковое воздействие мелиорации на почву, растения и окружающую среду в целом.

При выборе наилучшего варианта мелиоративного режима используются критерий эколого-мелиоративной и экономической эффективности.

Этот критерий позволяет учитывать: компенсационные затраты на восстановление плодородия почвы, затраты на компенсацию негативных последствий, стоимость всех видов вовлеченных ресурсов и прочие затраты.

Мелиоративный режим реализует комплексное (совместное) управление ряда факторов, причем управление прямое, а не косвенное, исходящее из влияния одного из факторов на свойства почвы, а также рост и развитие растений.

Сейчас уже могут быть названы примерные значения перечисленных показателей мелиоративных режимов применительно к различным регионам. Вместе с тем, эти показатели всякий раз должны обосновываться в случае строительства новой или реконструкции существующей мелиоративной системы с учетом конкретных природных условий, возможности реализации тех или иных технических решений, воздействия мелиоративной системы на окружающую среду и затрат на ее строительство и эксплуатацию.

В этой главе необходимо перечислить и охарактеризовать конкретные требования к управляемым факторам почвообразования, роста и развития растений для данного участка. Рекомендуемый объем пояснительной записки составляет 2…2,5 страницы.

4 Обоснование мелиоративных мероприятий и прогноз мелиоративного режима

Научно обоснованный проектный мелиоративный режим устанавливается серией прогнозных расчетов.

Обоснование принимаемых проектных решений и рецептура мелиоративных мероприятий в курсовом проекте осуществляется путем анализа результатов серии прогнозных расчетов.

4.1 Математическая модель влагопереноса и программа «ПОЛИВ»

Обычные водобалансовые расчеты (без описания процесса передвижения влаги в почве) для обоснования мелиоративного режима не пригодны, так как они не позволяют учесть взаимное влияние статей водного баланса, не позволяют оценить такой очень изменчивый показатель, как водообмен между корнеобитаемым слоем и подстилающими его грунтами и грунтовыми водами. Накопленный к настоящему времени объем научной информации, возросшие возможности ее переработки, большой набор математических моделей и возможности современной вычислительной техники позволяют реализовать на практике идею расчета мелиоративных режимов для конкретных природных условий. Такие расчеты, выполненные с использованием достоверных данных, обеспечивают научное обоснование проектных решений.

Для обоснования и прогноза мелиоративного режима в курсовом проекте используется имитационная математическая модель влагопереноса, разработанная А.И. Головановым.

Математическая модель основана на численном решении одномерного дифференциального уравнения влагопереноса, записанного в виде:

, (1)

где: t – время, сут;

H – полный напор почвенной влаги, учитывающий гравитационную и каркасно-капиллярную составляющие, при отсчете напоров от поверхности земли по оси x направленной вниз,

(2)

x - гравитационный потенциал, м;

j - каркасно-капиллярный потенциал - напор, эквивалентный каркасно-капиллярному давлению в зоне неполного насыщения и гидростатическому давлению в зоне полного насыщения, м;

C - коэффициент влагоемкости (Голованов 1975), , ( - кубический метр почвенной влаги или подземных вод),

, (3)

где: w - объемная влажность почвы, .

При изменении влажности от полного насыщения до влажности, соответствующей МГ, между влажностью w и капиллярным потенциалом j принимается следующая зависимость:

, (4)

где: n,m- эмпирические коэффициенты;

- влажность почвы соответствующая максимальной гигроскопичности, ;

m - пористость, ;

K_W - коэффициент влагопроводности, , по А.И. Голованову:

, (5)

где: K_f - коэффициент фильтрации (влагопроводность при полном насыщении), ;

- интенсивность отбора почвенной влаги корнями растений из единичного объема почвы, . Зависит от особенностей развития корневой системы, влажности почвы и энергетических возможностей приземного слоя атмосферы.

При описании передвижения влаги в почве рассматривают только вертикальные потоки, в подземных водах - чаще всего горизонтальные потоки, изменяя структуру уравнения (1).

