Закрытый дренаж

Закрытый горизонтальный дренаж — это система закрытой трубчатой сети (включая сооружения с водоприемными отверстиями или пористые), предназначенная для сбора дренажных вод из участка орошаемой площади и отвода их за его пределы.

Закрытый горизонтальный дренаж самый распространенный в последнее время тип дренажа для мелиоративного улучшения засоленных почв. Закрытый дренаж устраивается из гончарных, асбоцементных, керамических, пластмассовых, деревянных и других труб. Дренаж может быть и каменной клади.

Закрытый дренаж состоит из трубчатых дрен, внутрихозяйственных и межхозяйственных коллекторов различных порядков, ловчих и береговых дрен, сооружений на дренажно-коллекторной сети. При этом дрены и внутрихозяйственные коллекторы последнего порядка делают закрытыми, а хозяйственные и межхозяйственные коллекторы (расстояние между коллекторами 800-1000 м) – открытыми.

Предельный диаметр труб закрытого дренажа при исключительно высоком качестве и прочности их допускается не более 50-60 см. Обычно диаметр труб меньше (10-15, 20-25 см). Только для коллекторов трубы имеют диаметр 50 см. По длине дрен диаметр труб должен увеличиваться. Переход от одного размера к другому приурочивают к смотровым колодцам. При закрытом дренаже, как и открытом, желателен самотечный отвод собираемой им грунтовой воды. Вода в трубы поступает через зазоры их стыков или через отверстия, расположенные в несколько рядов в нижней части.

Глубина закладки дрен в основном зависит от требуемых норм осушения. Неплохо, когда дрена всей своей длиной продолжительное время находится ниже уровня грунтовых вод. Вообще же глубина закрытых дрен в зависимости от водоподъемных свойств почвы и степени минерализации грунтовых вод – 2,5-3,5 м. Для большей эффективности дренажа уклон укладки труб должен быть значительным, особенно при меньшем диаметре труб.

В настоящее время строительство закрытого дренажа осуществляется механизированным способом с использованием дреноукладочных комбайнов. В некоторых случаях на неустойчивых и оплывающих грунтах при большом водонасыщении используется безтраншейный способ строительства дренажа с укладкой на дно узкой щели гибких непрерывных труб из пластмасс с диаметром 11-28 см. Междренные расстояния при таком способе обычно составляют 50-75 м. От правильности выбора конструкции закрытого дренажа и соблюдения приемов эксплуатации зависят эффективность, надежность и долговечность работы дренажа.

При эксплуатации закрытого дренажа обычно наблюдается его повреждение ввиду заиления. Поэтому необходимо периодически очищать дрены. Существуют, различные способы очистки дрен от заиления. Наиболее эффективным и экономичным является механизированная очистка дрен.

* * * * *

Закрытый горизонтальный дренаж является наиболее распространённым и представляет собой перфорированный трубопровод (из керамических, пластмассовых, асбестоцементных или других труб диаметром 0,07-0,3 м), уложенный под грунт на глубину 2,5-3,5 м и окружённый защитно-фильтрующим слоем из искусственных покрытий или естественных песчаных и песчано-гравийных материалов толщиной 0,15-0,18 м, а также и их комбинаций. В зависимости от принятого способа строительства, закрытый горизонтальный дренаж, выполняется полумеханизированно — методом «полки» на откосе открытой дрены, или механизированно-траншейным, узкотраншейным и бестраншейным методами с помощью дреноукладчиков.

В последнее годы в основном применялись пластмассовые гофрированные трубы и искусственные защитно-фильтрующие материалы (синтетические волокна, нетканые, иглопробивные полотна), а также их комбинация с естественными фильтровыми смесями.

Поступление воды в дрену происходит самотёком под действием напора, образованного за счёт разницы в уровнях грунтовых вод между дренами и в полости перфорированного трубопровода, выведенного в коллектор (обычно открытый).

Для осуществления ремонтно-эксплуатационных работ на закрытой горизонтальной дрене предусматриваются необходимые сооружения (истоковые и смотровые колодцы, устья), выводимые на поверхность.

