Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв

Подождите немного. Документ загружается.

Фактор

d для расчета расстояния между дренами, м

7,5

В*,м

0,50

0,49 0,49 0,49

0,48

0,47

0,5

0,76

0,75

0,75 0,75

0,74

0,73

0,71

0,69

0,65

0,60

0,75

0,96

0,96 0,95

0,94

0,93

0,91

0,89

0,86

0,80

0,70

0,67

1,15

1,14

1,13

1,12

1,09

1,05

1,00

0,89

0,82

0,70

1,25

1,36

1,35

1,34

1,31

1,28

1,25

1,19

1,11

0,97 0,88

0,71

1,5

1,57

1,55 1,52

1,49

1,45

1,39

1,30

1,20

1,02

0,91

0,71

1,75

1,72

1,70

1,66

1,62

1,57

1,50

1,41

1,28

1,08

0,93

0,71

2,02

1,99

1,94

1,87

1,79

1,69

1,57

0,38

1,14

0,93

0,71

2,5

2,29

2,23

2,16 2,08

1,87

1,83

1,67

1,45

1Д4

0,93

0,71

2,54

2,45

2,35

2,24

2,11

1,93

1,75

1,50

1,14

0,93

0,71

3,5

2,71

2,62

2,51

2,37

2,22

2,02

1,81

1,53

1,14 0,93

0,71

3,02

2,89

2,75

2,58

2,38

2,15

1,88

1,53

1,14

0,93

0,71

3,88

3,56 3,24

2,91

2,58

2,24

1,89

1,53

1,14

0,93

0,71

316

Таблица 33

Фактор

d (м) для расчета расстояния между

дренами

без

номограммы

(Р. Эггсльсманн, 1984)

* Расстояние от поверхности до водоупора.

Рис.

121. Номо-

грамма для расчета

междренных рас-

стояний по форму-

ле Хугхаудта

£ =5-25м 4Af/ h

Bhf,h Е

*10-100м

4Kffl>

0,50 —J J— S

a=W090807B

60 50м

105 ^311,514,750,5

=45м'

новидностей, в которых работают осушительные системы. В преде-

лах осушаемых массивов, как правило, распространены почвы раз-

ной степени заболоченности, обусловленной, очевидно, разной

продолжительностью избыточного увлажнения. Из этого следует,

что в каждом отдельном случае осушительные системы должны

сбрасывать разные объемы дренажного стока на почвах разной сте-

пени заболоченности. Эти различия могут быть весьма значитель-

ны.

Р.К. Пант и Э.А. Соовик в Эстонии установили следующие по-

правочные коэффициенты к нормам стока для почв разной степе-

ни оглеения (табл. 35).

Из этого, в частности, следует, что междренные расстояния

при одних и тех же физических свойствах почв (т.е. при равных или

близких величинах Аф, водоотдачи, гранулометрического состава)

на почвах разной степени оглеения (например, на торфянисто-гле-

евых, дерново-подзолистых глеевых и дерново-подзолистых глее-

ватых) могут различаться в 1,5-3 раза.

Последнее обстоятельство обычно не учитывают в расчетах

основных параметров дренажа при осушении минеральных почв.

В результате дренажные системы могут оказывать неадекватное воз-

действие на гидрологический режим почв разной степени избыточ-

ного увлажнения. Возможные ошибки в этом случае и их негатив-

ные последствия достаточно очевидны. Они могут оказаться причи-

ной нецелесообразного уменьшения междренных расстояний или,

напротив, неоправданного разряжения дренажных линий.

317

Таблица 34

Вспомогательные величины к номограмме определения

расстояний между дренами*

А, м

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

л/с,

га

S, мм/сут

160-8

320-32

480-72

640-128

800-200

960-290

1120-390

1280-510

1440-650

1600-800

0,6

115-6

230-23

345-52

455-92

570-145

680-205

800-280

920-365

1030-465

1140-570

0,8

92-5

185-19

280-42

370-74

465-115

560-170

650-225

740-295

840-375

920-460

1,0

80-4

160-16

240-36

320-64

400-100

480-145

560-195

640-255

720-325

800-400

1,2

46-3

92-9

140-21

185-37

230-58

280-85

325-115

370-150

420-190

460-230

2,0

* Левая колонка каждой графы

—

%h/S,

правая

—

4h-/S.