Уравнение влагопереноса решается методом прогонки. Для решения уравнения влагопереноса (1) должны быть определены начальные условия и заданы граничные условия, регламентирующие область решения, особенности и методы решения. Например, весенние влагозапасы реализуются начальными условиями в виде исходной эпюры влажности расчетного слоя. Атмосферные осадки, поливы и испарение с поверхности почвы задаются переменными во времени граничными условиями. Осадки и поливы учитывают мгновенным приращением влагозапасов в день их выпадения. Граничные условия на нижней границе расчетной области зависят от гидрогеологической обстановки и позволяют учесть работу дренажа, пополнение грунтовых вод за счет фильтрационных потерь, напорное подпитывание, приток грунтовых вод со стороны.

Таким образом, задаваясь начальными и граничными условиями, пределами регулирования влажности, можно рассчитать и проанализировать динамику влагозапасов корнеобитаемого слоя, режим поливов по дефициту естественной увлажненности. В ходе счета оцениваются величина и направление влагообмена, колебание глубин грунтовых вод, объем дренажного стока.

Поля влажности почвы, получаемые в этих расчетах, позволяют описать изменение запасов солей с учетом минерализации поливной воды и грунтовых вод. Это осуществляется путем решения уравнения передвижения солей совместно с уравнением влагопереноса.

В результате расчетов можно оценить динамику состава поглощенных оснований и осолонцевание почвы, минерализацию дренажного стока.

Количественные характеристики показателей мелиоративного режима, полученные в результате расчетов позволяют оценивать эколого-экономическую эффективность проектируемых осушительных мероприятий их влияние на окружающую среду в конкретных условиях в конкретном году. Эта модель позволяет также определить путем подбора многолетний оптимальный вариант регулирования водного режима.

4.2 Порядок и результаты расчета

В курсовом проекте расчеты проводятся для наиболее требовательных к водному режиму растений. Для овоще-кормового севооборота таким растением считается капуста.

Расчеты проводятся для лет расчетной обеспеченности дефицита влаги в почве (О_с – Е):

· Обеспеченность p - 10% (влажный год) – расчет проводится для обоснования мелиоративного режима, и параметров правильно работающей осушительной системы;

Расчеты проводятся для двух вариантов:

1-й вариант – естественный режим (без осушения);

2-й вариант - с осушением.

· Обеспеченность p - 75% (средне сухой год), – расчет проводится для обоснования мелиоративного режима в условиях естественного дефицита влаги в почве, который усиливается действующим дренажем и оценки потребности в орошении.

Расчеты проводятся для двух вариантов:

1-й вариант - с осушением;

2-й вариант – с орошением на фоне осушения.

На рисунках 13-16 представлены варианты расчетов мелиоративного режима по данным метеостанции «Клин» для лет обеспеченности 10% и 75% по дефициту влаги, при выращивании капусты на минеральных почвах на участке, расположенном в Солнечногорском районе Московской области.

Рис. 13 Ретроспективный расчет водного режима для влажного года (10% обеспеченности по дефициту влаги), при выращивании капусты на минеральных почвах без орошения и дренажа.

Рис. 14 Ретроспективный расчет водного режима для влажного года (10% обеспеченности по дефициту влаги), при выращивании капусты на минеральных почвах с дренажем.

Рис. 15 Ретроспективный расчет водного режима для влажного года (75% обеспеченности по дефициту влаги), при выращивании капусты на минеральных почвах с дренажем, но без орошения.

Рис. 16 Ретроспективный расчет водного режима для влажного года (75% обеспеченности по дефициту влаги), при выращивании капусты на минеральных почвах с дренажем и орошением

4.3 Анализ результатов расчета водного режима

Результаты расчета водного режима для влажного года (10% обеспеченности по дефициту влаги), при выращивании капусты на минеральных почвах без орошения и дренажа показывают, что:

1. Влажность корнеобитаемого слоя почвы значительно превышает верхний предел диапазона регулирования, это говорит о том, что в данных условиях без мелиорации выращивание сельскохозяйственных культур практически невозможно.

2. Средняя за вегетацию глубина грунтовых вод составляет 0.4 м.

