ДРЕНАЖ

ДРЕНАЖ, осушение и аэрирование почвы подземными трубами (называемыми дренами), имеющие целью создание физико-хим. и биологических условий, повышающих плодородие почвы.

Рис. 1. Дренажная система

Д. применяется: 1) в избыточно увлажнённых почвах для отвода избыточной для с.-х. р-ний воды и для аэрирования почвы, т. е. обогащения её воздухом и усиления газообмена между почвой и атмосферой; 2) в тяжёлых и плотных почвах, где даже при небольшой влажности мало воздуха и газообмен слаб; 3) очень редко - в почвах засушливой зоны, в местах с чрезмерно высоким уровнем грунтовых вод, при отсутствии естественного оттекания их - для понижения этого уровня, ослабления или прекращения восходящих токов воды с солями и удаления воды и солей при промывках засоленных почв с целью устранить заболачивание и засоление почв. Предотвращение засоления почвы при орошении достигается применением травопольной системы земледелия, и для этой цели дренаж применять не следует. Часто травопольной системой земледелия достигается и устранение уже наступившего засоления. Дренажные трубы применяются и для увлажнения почвы при подземном орошении. В соответствии с различием целей и условий Д. устраивается различно.

Табл. 1. Ориентировочные значения нормы осушения Z в см

Виды Д. Осушительный Д. для освобождения от избытка воды нормально развитого корнеобитаемого слоя понижает уровень грунтовых вод, пополняемых атмосферными осадками, подземными потоками, разливами рек и ручьёв и поверхностным стоком воды с окружающих возвышенностей. Создаваемая Д. глубина Z зеркала грунтовых вод, измеряемая от дневной поверхности почвы, называется нормой осушения и зависит от биологических особенностей возделываемой культуры, от свойств осушаемой почвы и климатических условии. В табл. 1 указана ориентировочная норма ocушения Z в ср. за вегетационный период.

Для понижения зеркала грунтовых вод закладывается дренажная система (рис. 1), состоящая из всасывающих дрен, коллекторов, водоотводящих каналов и водоприёмника (см.) с сооружениями на них. Избыточная вода из почвы входит во всасывающие дрены, стекает по ним в коллекторы, из них в водоотводящие открытые каналы, а затем в водоприёмник. Если осушаемая территория невелика, коллекторы могут сбрасывать воду непосредственно в водоприёмник. По границам осушаемой территории устраивают, по мере надобности, ловчие дрены, перехватывающие подземные потоки из-под окружающих возвышенностей; нагорные канавы, перехватывающие поверхностный сток с этих возвышенностей, и прибрежные дамбы, устраняющие затопление разливами рек. Зеркало грунтовых вод между дренами выгнуто кверху выпуклым сводом (рис. 2); наивысшая точка свода А ниже дневной поверхности почвы на норму осушения Z, а наинизшая точка В выше уровня воды в дрене "на остаточный напор" а, равный 3 - 4 см в песке и 10 - 15 см в глине. Разность t высот точек А и В может дойти до 10 - 15 см в песке и 40 - 50 см в глине. Однако сильное и длительное испарение может уменьшить t настолько, что зеркало воды между дренами может стать горизонтальным или даже изогнутым вниз. Глубина Я закладки дрен по рис. 2 равна:

где: Δ - осадка грунта после осушения, приблизительно равная 25 - 30% Z в торфах, 10 - 15% в глинах и суглинках и 5 - 10% в песках и супесках. В табл. 2 указана (числителем) ориентировочная глубина Н закладки дрен в однородных грунтах. Если грунт имеет слоистое строение, то, обеспечивая намеченную норму осушения, стремятся положить дрену в водопроницаемый слой с наименьшим заглублением в водоупорный слой. Расстояние между соседними дренами при закладке их на водоупоре, по А. Н. Костякову, равно:

где: Н - глубина закладки дрен в м; Z - норма осушения в м; к - коэф-т фильтрации (см. Подземные воды) в ^м/_сутки; Т - число суток, в течение к-рых зеркало грунтовых вод опускается на норму осушения Z от дневной поверхности; оδ - водоотдача (т. е. количество воды, к-рое может попасть из почвы в дренаж), выражаемая в долях объёма осушаемого слоя. В табл. 2 показаны (знаменателем) обычные в практике расстояния между дренами. Если водоупор залегает глубоко, расстояния между дренами м. б. больше.