Таблица 35

Поправочный коэффициент к нормам стока для почв разной степени

оглесния (Р.К. Пант, Э.А. Соовик, 1971)

Степень

оглеения почв

Торфянистые

Глеевые

Глееватые

Глубокооглеенныс

Гранулометрический состав почв

Тяжелые

и средние

1,00

0,80

0,60

0,40

Легкие

суглинки-супеси

1,05

0,85

0,60

0,40

1,10

0,90

0,65

0,45

9.7.5.3.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕЖДРЕННЫХ РАССТОЯНИЙ ПО

ФИЗИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ ПОЧВ

При строительстве материального дренажа (гончарного, пласт-

массового и др.) междренные расстояния определяют по физи-

ко-механическим свойствам почв. Подобные методы отражают,

найденную эмпирическим путем взаимосвязь междренных рассто-

яний с каким-либо определенным физико-механическим свойст-

вом почвы. Поэтому методы определения междренных расстояний

по физико-механическим свойствам почв справедливы только в

тех случаях, когда имеются достаточные условия для проверки этих

взаимосвязей на обширном экспериментальном материале.

Вместе с тем и в этом случае строгое соответствие между опре-

деленным физико-механическим свойством и параметрами дрена-

жа сохраняется до тех пор, пока наблюдается прямая связь между

318

этим свойством и

Кф

почвы. Если она нарушается, то прямая связь

выбранного физико-механического свойства, например грануло-

метрического состава, с параметрами дренажа может исчезнуть.

Последнее обстоятельство необходимо иметь в виду, чтобы прави-

льно оценить возможности применения методов определения па-

раметров дренажа, основанных на анализе физико-механических

свойств почв. Это особенно актуально и потому, что методы оцен-

ки междренных расстояний по физико-механическим свойствам

почв привлекают внимание исследователей своей простотой.

Широкое распространение в мелиоративной практике в

30—40-х годах получил содовый метод X. Янерта для определения

междренных расстояний. Он основан на том, что набухание поч-

вы,

тесно связанное с содержанием коллоидов, отражает состояние

водопроницаемости. Чем выше набухаемость почв, тем ниже их

фильтрация, тем меньше междренные расстояния следует исполь-

зовать при осушении почв. Этот метод, однако, в настоящее время

используют редко из-за сложности лабораторных работ.

Значительно более широко применяется способ определения

междренных расстояний по гранулометрическому составу почв. Он

отличается простотой анализов и возможностью их выполнения в

массовом масштабе в производственных лабораторных условиях.

9.7.5.3.1.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕЖДРЕННЫХ РАССТОЯНИЙ

ПО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОМУ СОСТАВУ ПОЧВ

Метод определения междренных расстояний по гранулометри-

ческому составу почв, широко применяемый в мелиоративном

строительстве, основан на предположении, что чем тяжелее почвы,

тем меньше должны быть междренные расстояния. Эта зависи-

мость может быть использована, очевидно, в тех случаях, когда

имеется обширный эмпирический материал, отражающий эффек-

тивность различных параметров дренажа в почвах разного грануло-

метрического состава.

Метод имеет несомненные преимущества, обусловленные прос-

тотой определения исходных почвенных характеристик, необходи-

мых для расчета, быстротой оценки междренных расстояний и

дифференцированным подходом к выбору параметров дренажа для

различных почвенно-мелиоративных условий. Его недостатком яв-

ляется необходимость значительного количества эксперименталь-

ных данных по оценке эффективности дренажа в почвах разного

гранулометрического состава. Кроме того, метод утрачивает досто-

верность при нарушении связи гранулометрический состав почв

—

водопроницаемость.

На рис. 122 приведен график, отражающий зависимость меж-

дренных расстояний (м) от содержания в почве физической глины

(частиц < 0,01 мм), определенной по методу гранулометрического

анализа почв НА. Качинского. Для решения этой задачи отбор

319

фракций пипеткой может быть офаничен взятием секундной и ми-

нутной проб, т.е. фракцией 0,05-0,01 и < 0,01 мм.

Таким образом, при сокращенном анализе почв, по Н.А. Ка-

чинскому, для определения содержания физической глины уста-

навливают наличие только четырех фракций:

1~0,25;

0,25-0,05;

0,05-0,01 и < 0,01 мм. Для определения междренных расстояний

используют сумму частиц < 0,01 мм, т.е. физическую глину. При

выполнении такого сокращенного анализа несколько упрощается

и ускоряется ход определения содержания частиц < 0,01 мм и про-

цесс выбора оптимальных междренных расстояний.