3. Количество выпавших за вегетацию осадков значительно превосходит суммарное испарение (О_с - Е_с = 151 мм). Избыточная влага накапливается на поверхности при неглубоких грунтовых водах. Поверхностный сток отсутствует, а это приводит к заболачиванию данного участка;

4. Нулевой водообмен на нижней границе корнеобитаемого горизонта и подстилающих горизонтов почвы, в данном случае, также говорит о существенном переувлажнении данного участка.

5. Несмотря на то, что данный год является чрезвычайно влажным, можно увидеть, что в течение вегетации наблюдаются периоды времени в 20-25 суток без осадков, когда влажность корнеобитаемого слоя почвы опускается ниже нижней границы диапазона регулирования влажности, что также негативно сказывается и на развитии сельскохозяйственных растений. Это говорит о том, что из-за неравномерности выпадения осадков во времени, даже во влажный год в период вегетации периодически возникает дефицит влаги в почве. Для восполнения дефицита влаги в почве производят полив.

Результаты расчета влажного года без орошения, но уже с дренажем показывают, что:

1. Благодаря работе дренажа уровень грунтовых вод практически в течение всего периода вегетации находится на глубине 70-80 см от поверхности земли, что соответствует норме осушения в данных условиях.

2. Работающий дренаж обеспечивает отвод избытка влаги за пределы корнеобитаемого слоя почвы.

3. Работающий дренаж значительно усилил вертикальные нисходящие потоки влаги в почве. Водообмен, при этом, составил 242 мм за вегетацию, и практически вся эта влага была перехвачена дренажем. Следует особенно подчеркнуть, что на хорошо водопроницаемых обладающих невысоким плодородием почвах усиление промывного режима может привести к значительным потерям гумуса и других питательных веществ почвы, в результате их вымыва в подстилающие горизонты и грунтовые воды. Поэтому мероприятия по осушению переувлажненных или заболоченных земель должны сопровождается необходимым комплексом агротехнических мероприятий, а также своевременным внесением органических и минеральных удобрений.

4. Работа дренажа на участке практически исключает возможность формирования поверхностного стока.

5. Несмотря на то, что работающий дренаж «усилил» дефицит влаги в засушливый период (начало июня), в целом именно за счет работы дренажа в остальное время удается получить урожай капусты на уровне 97% от проектного.

6. Работа осушительной системы в годы с естественным дефицитом влаги в период вегетации создает дополнительные обстоятельства и усиливает необходимость проведения оросительных мелиораций.

Для оценки водного режима и потребности в орошении были проведены расчеты для средне сухого (75%) года. Расчеты, как указывалось выше, проводятся для двух вариантов: с работающим дренажем и без орошения; с работающим дренажем и с орошением. Расчеты показали, что:

1. Для данного года характерно превышение количества испарившейся влаги над осадками.

2. В дренаж поступает относительно небольшое количество влаги (88мм), водообмен за вегетацию (44 мм) со знаком (-) указывает на наличие небольших нисходящих токов влаги, периодически меняющих свое направление на противоположное.

3. Работающий дренаж в 75% год приводит к «обострению» дефицита почвенной влаги практически в течение всего периода вегетации, что приводит к переосушке корнеобитаемого слоя почвы и значительным потерям урожая (около 75% от проектного). Поэтому можно сделать уверенный вывод о том, что в засушливые годы на осушаемых землях необходимо проводить оросительные мелиорации.

4. Для восполнения дефицита влаги было проведено шесть поливов с поливной нормой 30…40 мм. Оросительная норма составляет 177 мм.

5. При проведении поливов резко увеличилась нагрузка на дренаж (практически вдвое увеличился дренажный сток), это говорит об усилении промывного режима почв и связанных с этим негативных последствий;

6. В целом после проведения комплекса мероприятий по регулированию мелиоративного режима урожай капусты практически достигает проектной величины.

В заключение можно сделать вывод о том, что на переувлажненных заболоченных землях необходимо проводить мелиоративные мероприятия, обеспечивающие двухстороннее регулирование водного режима почв, при этом необходимо минимизировать возможные негативные последствия.

В этой главе необходимо выполнить прогнозные расчеты для данных конкретных условий участка проектирования. В пояснительной записке по этой главе нужно представить результаты расчетов, проанализировать их и сделать выводы о необходимости проектирования осушительно-увлажни-тельной мелиоративной системы, оценить вероятность возможных негативных последствий и предложить способы их предотвращения.

