Способ химической защиты закрытого горизонтального дренажа орошаемых земель

 

Использование: при строительстве закрытого горизонтального дренажа орошаемых земель преимущественно на щелочных, осолонцованных грунтах и почвах, а также почвогрунтах, подвергающихся при орошении вторичному ощелачиванию и осолонцеванию. Сущность изобретения: в качестве кальцийсодержащих мелиорантов используют гипс или фосфогипс. Определяют содержание обменного натрия в почвеннопоглощающем комплексе и соды в полуметровой зоне грунта, где производится укладка труб и формирование фильтров, в почвогрунтах обратной засыпки траншеи и почвах дренируемой территории и дифференцировано в каждую зону вносят мелиоранты в дозах, обеспечивающих полное вытеснение обменного натрия ионом кальция и полную нейтрализацию соды на период эксплуатации дренажа. Цель изобретения - повышение эффективности защиты закрытого горизонтального дренажа и заиления и осиликачивания. 1 табл.

Изобретение относится к мелиорации и может быть использовано при строительстве закрытого горизонтального дренажа преимущественно на щелочных (содержащих в составе солей соду), осолонцованных грунтах и почвах, а также почвогрунтах, подвергающихся или подвергающихся при орошении вторичному ощелачиванию и осолонцеванию.

Наиболее близким решением к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату при его исполнении является защита осушительного закрытого дренажа от заиления полостей дренажных труб и водоприемных отверстий железистыми соединениями (ожелезнение, заохривание) путем внесения в траншейную засыпку извести, соединений, содержащих медь, и проведения известкования почв [1] Однако известное решение имеет недостаток, заключающийся в том, что защита дренажа этим способом производится лишь на кислых переувлажненных и болотных почвах и только лишь от ожелезнения (заохривания) и не может защитить дренаж от негативных явлений, сооружаемый на щелочных, содержащих в составе соду, осолонцованных грунтах, почвах и почвогрунтах, подвергающихся при орошении вторичному осолонцеванию и ощелачиванию.

В условиях высокой щелочности происходит диспергирование (измельчение) частиц почв и грунтов, пептизация коллоидов, увеличивается содержание водопептизированного ила, снижаются водопроницаемость и коэффициенты фильтрации почвогрунтов, возрастает растворимость кремнезема, происходит щелочной гидролиз алюмосиликатов, в процессе которого образуются аморфный кремнезем, ортокремниевая кислота, силикаты натрия, соединения железа и алюминия [2-5] Как показали наши лабораторные и натурные исследования, диспергированные частицы почв и грунтов, водопептизированный ил, растворимый кремнезем и продукты щелочного гидролиза минералов вызывают заиление и осиликачивание (окремнение) перфорации дренажных труб и дренажных фильтров, что ухудшает работу дренажа и может вывести его из строя.

Целью изобретения является повышение эффективности защиты закрытого горизонтального дренажа орошаемых земель от заиления и осиликачивания (окремнения).

Теоретической и практической основой (аналогом) способа химической защиты закрытого горизонтального дренажа орошаемых земель от заиления и осиликачивания (окремнения) является химический способ мелиорации солонцов и солонцеватых почв, применяемый в нашей стране и за рубежом.

Вносимые при этом способе в почвы химические мелиоранты (гипс, фосфогипс и др. кальцийсодержащие мелиорирующие вещества) вытесняют из почвенно-поглощающего комплекса обменный натрий ионом кальция, нейтрализуют соду, коагулируют коллоиды, уменьшают содержание водорастворимого кремния, предотвращают щелочной гидролиз минералов и пептизацию ила, что обеспечивает улучшение химических, физико-химических и фильтрационных свойств почв.

Данная цель достигается тем, что при строительстве закрытого горизонтального дренажа дреноукладчиками типа "Хайконс", "Супер-300", экскаватора-дреноукладчика ЭТУ-406 и другими дреноукладочными машинами помимо применения фильтров из синтетических рулонных защитно-фильтрующих материалов, на дно траншеи, в фильтрующую обсыпку дренажного трубопровода, в грунты и почвы обратной засыпки траншеи вносят гипс или фосфогипс.

Одновременно со строительством дренажа проводят химическую мелиорацию солонцеватых почв, солонцов, почв, подвергающихся при орошении ощелачиванию и осолонцеванию и профилактическое внесение химических мелиорантов на почвах, которым угрожают вторичное ощелачивание и осолонцевание, что помимо улучшения химических, физико-химических и водно-физических свойств почв и защиты их от негативных процессов, уменьшит растворимость кремнезема, исключит вынос фильтрационным потоком из почв илистых частиц (механическую суффозию), продуктов щелочного гидролиза минералов и приток в грунтовые воды, отводимых дренажем, щелочных растворов, содержащих водорастворимые соединения кремния, алюминия и железа.