Расстояние между дренами определяется гидрогеологическими и хозяйственными условиями, а также конструктивными особенностями водоприёмной части и при принятых для нашей зоны глубинах 2,5 — 3,5 м составляет не менее 50 м.

Преимуществом закрытого горизонтального дренажа является долговечность, небольшие эксплуатационные расходы, удобство для перемещения транспортных средств и механизмов на сельскохозяйственных работах, значительная экономия посевных площадей и оросительной воды.

Описание и виды дренажа.

Подземные дренажные используется там, где почва проницаема достаточно, чтобы позволить экономически обоснованные расстояния между дренами, так чтобы они были достаточно продуктивными и оправдывали вложения в них. Дренаж подземного стока обеспечит бесперебойную работу в течение многих лет, если дренажная система тщательно планируется, правильно установлена, и в ней применены высококачественные материалы.
Компоненты закрытого дренажа
Подземные дренажные системы состоят из поверхностных или подземных водоуловителей , подземного дренажа и основного водоотвода.
Система будет функционировать только при наличии внешнего водоотвода. При планировании подземной дренажной системы, убедитесь, что имеется поверхностный или подземный водоотводу, куда будет отводиться вода из дренажа. Там где используются поверхностные каналы для захваты воды они должны быть защищена от эрозии, от повреждения, которое происходит во время периода таяния снега, от повреждения льдом и плавающим мусором, и от проникновения грызунов и других животных.
Основной канал подземной дренажной системы должен быть защищен от поломок, измельченния труб, чрезмерного оседания грунта, и засорения корнями растений. Канал должен быть достаточно глубоким, чтобы перехватывать все основные стоки и иметь достаточную пропускную способность, чтобы справиться с потоком собираемой воды. Он также должен быть достаточно глубоким, чтобы обеспечить минимальный рекомендуемый уклон для всех стоков вновь установленных или подключаемых. Если нет подходящего слива для отвода воды самотеком, вы можете рассмотреть возможность использования насосов.
Планирование дренажной системы.
При планировании подземной дренажной системы, необходимо определить топографию участка. Необходимо помнить, что глубина дренажа может быть ограничена земляными машинами, которые могут использоваться на поверхности участка. Количество съемки зависит от рельефа земли. Там, где уклон поверхности земли очевиден, достаточно ограниченного количества данных, необходимых для планирования дренажа. Топографическая съемка однако необходима для плоских и слегка волнистых участков земли, так как это не тля них не так очевидно, где должны быть расположены стоки. Проведение работ без первого сбора достаточного количества данных часто приводит в конечном итоге в дороговизне итоговой ситемы.
Тип подземной дренажной системы установки зависит в большой степени от типа почвы в области, где прокладывается дренаж. Зная типы почв можно предвидеть проблемы дренажа. Для определения почв нужно использовать почвенные карты, которые можно приобрести в местных консультативных службах. Вы можете дополнить информацию о карте, делая дополнительные скважины и шурфы. После того как почвы были выявлены, обратитесь к правилам проектирования дренажей.
Кроме того, в планировании подземные системы, имейте в виду, что такие деревья, как ива, вяз, клен мягкий, и тополя должны быть удалены на расстояние около 5 метров по обе стороны от подземной дренажной линии. Все другие виды деревьев, за исключением, возможно, фруктовые деревья, должны быть удалены на расстояние 3 метров. Если деревья не могут быть удалены, то можно спланировать перенаправлении линии дренажа или использовать неперфорированных труб во всей корневой зоне деревьев.
Применение закрытого дренажа
Из-за закрытого дренажа участка в основном используется для снижения уровня грунтовых вод или удаления избытка воды, которая просачивается через почву над общей площади, стоки находятся в примере, который определяется характеристиками площади. Если почва однородна, грунтовые воды снижается примерно на одном уровне по обеим сторонам каждой дрены.
Четыре основные модели, используемые в конструкции подземных дренажных систем. Выберите модель, которая лучше всего подходит для рельефа земли вашего участка, которая может быть расположена достаточно близко к источникам избытка воды, и которая подходит для других полевых условиях.
Случайный
Прокладывается случайным образом. Подходит для волнистых или холмистой местностей, которая содержит изолированные влажные области. Дрены в этой модели расположены в соответствии с размером выделенных влажных областей. Таким образом, боковые дреныммогут быть организованы по схеме параллельного дренажа или елочкой или может быть одним стоком подключен к выводному водоотводу.
Параллельный
Параллельную модель состоит из параллельных боковых стоков расположеных перпендикулярно основной дрене. Отводы в этом случае могут быть расположены в любом интервал в соответствии с условиями участка. Этот шаблон используется на плоских, правильной формы полях и на однородной почве. Вариации этой модели, часто используются в сочетании с другими.
Елочка
Елочкой состоит из параллельных стволов, которые входят в основные под углом, как правило, с обеих сторон. Основная дрена расположена на основном уклоне поверхности земли, а боковые дрены расположены под углом вверх по течению от основной дрены. Эта модель часто сочетается с другими. Его недостатками являются, что это может привести к двойному дренажу (с двух боковых полей перехватить в одной и той же точке), что это может привести к большей стоимости, чем у других моделей, поскольку она содержит больше дрен. Тем не менее, елочкой может обеспечить дополнительный дренаж, необходимой для менее проницаемых почв, которые находятся в узких впадин.
Дважды основной
Двойная основная модель является модификацией параллельного дренажа и елочки Это применимо, когда депрессия водотока, делит поле, в котором должен быть установлен дренаж. Размещение основного дренажа на каждой стороне депрессия преследует две цели: основная перехватывает просачивающейся воды, и это обеспечивает выход для отводов. Если депрессия глубокая и необычайно широкая, и если вы поместите только один главный дренаж в центре, вам, возможно, придется сделать разрыв в каждой боковой дрене прежде чем она достигнет основной. При расположении основных дрен на каждой стороне депрессии, можно сделать уклоны более равномерными.