Рис 2. Зеркало грунтовых вод между дренами

Дл. всасывающих дрен делают не больше 200 м. В плане дрены располагают так, чтобы скорость течения воды в них была не менее 0,25 ^м/_сек, а при прохождении дрены в плывуне не менее 0,4 ^м/_сек. Поэтому продольный уклон дрены д. б. не менее 0,002. Вообще стремятся расположить дрены поперёк склона, под малым углом к гидроизогипсам, т. е. горизонталям зеркала грунтовых вод. Однако, если уклон зеркала очень мал, дрены располагают вдоль склона почти под прямым углом к гидроизогипсам. Первое расположение называется поперечным, второе - продольным (рис. 1).

Табл. 2. Обычные комбинации глубины заложения II траншейных дрен и расстояния D между ними (Н и D в м)

Для закладки дрен дренажными машинами (см.) или вручную роют канавы (траншеи) необходимой (по табл. 2) глубины, имеющие форму узкой трапеции. На дно канавы укладывают дрену, над ней фильтр, т. е. слой хвойных веток, вереска, свежего мха, дёрна, опилок или слой песка толщиной в 10 - 15 см для очистки поступающей в дрену воды от грязи. Над фильтром канаву засыпают землёй в том порядке её слоев, какой они имели до вырытия канавы.

Дрены бывают гончарные, дощатые, фашинные, хворостяные, жердевые, каменные.

Гончарные дрены - хорошо обожжённые цилиндрические трубки дл. по 33 см - укладывают на дно канавы, если оно плотно, или на дощатых прокладках, если оно рыхло или вязко. В стыке между трубками оставляется щель шир. в 1 - 2 мм, через к-рую и поступает вода из почвы. Стык обёртывается толем, берестой, рогожей, мешковиной и т. п. или закрывается гончарной муфтой, чтобы в дрену не попал вместе с водой ил и не врастали корни р-ний. Всасывающие дрены берутся обычно внутренним диам. не менее 5 см, а в пылеватых и железистых грунтах и при наличии напора в грунтовых водах - не менее 6 - 8 см. Коллекторы в верховьях делаются из таких же трубок, как дрены, но ниже по течению; диам. коллектора постепенно увеличивается, т. к., чем длиннее коллектор, тем большее количество дрен он принимает и тем больше воды несёт. Обыкновенно коллектор имеет дл. 750 - 1500 м, диам. его в конце не больше 25 - 30 см. Из всасывающих дрен вода стекает в коллектор сверху (рис. 3). Коллектор отводит воду в открытый канал или водоприёмник, имея в устье выпускное сооружение (рис. 4). Гончарный дренаж обычно служит до 50 - 80 лет без капитального ремонта. На коллекторах - в точках сопряжения с ним дрен - и на дренах, с расстоянием 100 - 150 м один от другого, ставятся колодцы (рис. 5), выполняющие одновременно неск. функций: 1) в колодце видно, какая из дрен не работает; 2) через него можно тряпочной куклой на проволоке чистить дрены на дл. 25 - 30 м; 3) углубление колодца ниже дрен служит отстойником, где дренажная вода освобождается от наносов; 4) в колодце легко создать перепад необходимой вые, помещая выходящую дрену ниже входящей; 5) вставляя в пазы колодца шандорный щит из неск. досок, можно уменьшить или совсем прекратить приток воды из входящих дрен (на время засухи). Часто применяются дощатые дрены, т. е. деревянные трубы прямоугольного сечения 5×5 или 7×7 см для всасывающих труб и до 25×25 см для коллекторов. Вода из почвы поступает в дрену через узкие (1 - 1,5 мм) щели между верхней и боковыми досками трубы. Толщина досок 1 - 2,5 (рис. 6). Дрены перекрываются сверху дёрном, а затем засыпаются землёй. Дощатый Д. дешевле гончарного, установка его легче и быстрее; при осадке почвы после осушения он изгибается не ломаясь. Срок службы его: в торфах 15 - 20 лет, в минеральных грунтах 10 - 15 лет. Расстояние между дощатыми дренами берут на 10-15% меньше указанного в табл. 2.