В пылеватых почвах, однако, необходим полный анализ по ме-

тоду НА. Качинского, поскольку в них при содержании фракций

0,05-0,001 мм более 40% междренные расстояния уменьшают

на 20%.

Рис.

122. Номограмма для опре-

деления междренных расстояний

по гранулометрическому составу

почв

ujj/l

-vy

//1

имма частиц *? 0,01 мм

90 80 70 SO 50 ' W JO 20 10

Глина

Суглинок

Супесь

Песок

320

В табл. 36 приведены поправки к основному графику, связан-

ные главным образом с иочвенно-мелиоративными условиями, ко-

торые необходимо учитывать при окончательном расчете междрен-

ных расстояний. При содержании в почвах пылеватой фракции бо-

лее 40% расстояния между дренами уменьшают на 20%.

Таблица 36

Поправочные коэффициенты* к межлренным расстояниям в зависимости

от гранулометрического состава почв и их свойств, %

Показатели

При использовании почв

под сенокосы

Мощность гумусового

горизонта > 30 см

Карбонаты СаСОз

Степень оглеения:

слабые признаки оглеения

глееватые почвы

глеевые почвы

Водопроницаемые

прослойки

90 80

+ 10

- 15

-25

-35

+ 20

Сумма частиц < 0,01 мм

70 60 50 40

+ 15

30 20

+ 20

+ 5

- 10

-20

-25

+ 10

+ 25

-5

-10

-15

* Сумма поправок в одном и том же случае для суглинистых и глинистых почв не

должна превышать 40%, для песчаных и супесчаных

—

20%.

В слоистых неоднородных по гранулометрическому составу

почвах междренные расстояния определяют с учетом свойств от-

дельных слоев. Междренное расстояние в этом случае оценивают

как арифметическую средневзвешенную сумму междренных рас-

стояний, свойственных отдельным слоям:

Ejjhi -a)

-h

, ..., E„(h

+0,2)

/г+0,2-я

где Е\, Е

, ..., Е

—

междренные расстояния для слоев различного

гранулометрического состава, м; h\,

,...,

—

мощность слоев, м;

—

мощность пахотного горизонта, м; h

—

расстояние от дневной

поверхности до дрены, м.

Наряду с этими поправками, отражающими почвенно-мелио-

ративные различия, при определении междренных расстояний

учитывают ряд других поправочных коэффициентов, которые от-

ражают преимущественно гидрологические особенности осушае-

мой территории и рельеф (табл. 37).

22 - 2099

321

Определение междренных расстояний по гранулометрическо-

му составу почв справедливо при учете изложенных условий лишь

для почв, развитых на кислых породах и имеющих элементарное

(пески, супеси) или микроагрегатное (покровные, озерные, морен-

ные и другие суглинки и глины) строение (Зайдельман, 1975).

Таблица 37

Дополнительные поправочные коэффициенты к значениям

междренных расстояний в связи с гидрологическими

особенностями осушаемой территории и рельефа

Среднегодовая сумма

осадков, мм

Поправка, %

Уклоны

Поправки, %

Напорные воды

Признаки поступления

ожелезненных грунтовых вод

Замкнутые котловины

750

-25

до

0,002

700

- 10

650

600

+10

0,002-0,01

+ 15

550

+ 20

0,01-0,2

+ 30

500

+ 30

расстояние уменьшают на 30-50%

" - " на 10-20%

" - " на 20-30%

£Б

Но для почв, имеющих макроагрегатное строение, например для

пойменных, некоторых карбонатных, луговых и иных почв, такой

метод непригоден. Почвам этих генетических групп при тяжелом

гранулометрическом составе нередко свойственна значительная

фильтрация, абсолютные значения которой равны или превыша-

ют фильтрацию в супесчаных и легкосуглинистых почвах

(рис.

123). Поэтому при определении междренных расстояний по

гранулометрическому составу

легко прийти к парадоксальному

и, очевидно, неверному заклю-

чению о том, что при дренаже

почв с низкой фильтрацией,

высокой объемной массой и

низкой порозностью необходи-

ма более редкая сеть дренаж-

ных линий, чем для хорошо аг-

регированных и водопроницае-

мых почв только потому, что

первые содержат значительно

меньше частиц < 0,01 мм.