Открытый дренаж — это канал (включая сооружения), предназначенный для сбора дренажных вод из участка орошаемой площади и отвода их за его пределы.

Для предупреждения или ликвидации засоления почв, их заболачивания на орошаемых землях с недостаточным естественным оттоком грунтовых вод необходим искусственный дренаж. В сочетании с режимом орошения и агротехническими приемами дренаж обеспечивает оптимальные условия для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

На орошаемых землях обычно применяется горизонтальный, вертикальный и комбинированный дренаж в зависимости от гидрогеологических условий.

Горизонтальный дренаж может быть открытым и закрытым. Открытые дрены представляют собой каналы, построенные для сбора и отвода грунтовых вод. Однако они имеют следующие недостатки:

• невозможность поддержания уровней грунтовых вод на глубинах, при которых обеспечивается максимальный урожай при минимальных затратах оросительной воды;
• прямые сбросы оросительной воды с полей, приводящие к снижению ее полезного действия;
• значительные ежегодные затраты на очистку и поддержание сети в рабочем состоянии, составляющие 8-10 руб/га;
• занимает огромную площадь отчуждения плодородных земель;
• значительная продолжительность рассоления земель, достигающая 15-20 лет, и огромные затраты оросительной воды на поддержание благоприятного солевого режима почв;
• усиление солеобмена и увеличение сброса солей в источники орошения.

Эффективность различных типов дренажа, рассчитанная
для создания одинаковой дренированности территории

Показатель	Тип дренажа
	открытый	закрытый	вертикальный	комбинированный
Коэффициент земельного использования (КЗИ), %
Увеличение орошаемой площади за счет повышения КЗИ, %		до 8	до12	до 8-9
Увеличение дренированности земель за счет обеспечения стабильной глубины дренажа (закрытого), предотвращения поверхностного сброса и увеличения скорости снижения грунтовых вод, %
Диапазон регулирования уровня грунтовых вод, м	1,5-2,5	2,0-2,4	2,0-5,0	2,0-2,5
Продолжительность рассолительного периода, лет
Ускорение темпов рассоления почвогрунтов за счет создания оптимального мелиоративного режима (увеличения свободной емкости почвогрунтов (раз))	1,0	1,25-1,3	1,5-2,0	1,5-2,0
Экономия воды за счет ликвидации поверхностного сброса, %
Экономия воды за счет создания лучшего мелиоративного режима и ускорения темпа рассоления, %
Экономия воды за счет строительства совершенных видов дренажа, %