Рис. 3. Сопряжение дрены с коллектором: 1 - замыкающий камень; 2 - коллектор

Рис 4. Выпуск коллектора в канал

Рис. 5. Коллектор-регулятор

Широко применяются также фашинные дрены, т. е. пучки диам. в 25 - 35 см из древесных побегов (ива, берёза и др.). Каждый побег ставится в фашине комлем вверх по течению, вершиной ("веником") вниз. Фашина на протяжении до 150 м вяжется непрерывно и всюду одинакового диам.; снаружи она обвязывается через каждые 50 - 100 см проволокой или гибким прутом. Фашины легко забиваются грязью и поэтому в мелкозёмистых и железистых грунтах не применяются. Продольный уклон фашинных дрен д. б. не меньше 0,005, расстояние между ними на 25% меньше указанного в табл. 2. Фашины делаются из подручного материала, вяжутся и укладываются легко, мало страдают от осадки грунта; срок службы их 12 - 15 лет - в торфах и 5 - 10 лет - в минеральных грунтах. Часто во рву укладываются 2 - 3 фашины (рис. 7), иногда с перекладинами и козлами. Иногда хворост кладётся на дно рассыпным слоем толщиной в 30 - 50 см; такой Д. называется хворостяным, он работает хуже, чем фашинный.

Рис. 6. Дощатая дрена

Жердяной Д. устраивается из жердей диам в 6 - 12 см, укладываемых либо пучками диам. в 25 - 35 см, либо слоями из продольных жердей, с поперечными перекладинами между ними через 1 м. Иногда дрена составляется из горбылей вверху и внизу, между к-рыми продольно укладывают жерди или горбыли (рис. 8).

Рис. 7. Фашинная дрена: 1 - фильтр-дернина; 2 - фашины

Рис. 8. Дрена из горбылей: 1 - фильтр; 2 - горбыли; 3 - жерди

Бетонные дрены прочны, дёшевы, изготовляются вблизи места работ, но в торфяных и засоленных почвах неприменимы, т. к. гумусные кислоты и сернистые соединения разъедают их в 2 - 4 года.

Кротовый Д. Если неглубокий растительный слой почвы подстилается мощным слоем водоупорной глины или тяжёлого суглинка, то и растительный слой и верхняя часть глинистого слоя (всего толщиной 40 - 60 см) бывают переувлажнены. Нижняя же часть глинистого слоя и лежащий под ним подзол увлажнены умеренно или даже слабо. Это случай верховодки. Для усиления аэрирования почвы в этих условиях применяется кротовый Д., образуемый кротовым плугом (см. Дренажные машины). Кротовые дрены (рис. 9) делают в вязких, пластичных грунтах (ср. и тяжёлые суглинки, глины, лёсс) при умеренной влажности, при к-рой эти грунты сохраняют приданную им форму. В сыпучих грунтах (песок) и в грунтах, увлажнённых до текучести, кротовые дрены не проводят, т. к. они скоро осыпаются или заплывают. Наличие валунов, пней и неровностей рельефа и микрорельефа сильно затрудняют кротовое дренирование. Кротовые дрены служат 3 - 5 лет и более. Для удлинения срока службы кротовые дрены крепятся изнутри иногда хворостяным жгутом или гончарными трубами, затаскиваемыми в дрену кротовым плугом. Для устранения верховодки кротовые дрены проводят диам. в 5 - 10 см с уклоном не менее 0,003, на глубине 60 - 70 см, на расстоянии одна от др. 8 - 12 м - для лугов и пастбищ, 5 - 8 м - для полевых культур и 2 - 6 м - для овощных. После проведения кротовых дрен влажность верхних слоев почвы уменьшается, а нижних увеличивается; влажность всего дренированного слоя становится равномернее по вертикали и во времени, значительно улучшается газообмен, аэробные процессы усиливаются, и почва приобретает лучшую структуру. Кротовые дрены делают дл. не более 100 - 150 м. Своими устьями они выходят либо в открытые канавы, либо в коллекторы (гончарные или дощатые), причём в устье кротовой дрены вставляется гончарная или деревянная труба, к-рая и выходит в откос канала или сопрягается с коллектором.