Рекомендуемый объем пояснительной записки вместе с результатами расчета – 6…7 страниц.

5 Общие требования к проектированию осушительно-увлажнительных мелиоративных систем.

Выполненные прогнозные расчеты указывают на то, что для проектируемого участка существует определенная потребность не только в осушительных, но и в оросительных мелиорациях. Поэтому, в курсовом проекте предлагается запроектировать осушительно-увлажнительную мелиоративную систему.

Осушительно-увлажнительная система представляет собой мелиоративную систему, предназначенную для активного управления водным режимом почвы, как в условиях избытка, так и в условиях недостатка влаги.

Осушительно-увлажнительные системы в отличие от осушительных позволяют более полно и точно обеспечивать оптимальные условия для роста сельскохозяйственных растений.

Для понижения уровня грунтовых вод применяется регулярная сеть закрытых осушителей. Для перехвата избыточной влаги в почве и ускорения поверхностного стока применяется сеть закрытых собирателей. Для восполнения дефицита влаги в почве, возникающего в засушливые периоды вегетации или засушливые годы, используется дождевание.

Осушительно-увлажнительные системы должны обеспечивать эффективную работу и осушительной и оросительной сети.

Проектирование осушительно-увлажнительных систем имеет свои особенности:

1. При проектировании системы осушительную и увлажнительную сети увязывают между собой в плане и в вертикальной плоскости;

2. Для полива дождеванием применяют только закрытую оросительную сеть. Открытая оросительная сеть имеет существенные недостатки (значительные потери полезной площади, развитие сорной растительности вдоль каналов, фильтрационные потери воды, сложность эксплуатации осушительной сети);

3. Дно траншеи закрытого осушительного коллектора при пересечении с оросительным трубопроводом заглубляется на 0,2...0,3 м ниже дна траншеи оросительного трубопровода;

4. Необходимо проверять оросительные трубопроводы на всплытие при их укладке в торфяниках, а также в случае высокого стояния грунтовых вод или паводкового затопления.

При проектировании осушительно-увлажнительных систем необходимо учитывать: климатические особенности, тип водного питания, рельеф местности, площадь и конфигурацию полей, водно-физические свойства почвы и подстилающих грунтов, гидрогеологические условия, характер сельскохозяйственного использования земель, а также тип дождевальной техники.

6 Выбор метода и схемы осушения

Метод осушения – это принцип воздействия на фактор переувлажнения, который характеризует основное направление мелиоративных мероприятий по регулированию водного режима, но не сами мероприятия (таблица 6-1).

Таблица 6‑1

Методы и способы осушения избыточно увлажненных земель в зависимости от типа водного питания, по А.И. Голованову.

Примечание: Эти методы могут применяться отдельно и вместе, если тип водного питания смешанный.

Метод осушения зависит от типа водного питания. Установленный метод осушения, рельеф и конфигурация участка, а также предполагаемое сельскохозяйственное использование участка, определяют способ его осушения. Под способом осушения понимают совокупность технических средств, позволяющих принять и своевременно отвести избыток влаги за пределы осушаемой территории.

Выбор способа осушения заключается в установлении типа регулирующей сети и предварительном расположении в плане основных элементов осушительной сети.

Осушительная сеть состоит из элементов, правильная работа которых, должна обеспечивать оптимальный мелиоративный режим на участке проектирования. В состав осушительной сети входят:

1. Регулирующая сеть;

2. Ограждающая сеть;

3. Проводящая сеть;

4. Гидротехнические сооружения, дороги, лесополосы, наблюдательные скважины, гидрометрические посты и пр.

Размещение осушительной сети в плане определяется схемой осушения.

Способ осушения определяет состав мероприятий по регулированию водного режима.

Перед выбором схемы осушения и размещением элементов осушительной сети в плане необходимо выбрать водоприемник для осушительной системы. Водоприемником осушительной системы может служить река, озеро или понижение местности способные своевременно и без подпора принять воду, поступающую из осушительной системы.

В курсовом проекте принимается, что выбранный водоприемник удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям и способен без подпора принять всю воду, поступающую из осушительной системы.