Источник: Якубов Х.И., Насонов В.Г. Дренаж на орошаемых землях.
– Ташкент, «Мехнат», 1987

Дренаж необходимо рассматривать как способ искусственного понижения уровня грунтовых вод, рассоление почв и грунтовых вод с целью улучшения водно-солевого режима.

Для засоленных почв в сочетании с правильной системой орошения и агромелиоративными мероприятиями дренаж является основным условием обеспечения оттока грунтовых вод, высококачественного проведения промывок, рассоления почв и опреснения засоленных грунтовых вод. Все это очень важно для поднятия культуры земледелия и повышения урожайности сельскохозяйственных культур в орошаемых условиях. Засоленные почвы Узбекистана в настоящее время имеют достаточно распространенную по протяженности открытую и закрытую дренажную сеть, а хозяйства располагают большим разнообразием мелиоративной техники.

В Узбекистане нашли применение три основных типа дренажа: открытый горизонтальный, закрытый и вертикальный. Наибольшее распространение получил открытый горизонтальный дренаж. На подверженных засолению почвах глубокий открытый дренаж (2,5-3,5 м) считается более действенным, чем мелкий (глубиной 1-2 м). При этом можно удерживать грунтовые воды на большой глубине и качественно рассолять почву при проведении промывных поливов. Эффективность открытых дрен во многом зависит от рабочей (действующей) глубины. Если дрена имеет наносы и сорную растительность, то уровень воды в ней повышается. Это уменьшает напор и отвод грунтовых вод, а, следовательно, и ее мелиоративное действие.

Положительная работоспособность, мелиоративная эффективность и сохранность открытого дренажа в большой мере зависят от соблюдения при его строительстве правильного уклона дрен, рациональной величины его откосов, правильного (планового) расположения по отношению к оросительной сети, а также удельной протяженности дренажа. Установлено, что в среднем при коэффициенте земельного использования 0,7-0,8 норма дренирования земель в зависимости от степени подверженности их засолению должна быть в пределах от 20 до 40-50 пог.м/га. Необходимо отметить, что для тяжелых почв с низкими коэффициентами фильтрации, водоотдачи и солеотдачи такая норма недостаточна. Как показали исследования САНИИРИ, для усиления дренажного стока и достаточно глубокого рассоления почвогрунта удельная протяженность дренажа на таких почвах должна быть доведена до 70-100 пог.м/га.

При близком (5-10 м) залегании водоносного пласта с напорными водами и хорошими фильтрационными свойствами можно значительно повысить эффективность действия открытого дренажа с помощью вертикальных скважин-усилителей. При этом они снижают интенсивность напорного притока и способствуют созданию нисходящих токов грунтовых вод. Это все позволяет увеличить их дренажный сток, ускорить рассоление почв.

* * * *

Дренаж орошаемых земель – это комплекс гидротехнических сооружений, состоящий из:

• регулирующих (полевых) дрен, предназначенных для приёма и удаления излишков почвенно-грунтовых вод и растворимых в них солей за пределы орошаемого поля;
• групповых дрен — собирателей стока регулирующих дрен одновременно, выполняющих также и регулирующую роль;
• проводящих и отводящих коллекторов, предназначенных для сбора стока, поступающего из регулирующих дрен и собирателей, с целью его отведения за пределы дренируемой территории в реки или естественные понижения, служащие водоприёмниками.

Регулирующие дрены, как и собиратели, могут быть традиционными горизонтальными (открытыми или закрытыми) и вертикальными, а также инновационными комбинированными.