Рис. 9. Кротовая дрена

Кротовый Д. применяется также для понижения уровня грунтовых вод в качестве вспомогательного к постоянному Д. (гончарному или дощатому). Глубина Н и расстояние D между кротовыми дренами в этом случае ориентировочно таковы: на лугах Н=0,5-0,7 м, D=8-12 М, на пастбищах Н=0,6-0,8 м, D=7-10 м, для полевых культур Н=0,65-0,9 м, D=4-8 м и для овощных Н=0,7-0,9 м, D=3-5 м. Длина кротовых дрен и здесь не больше 100 - 150 м. Такой кротовый Д., во-первых, сильно увеличивает расстояние между постоянными дренами, и, во-вторых, пронизывая почву густой сетью, кротовые дрены, при подпоре коллектора в засуху, быстро разводят воду по полю и увлажняют почву инфильтрацией.

Кротовый Д. в торфах проводят после осушения болота редкой сетью открытых каналов, служащих коллекторами для кротовых дрен.

Описанные виды Д., регулируя водно-воздушный режим почвы, радикально изменяют все её свойства, направление и интенсивность протекающих в ней процессов, повышают (или вновь создают) её плодородие.

Д. применяется для понижения уровня грунтовых вод на орошаемых почвах, если глубина зеркала грунтовых вод в ср. га год менее 2,0 - 2,5 м, а в оросительный период может доходить до 1,2 м (хотя бы периодами и не больше 8 - 10 дней), и если нужного понижения уровня грунтовых вод нельзя добиться комплексом агролесотехнических мер и мерами надлежащей эксплоатации оросительной сети. Такие случаи встречаются редко в местностях, где отток грунтовых вод недостаточен или отсутствует. Такой Д. может служить также для отвода вод при промывке засоленных почв при аналогичных условиях. Дрены для этой цели закладывают па такой глубине Н, к-рая больше наибольшей высоты капиллярного поднятия воды в дренируемой почве и обеспечивает норму осушения больше 2 - 2,5 м в ср. за год. Поэтому в лёгких почвах Н равна 2,5 - 3 м, в тяжёлых 3 - 4 м. При глубине Н=2-3 м ориентировочно принимают расстояние между дренами: для глинистых почв 100 - 200 м, суглинистых 200 - 300 м, суглинистых с песчаными прослойками 300 - 800 м.

Рис. 10. Дренаж на орошаемых почвах

Длина дрен зависит от рельефа местности и м. б. до 500 м. В плане (рис. 10) дрены располагаются под малым углом к гидроизогипсам, но уклон дрен д. б. не меньше 0,001 - 0,002, а в песчаных грунтах не менее 0,003, т. к. для предотвращения заиления скорость течения в дрене д. б. не меньше 0,25 ^м/_сек, а при заложении дрены в мелкопесчаных грунтах не менее 0,4 ^м/_сек. Если дрены параллельны оросительным каналам, то они должны отстоять от каналов не меньше чем на 50 м. Дренами обычно служат гончарные трубы диам. в 10 - 15 см. Их укладывают так, чтобы щель в стыке была равна 0,5 - 2 мм. Для предотвращения заиления, стыки помещаются в гончарные муфты или обёртываются толем, мешковиной и т. п. Дрены засыпают песчаным фильтром толщиной в 10 см.

Коллекторы принимают волу из дрен и сбрасывают её в водоприёмник. Они располагаются преимущественно в пониженных местах рельефа и имеют уклон не меньше 0,0005 - 0,001 и диам. 15 - 20 см. В местах сопряжений дрен с коллекторами ставят осадочные колодцы, дно к-рых на 40 - 60 см ниже дрен. Они одновременно являются смотровыми и ремонтными, а иногда служат перепадами.