Для защиты дренажа от заиления и осиликачивания (окремнения) применяется сыромолотый гипс и фосфогипс-отход производства экстракционной фосфорной кислоты, используемой для выработки фосфорных удобрений. Содержание СаSO₄·2H₂O в сыромолотном гипсе и фосфогипсе составляет соответственно 71-75% и 80-92% Предпочтение нужно отдать фосфогипсу, как кислому мелиоранту с РН 2,5-3, отвечающему требованиям технических условий (ТУ 6-08-207-71 и ТУ 6-08-418-78).

Доза мелиоранта, вносимая на дно траншеи, в фильтрующую обсыпку дренажного трубопровода и почвогрунты обратной засыпки траншеи определяется в 1 кг на 1 м погонной длины дрены из расчета полного вытеснения из почвенно-поглощающего комплекса обменного натрия ионом кальция и полной нейтрализации соды в полуметровой зоне грунта, прилегающей ко дну и стенкам нижней части дренажной траншеи (зона укладки дренажных труб и формирования фильтра) и в почвогрунтах обратной засыпки траншеи. Кроме расчетной дозы в обсыпку дренажного трубопровода вносят буферную дозу мелиоранта (2-3 кг CaSSO₄·2H₂O) на 1 м погонной длины дрены), обеспечивающую на период эксплуатации дренажа защиту грунтов мелиорированной зоны траншеи от вторичного ощелачивания и осолонцевания и поддержание в фильтрующей обсыпке дренажного трубопровода нейтральной или слабощелочной реакции среды.

Общая доза химического мелиоранта (CaSO₄·2H₂O), вносимого в дренажную траншею, составляет ориентировочно от 4-6 до 10-12 кг на 1 м погонной длины дрены.

Расчет дозы гипса (Д, кг/м²) (CaSO₄·2H₂O), необходимой для мелиорации грунтов, прилегающих ко дну и стенкам нижней части траншеи (зона укладки дренажных труб и формирования фильтра) и почвогрунтов обратной засыпки, производится по формуле где 0,086 коэффициент, соответствующий 1 мг-экв гипса; h мощность мелиорируемого слоя, см; v плотность почвы, грунта, г/см³; Na содержание поглощенного (обменного) натрия, мг-экв на 100 г почвы, грунта; HCO₃, CO₃, Ca, Mg ионы, содержащиеся в водной вытяжке почвы, грунта, мг-экв на 100 г.

Физическая доза (кг/м²) гипса (фосфогипса) определяется по формуле К содержание СаSO₄,
B содержание влаги в гипсосодержащем материале, на сухую навеску.

Расчет дозы мелиоранта, необходимой для внесения в траншею при сооружении дренажа, производится на основании данных, характеризующих геохимические свойства почвогрунтов по трансам дрен до глубины, превышающей не менее 0,5-1,0 м глубину дренажной траншеи. При этом необходимо иметь данные анализа химического состава водных вытяжек, содержания поглощенного (обменного) натрия, гипса, показатели плотности почв и грунтов обратной траншейной засыпки, грунтов зоны сооружения дренажного фильтра и ниже дна траншеи. Необходимо иметь данные по минерализации и химическому составу грунтовых вод и прогнозу изменения их при орошении.

Для расчета дозы мелиоранта необходимой для защиты дренажа, помимо данных, характеризующих геохимических свойства почвогрунтов по трассам дрен, используют материалы почвенно-мелиоративных и гидрогеологических исследований, проводимых для обоснования проектов нового орошения или реконструкции оросительных систем.

Внесение химических мелиорантов на дно и в фильтрующую обсыпку дренажного трубопровода производится из бункера дреноукладочной машины, куда мелиорирующие вещества подаются с помощью транспортно-технических средств (автосамосвалов, тракторных прицепов), оборудованных дозирующими устройствами.

С помощью этих же технических средств вносят химические мелиоранты в почвогрунты, подаваемые транспортером дреноукладчика для обратной засыпки траншеи дрены. При сооружении дренажа дреноукладчиками, не оборудованными транспортерами ("Супер-300", экскаватор-дреноукладчик ЭТу-406 и др.), химические мелиоранты вносят в почвогрунты, вынутые при разработке траншеи перед ее обратной засыпкой бульдозером.

Внесение химических мелиорантов в почвы дренируемой территории с целью защиты дренажа производится в сочетании с проведением химической мелиорации солонцеватых почв, солонцов или с профилактическим внесением в почвы мелиорантов для предотвращения их вторичного ощелачивания и осолонцевания при орошении.

Ориентировочная доза гипса (CaSO₄·2H₂O) cоставляет от 2-3 до 20-25 т/га.

Расчет доз химических мелиорантов, необходимых для рассолонцевания почв, нейтрализации в них соды или предотвращения их ощелачивания и осолонцевания, производится по известным методикам и формулам на основе данных материалов почвенно-мелиоративных исследований, характеризующих геохимические свойства почв (химический состав водной вытяжки, состав обменных катионов, содержащих гипса), и данных прогноза изменения их при орошении.

Проведение химической мелиорации почв или мероприятий по предотвращению их ощелачивания и осолонцевания производится по известной технологии с применением глубокого рыхления (на 0,5-0,8 м), глубокой вспашки и щелевания почв.