«г-

а<4«-

«*Н

о-

0,3-

0,6

0,9-

tfV

1,5-

ЯП

Рис.

123. Коэффициенты фильтра-

ции в почвах разного генезиса и гра-

нулометрического состава почв, К$

дерново-подзолистых глееватых почв:

—

супесчаной; 6

—

суглинистой; в

—

глинистой; г — пойменной зернистой

глинистой (цифры на оси абсцисс

—

со-

держание частиц < 0,01 мм, %)

322

Таким образом, определение междренных расстояний по гра-

нулометрическому составу допустимо только для элементарных по

строению и для микроагрегатных почв, преимущественно песча-

ных, супесчаных, суглинистых и глинистых болотно-подзолистых,

дерново-глеевых и др. При этом следует иметь в виду, что на гли-

нистых и суглинистых почвах огромное влияние на параметры

междренных расстояний оказывают агромелиоративные меропри-

ятия, направленные на изменение их неблагоприятных физических

свойств, — кротование, глубокое рыхление, рыхление — кротова-

ние,

глубокая пахота, а также агрохимические и биологические

приемы по оструктуриванию их профиля (внесение органических

удобрений, извести, полимерных структурообразующих клеев, по-

сев многолетних трав и др.).

9.7.6. ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ КРОТОВЫХ

ДРЕН В ПОЧВАХ

Устойчивость и срок службы кротовых дрен определяются ря-

дом факторов, из которых наиболее существенны следующие: гене-

зис почв, их гранулометрический, макроагрегатный и минералоги-

ческий состав и др. Важным свойством, определяющим устойчи-

вость кротовых дрен, является также и влажность почвы в момент

создания дренажа. Кротовый дренаж можно выполнить только в

суглинистых и глинистых почвогрунтах. В сыпучих почвах (песках,

слабогумусированных супесях) кротовые дрены быстро разруша-

ются. Вместе с тем в переувлажненных суглинистых и глинистых

почвах при значительной влажности кротовые дрены могут заплы-

вать даже в тех случаях, когда другие свойства почв благоприятны

для их устройства. Поэтому кротовый дренаж рекомендуют закла-

дывать, как правило, в суглинистых и глинистых почвах при влаж-

ности, лежащей в интервале пластичности (от нижней границы

скатывания до нижней границы текучести). Эти случаи здесь и рас-

сматриваются.

Вопрос о целесообразности применения этого вида дренажа

решается с помощью лабораторных или полевых исследований.

X. Янертом (Janert, 1932) было показано, что при степени дисперс-

ности почвы менее 6,4 (степень дисперсности почв представляет

отношение

I фракций < 0,02 мм (по методу Копецкого), %

CD= ; )

теплота смачивания, кал/г

и теплоте смачивания не ниже 4 кал/г кротовые дрены длительно

сохраняют устойчивость. Дрены неустойчивы в почвах, степень

дисперсности которых более 10,5, а теплота смачивания менее

2,0 кал/г.

22*

323

СВ.

Астапов (1937) установил, что отношение

суммы частиц

0,05—0,005 мм, определенных по микроагрегатному методу Павло-

ва, к сумме тех же фракций, определенных гранулометрическим

анализом по методу Н. А. Качинского, может быть использовано

для прогноза устойчивости кротовых дрен в почве. При

р <

0,3 поч-

вы безусловно пригодны для кротового дренажа. Дрены недоста-

точно устойчивы при р = 0,3-0,7, а при р > 0,7 почвы непригодны

для кротового дренажа. При этом наиболее четкие показатели

были получены для почв, имевших р < 0,3; все дрены, заложенные

в них, были в хорошем состоянии и длительно действовали, не из-

меняя своего первоначального диаметра. Дрены, заложенные в

почвах с р > 0,7, обычно быстро выходили из строя.

В связи со значительными работами по проектированию и

строительству кротового дренажа в минеральных почвах очевидна

необходимость достаточно точного, но вместе с тем быстрого и де-

шевого прогноза устойчивости кротовых дрен уже в процессе поле-

вых почвенно-мелиоративных изысканий. При проведении изыс-

каний на объектах осушения рекомендуется метод Ф.Р. Зайдельма-

на (1981), поскольку он позволяет не только оценивать в общем

виде устойчивы или неустойчивы кротовые дрены, но и прогнози-

ровать срок их стабильного существования в почвах. Этот метод

основан на том, что интенсивность размокания в воде стандартной

навески почвенных агрегатов (20 г) размером 3-5 мм является ин-

тегрирующим показателем, позволяющим установить срок службы

кротовых дрен (табл. 38).