Кроме описанных видов горизонтального Д., состоящего из дренажных линий с малым уклоном, существует также вертикальный Д. Вертикальный Д. бывает 2 видов:

1. Дренаж, представляющий систему мелких водопоглощающих колодцев. Применяется для осушения избыточно увлажнённых тяжёлых почв (торф, глина, суглинок), подстилаемых сравнительно тонким водоупорным слоем, под к-рым лежит мощный слой песка или галечника, способный поглотить и отвести большое количество воды. В этом случае бурят или роют небольшие колодцы, прорезающие водоупорную прослойку, и по ним вода из переувлажнённой почвы стекает в нижний водоотводящий слой (рис. 11). Расстояние между колодцами колеблется от 5 до 80 м. Они размещаются преимущественно в низинах.

Иногда поглощающий колодец отводит воду, собранную в подземный резервуар дренами, и служит водоприёмником (рис. 12). Вода, поглощаемая колодцем, освобождается от наносов либо в подземных отстойниках, либо в фильтрующем материале, т. к. иначе песчаное дно колодца быстро заиливается и уменьшает свою способность поглощать воду.

Рис. 11. Водопоглощающий колодец

Рис. 12. Поглощающий колодец с дренами

2. Дренаж, представляющий систему глубоких колодцев, из к-рых откачивают воду насосами для понижения уровня грунтовых вод, с целью освободить корнеобитаемый слой от избытка воды, ослабить или совсем прекратить капиллярный ток воды к дневной поверхности почвы и тем устранить заболачивание и засоление почвы. Он применяется в случаях, когда корнеобитаемый слой, обычно суглинистый, без водоупорной прослойки подстилается мощным водоносным (обладающим лёгкой водоотдачей) слоем, в к-ром естественное оттекание воды незначительно или отсутствует, а запас воды пополняется Фильтрационными потоками, идущими к дренируемой местности извне. Глубокие колодцы бурятся обычно до прочного водоупорного дна водоносного слоя и поэтому имеют большую глубину, от 20 до 150 м. Обсадные металлические трубы в них, диам. в 25 - 50 см, внизу оканчиваются фильтром или стренером, т. е. дырчатой трубой, сквозь отверстия к-рой грунтовая вода поступает в колодец. Дебит колодца колеблется от 10 до 200 ^л/_сек. Откачка производится обычно центробежными насосами с вертикальной осью вращения, к-рые опускаются в колодец и приводятся во вращение электромотором мощностью в 15 - 35 л. с. При большом дебите Q и небольшой высоте подъёма Я применяются вертикальные пропеллерные насосы; при очень большом Q и малой (меньше 6 м) Н - центробежные с горизонтальной осью вращения, при малом Q и большой Н - поршневые.

Рис. 13. Схема притока воды к колодцу

Вследствие откачки грунтовая вода образует вокруг колодца воронку (рис. 13), радиус к-рой зависит от глубины воронки и водопроницаемости грунта. При обычной глубине воронки в 12 - 15 м радиус действия колодца колеблется от 400 до 1000 м; 1 колодец обслуживает площадь от 50 до 400 га. Расстояние между колодцами в водопроницаемом грунте вдоль склона местности от 1 до 3 км, поперёк склона - от 1 до 1,5 км, в суглинистых грунтах - приблизительно вдвое меньше.

При концентрации солей меньше ¹/₁₀₀₀ выкачиваемую из колодцев воду используют для поливов; при большей концентрации её разбавляют речной водой и этой смесью поливают; сильно засоленную воду отводят в водоприёмник. Постройка и эксплоатация такого дренажа обходится очень дорого и применяется редко.

А. Черкасов

Литература: Беседнов Н., Опытный дренаж на Мугани, Тифлис, 1935; Глебов П., Курс ирригации, Л.-М., 1938; Костяков А., Основы мелиорации, 4 изд., М., 1938; Кротовый дренаж. Сборник, под ред. А. Н, Костикова, М., 1943; Справочник по мелиорации и гидротехнике, т. III, M., 1945; Черкасов А., Мелиорация и сельскохозяйственное водоснабжение, 2 изд., М., 1939.

Источники:

1. Сельскохозяйственная энциклопедия. Т. 1 (А - Е)/ Ред. коллегия: П. П. Лобанов (глав ред) [и др.]. Издание третье, переработанное - М., Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1949, с. 620