6.1 Регулирующая сеть

Регулирующая сеть первой принимает избыточные поверхностные, внутрипочвенные или грунтовые воды и отводит их в проводящую сеть.

Выбор регулирующей сети зависит от метода осушения и сельскохозяйственного использования (таблица 6-2).

Таблица 6‑2

Конструкция элементов закрытой регулирующей осушительной сети, применяемых при строительстве мелиоративных систем, а также методы их расчета, более подробно приведены в [2, 4, 9].

Основным конструктивным элементом закрытой регулирующей сети (как закрытых осушителей, так и закрытых собирателей) являются дрены. В качестве дрен применяют пластмассовые перфорированные трубы или гончарные трубки. Основным отличием конструкции закрытого собирателя от конструкции закрытого осушителя является наличие хорошо проницаемого объемного фильтра. В качестве объемного фильтра в закрытых собирателях применяют траншейную засыпку, для изготовления которой, используют смесь грунта подпахотных горизонтов с крупнозернистым песком или мелким гранитным гравием, а также песчано-гравийную смесь.

Основными параметрами элементов закрытой регулирующей сети являются: B – расстояние между дренами и b – глубина закладки дрен.

Глубина траншеи закрытого осушителя в курсовом проекте принимается равной 1…1,2 м и должна обеспечивать максимальную норму осушения.

Глубина траншеи закрытого собирателя должна быть больше глубины промерзания и принимается в пределах 0,8…1 м.

6.1.1 Закрытые осушители

На землях, использующихся для выращивания сельскохозяйственных культур интенсивного возделывания при грунтовом типе водного питания и осушении методом понижения уровня грунтовых вод, в качестве основных регулирующих элементов осушительной сети применяют закрытые осушители.

Закрытый осушитель представляет собой траншею, на дно которой укладывают гончарные или перфорированные пластмассовые трубы. Как, правило, трубы засыпают вынутым из траншеи грунтом. Перед засыпкой дренажные трубы оборачивают геотекстилем. Иногда для улучшения работы закрытого осушителя вокруг трубы создают объемный фильтр из песчано-гравийной смеси.

Основное назначение закрытых осушителей - обеспечить понижение уровня грунтовых вод до нормы осушения и требуемый режим осушения.

На расстояние между закрытыми осушителями существенно влияет мощность водоносного пласта. В курсовом проекте, при условии, что глубина водоупора Т > 0.4∙B (глубокое залегание водоупора), для расчета расстояния между закрытыми осушителями применяется формула А.Н. Костякова, а в случае Т ≤ 0.4∙B – формула С.Ф. Аверьянова. Схема для расчета расстояния между закрытыми осушителями представлена на рис. 17.

По Костякову:

, (6)

где: K – коэффициент фильтрации, м/сут;

d – внутренний диаметр дренажной трубы;

q – интенсивность инфильтрационного питания, в курсовом проекте принимается равной 0,006…0,009 м/сут;

H – напор над дреной, H = b - a, м;

b – глубина закладки дрен (принимается равной 1,1 м);

а – норма осушения (принимается по данным табл. 5-2).

Рис. 17 Схема к расчету расстояния между закрытыми осушителями.

По Аверьянову:

, (7)

где:

;

H_Д – действующий напор (над дреной), H_Д = 0,5(H_Н+ H_К), м;

H_Н – начальный напор (из бланка задания), м;

H_К – напор в конце расчетного периода, H_К = b - a, м;

К – приведенный коэффициент фильтрации м/сут,

;

K1 и T1, K2 и Т2 – коэффициенты фильтрации и мощность для пахотного и подстилающего горизонта соответственно;

S – расстояние от дрены до водоупора, м;

q – среднесуточный приток воды к дрене м/сут,

;

H_p – слой воды заданной обеспеченности, который должен быть отведен за расчетный период t, м,

;

H_B – слой воды на поверхности земли, образующийся после прохождения паводка, таяния снега или выпадения обильных осадков (принимается равным 0,02 м);

åH₀ – сумма осадков выпавших за расчетный период, мм;

e – суточная интенсивность испарения, м/сут;

t – время отвода воды,сут;

m - коэффициент водоотдачи для минеральных грунтов (по Эркину):

.