Таблица

Определение устойчивости

срока службы кротовых дрен

по массе воздушно-сухих агрегатов после просеивания

в воде стандартной навески (Ф.Р. Зайдельман,

1981)

Масса остатка

после просеи-

вания в воде, г

10-20

4-10

1-4

< 1

Морфологическая

характеристика остатка

после просеивания в воде

хорошо сохранившиеся

крупные суглинистые и

глинистые агрегаты

крупные и мелкие суглини-

стые и глинистые агрегаты

мелкие суглинистые и гли-

нистые агрегаты

мелкие суглинистые и гли-

нистые агрегаты, ортштей-

ны,

зерна кварца

Характеристика работы

кротовых дрен

дрены хорошо действуют 3-4

года и более

дрены действуют 2-3, в отдель-

ных случаях 1-2 года

дрены недостаточно устойчивы;

срок действия дрен

—

до года

дрены неустойчивы и заплыва-

ют спустя 2—3 месяца после

устройства

В суглинистых и глинистых почвах подзолистого типа

—

дер-

ново-подзолистых глееватых, дерново-подзолистых глеевых и под-

золисто-глеевых

—

кротовые дрены действуют, как правило, в те-

чение 2—3 месяцев. Лишь в единичных случаях, составляющих не

324

более 5%, на этих почвах они сохраняются 1—3 года. Поскольку

кротовый дренаж может быть рекомендован, когда срок служ-

бы дрен составляет 3-4 года и более, то очевидно, что в заболочен-

ных почвах подзолистого типа этот вид дренажа без специального

крепления стенок неэффективен, а его строительство нецелесооб-

разно.

В процессе почвообразования гидроморфных почв подзоли-

стого типа складываются такие условия, которые способствуют

дезагрегированию почв, усиливают их размываемость и заиление

дрен. Поэтому здесь кротовый дренаж действует столь непро-

должительно, что его строительство нерентабельно. Именно это

обстоятельство и объясняет причины массовых неудач при строи-

тельстве кротового дренажа в зоне распространения заболоченных

почв подзолистого типа. Можно признать, что в этом случае строи-

тельство кротовых дрен окажется оправданным только при крепле-

нии стенок, например, полимерными структурообразующими кле-

ями — полиакриламидом, сополимером-2 и др. (Курбатов, 1970).

Однако эта проблема требует дополнительной разработки.

Иные условия свойственны гидроморфным пойменным поч-

вам. В этих почвах благоприятны условия для формирования четко

выраженной водопрочной структуры.

Изложенное позволяет признать, что устойчивость кротовых

дрен находится в тесной связи с генезисом почв и зависит главным

образом от водопрочности агрегатов. Поэтому кротовые дрены, за-

ложенные в пойменных, некоторых луговых и других почвах при

оптимальной влажности, нередко действуют длительное время, не-

смотря на более тяжелые условия работы, связанные с регулярным

продолжительным затоплением, и абсолютно неустойчивы в гидро-

морфных почвах подзолисто-

го типа (рис. 124). При мелио-

ративных изысканиях вообще

нецелесообразно аналитиче-

ское исследование устойчиво-

сти кротовых

дрен

в оглеенных

подзолистых почвах.

Это в равной мере отно-

сится и к оподзоленньш ви-

дам почв, в том числе и

к оподзоленньш пойменным

почвам (например, дерновым

зернистым оподзоленньш).

Напротив, при изучении ус-

тойчивости кротовых дрен

в заболоченных суглинистых

Рис ш Устойчивость

кр

товыхдрен в

и глинистых почвах поймен- тяжелых оглеенных почвах разного ге-

ных террас необходимы са- незиса (Ф.Р. Зайдельман, 1981)

Тип почв

. г

? 5

о «*

8 *>

la<g

so-

lo-

i0-

30-

ю-

ТО-

50-

Л7-

10-

срок действия Ивен

2-3

мес

3-4мк

-1год

2-3

года

Н гида

и долее

325