Открытый горизонтальный дренаж представляет собой разветвлённую сеть больших и малых земляных канав, дно которых вскрывает уровень грунтовых вод и обеспечивает свободный гравитационный отток фильтрационных и дренажных вод.

Поступление воды в дрену происходит самотёком под действием напора (h), образованного за счёт разницы высотных отметок уровня грунтовой воды в центре между дренами и уровня воды над дном дрены. Поэтому дрены работают (принимают воду) только тогда когда поверхность грунтовых вод находится выше уровня дна дрен. Причём коллекторные канавы, которые, как правило, проводятся по естественным понижениям, выполняют двойную роль — они не, только отводят поступающую из регулирующих дрен воду, как отводящие коллектора, но и сами дренируют прилегающие территории.

На землях, подверженных засолению глубокий дренаж более предпочтителен, чем мелкий, так как он позволяет:

• удерживать грунтовые воды на большей глубине и следовательно обеспечивать возможность более глубокого рассоления почво-грунтов при промывках;
• уменьшить возможность и интенсивность реставрации засоления почвы;
• увеличить расстояние между дренами, обеспечивая более полезное использование земли под посевы сельхоз культур.

Поэтому наиболее распространённые на староорошаемых землях региона глубины дрен составляют: около 2,5 метра для регулирующих дрен; 2,5-3,0 метра для групповых дрен — собирателей; 3,0-4,0 метра и более для отводящих коллекторов.

При расчёте расстояний между дренами наряду с литологическим строением и проницаемостью почвогрунтов, учитывается модуль дренажного стока, установленный на основе водно-солевого баланса, как объём грунтовых вод (нагрузка на дренаж), подлежащий отводу с дренируемой территории для поддержания уровня грунтовых вод на необходимой глубине. Модуль дренажного стока означает расход (отведение) дренажной воды в единицу времени с одного гектара (л/сек/га). На орошаемых, подверженных засолению землях, среднегодовой модуль дренажного стока обычно составляет, 0,15 л/сек/га для тяжёлых, 0,20 л/сек/га для средних, 0,25 л/сек/га для лёгких грунтов.

На староорошаемых землях при глубине дрен 2-3 метра, расстояние между ними обычно составляет 100-200 м для тяжёлых, 200-350 м для средних и 350-500 м для лёгких грунтов.

Главной задачей горизонтальных дренажных систем является необходимость создать условия, обеспечивающие гравитационный отток грунтовых вод, собираемых регулирующими дренами в водоприёмники. С этой целью на коллекторах и дренах требуется своевременно и системно — «с низу в верх» удалять возможные обрушения и оползни, перемычки и подпруды с одновременной очисткой от сорной растительности и заиления, обеспечивая беспрепятственный отток дренажных вод. При осуществлении очистительных работ на коллекторно-дренажной сети очень важно извлекать грунт не с откосов, а из дна коллекторов, то есть не в «ширь», а в «глубь».

В тоже время открытый горизонтальный дренаж несмотря на простоту и сравнительно малые затраты на его устройство, классифицируется как не совершенный, так как имеет ряд существенных недостатков среди которых:

• быстрая заиляемость и зарастаемость сорной растительностью, а также подверженность оползням и обрушениям, что требует больших затрат на систематическую очистку и заглубление;
• затруднительность обеспечения своевременной оперативной очистки и заглубления дрен и коллекторов для поддержания их необходимой рабочей глубины (особенно в условиях оплывающих грунтов), определяющей их дренирующее действие;
• открытые дрены и коллектора, занимая большую площадь, способствуют потери орошаемых земель, мешают механизации сельхозработ и движению транспорта;
• при большом поступлении напорных подземных вод открытый дренаж не обеспечивает достаточного рассоляющего действия и требует больших затрат оросительной воды для достижения необходимой мелиоративной эффективности.

Всё это способствовало необходимости перехода на технически совершенные закрытые типы дренажа, первоначально, внедрённые на ново осваиваемых, а затем и на староорошаемых землях Узбекистана в 70-80 годы прошлого столетия.