Расчет расстояния между закрытыми осушителями осуществляется методом последовательного приближения (методом итераций).

В первой итерации расстояние между закрытыми осушителями для условий курсовой работы можно принимать по таблице 6-3.

Таблица 6‑3

Ориентировочные пределы расстояний между дренами в м, при безнапорном режиме грунтовых вод и глубине дрен 1…1,2 м [5]

Расчет заканчивается если разница между заданным и полученным значениями В не превышает 1м.

Расположение в плане закрытых осушителей зависит от уклона поверхности земли. Применяют две схемы расположения дренажа в плане: продольную (при J_пз ≤ 0,003) и поперечную (при J_пз > 0,003).

При продольной схеме закрытые осушители прокладываются по направлению максимального уклона поверхности земли перпендикулярно горизонталям и впадают в закрытые коллекторы с одной стороны. Закрытые коллекторы прокладываются параллельно или под острым углом к горизонталям поверхности земли (рис. 18). Нельзя допускать впадения закрытых осушителей в открытый канал или водоприемник потому, что в этом случае потребуется больше количество устьевых сооружений. Закрытый коллектор может впадать в открытый коллектор, магистральный канал или водоприемник, это зависит от размеров и конфигурации осушаемого участка.

Особенность продольной схемы состоит в том, что глубина осушительной сети уменьшается за счет ограничения длины её закрытых элементов, минимально допустимый уклон, которых составляет J_min^ЗО,ЗК = 0,003. Максимальная длина закрытых осушителей принимается L_max^ЗО ≤ 100 м. Длина закрытых коллекторов принимается в пределах L^ЗК ≤ 300…500 м. Минимальный уклон открытых элементов осушительной сети составляет J_min^ОК,МК = 0,0003. Это позволяет обеспечить эффективную работу осушительной сети при минимальном ее заглублении.

Рис. 18 Продольная схема размещения регулирующих элементов осушительной сети

При поперечной схеме трассы закрытых осушителей прокладываются параллельно или под острым углом к горизонталям поверхности земли. Закрытые осушители впадают в закрытые коллекторы с двух сторон. Трассы закрытых коллекторов прокладывают по направлению максимального уклона поверхности земли. Закрытые коллекторы по возможности проводят по тальвегам поверхности земли или минерального дна болота для обеспечения двухстороннего впадения закрытых коллекторов и осушителей (рис. 19).

Рис. 19 Поперечная схема размещения регулирующих элементов осушительной сети

Максимальная длина закрытых осушителей принимается L_max^ЗО = 200 м, минимальная L_min^ЗО = 50 м. Минимально допустимый уклон закрытых осушителей J_min^ЗО = 0,003. Максимальная длина закрытого коллектора L_max^ЗК = 1200 м, минимальная L_min^ЗК = 600 м, L_max^ЗО = 200 м. Минимально допустимый уклон дна закрытого коллектора J_min^ЗК = 0,001. Минимально допустимый уклон дна открытого коллектора J_min^ОК = J_min^МК = 0,0003.

Длина конкретных закрытых осушителей и коллекторов определяется в зависимости от рельефа местности. При этом заглубление устья закрытого осушителя по отношению к истоку не должно превышать 0,3 м, а закрытого коллектора - не более 0,5 м. Угол сопряжения элементов осушительной сети в горизонтальной плоскости должен находиться в пределах 60…90 градусов. Предпочтительным считается сопряжение всех элементов под прямым углом, так как это позволяет создавать прямоугольные поля и максимально упрощает расположение элементов осушительной сети в плане.

Поперечная схема размещения дрен обеспечивает лучший перехват грунтовых вод, позволяет создавать поля больших размеров (с минимальным линейным размером поля 1200 м), а также позволяет экономить материал (за счет двухстороннего впадения закрытых осушителей и уменьшения общего количества закрытых коллекторов).

Продольная схема дренажа позволяет обеспечить требуемый уклон закрытого осушителя с минимальным заглублением на участках с малыми уклонами поверхности земли.

6.1.2 Закрытые собиратели

На землях, использующихся для выращивания сельскохозяйственных культур интенсивного возделывания при атм