Пример. Сооружение дренажа производится узкотраншейным дреноукладчиком "Хайконс". Глубина дренажной траншеи 3,0 м, ширина 0,35 м, дренажный трубопровод и объемный дренажный фильтр сооружаются на глубине 250-300 см. Почвы черноземы южные орошаемые тяжелосуглинистые солонцевато-глубокосолончаковатые содово-сульфатного засоления. Почвообразующие породы (грунты) тяжелые лессовидные суглинки. Грунтовые воды в осенний период залегают на глубине 3,5 м, минерализация 5,6 г/л, химический состав сульфатно-кальциево-натриевый.

Согласно гидрохимическому прогнозу в период орошения в грунтовых водах возможно появление следов соды.

Данные анализа почвогрунтов, отобранных по трассе дрены, приведены в таблице.

В качестве мелиоранта используется фосфогипс, содержащий 85% CaSO₄·2H₂O с влажностью 10%
1. Используя данные, приведенные в таблице и формулы, определяем дозу мелиоранта для внесения на дно траншеи и в фильтрующую обсыпку дренажного трубопровода, сооружаемого на глубине 250-300 см.

а) Для мелиорации грунтов полуметровой зоны, примыкающей ко дну траншеи

Физическая доза мелиоранта (фосфогипса) составит

С учетом ширины траншеи (0,35 м) доза CaSO₄·2H₂O и фосфогипса, вносимая на дно траншеи для мелиорации грунтов полуметровой зоны, примыкающей по дну траншеи, соответственно составит 1,5 кг/м²х 0,35= 0,5 кг и 1,9 кг и 1,9 кг/м²х0,35=0,6 кг на 1 м погонной длины дрены.

б) Для мелиорации грунтов стенок траншеи в зоне укладки дренажных труб и формирования фильтра

Физическая доза мелиоранта (фосфогипса) составит

Приведенные выше расчетные дозы CaSO₄·2H₂O и фосфогипса соответствуют дозе мелиоранта, вносимого в обсыпку дренажного трубопровода на 1 м погонной длины дрены, для мелиорации грунтов полуметровой зоны, прилегающей к стенкам траншеи на глубине 250-300 см.

С учетом буферной дозы (2 кг СаSO₄·2H₂O) или 2,6 кг фосфогипса общая доза мелиоранта, необходимая для внесения в обсыпку дренажного трубопровода, составит 3,8 кг СаSO₄·2H₂O или 5,0 кг фосфогипса на 1 м погонной длины дрены.

2. Определяем дозу мелиоранта, необходимую для внесения в грунты и почвы обратной засыпки траншеи (слой 0-250 см).

Используя данные, приведенные в таблице, и те же формулы определяем дозу мелиоранта для слоев 0-50, 50-100, 100-200, 200-250 см.

Для слоя 0-50 см доза СаSO₄·2H₂O составит

Физическая доза мелиоранта (фосфогипса) составит

С учетом ширины траншеи (0,35 м) доза CaSO₄·2H₂O и фосфогипса соответственно составят 1,2 кг/м²х0,35=0,4 кг и 1,5 кг/м²х0,35=0,5 кг на 1 м погонной длины дрены.

Для слоев 50-100, 100-200, 200-250 см доза CaSO₄·2H₂O составит соответственно 0,4,1,3,1,1 кг на 1 м погонной длины дрены или физическая доза мелиоранта (фосфогипса) соответственно составит 0,5;1,7;1,4 кг на 1 м погонной длины дрены.

Всего для мелиорации почвогрунтов обратной траншейной засыпки потребуется на 1 м погонной длины дрены 3,2 кг CaSO₄·2H₂O или 4,1 кг фосфогипса.

Итого общая доза мелиоранта, необходимая для внесения в траншею, составит 7,5 кг CaSO₄·2H₂O или 9,7 кг фосфогипса на 1 м погонной длины дрены.

Способ осуществляется следующим образом.

Производится срезка почвенного слоя с трассы дрены толщиной не менее 0,2 м бульдозером. Разработанный почвенный слой перемещают на расстояние до 5 м влево от оси дрены по ходу движения дреноукладчика. Дреноукладчик производит разработку траншеи с одновременной укладкой гофрированных дренажных труб, обеспечивает их обсыпку песчаной смесью и обратную засыпку ранее вынутым почвогрунтом. Дренажные трубы предварительно обертываются минерально-волокнистыми защитно-фильтрующими материалами (стеклохолст, стекловата и др.). Внесение химических мелиорантов на дно траншеи и в обсыпку дренажного трубопровода производится из бункера дреноукладчика, куда фильтрующие сыпучие материалы (песок или песчаную смесь) и мелиоранты вносят из автосамосвалов или тракторных прицепов, оборудованных датчиками. С помощью автосамосвалов, тракторных прицепов, оборудованных дозирующими устройствами и двигающихся параллельно дреноукладочной машине, вносят химические мелиоранты в почвогрунты, подаваемые транспортером дреноукладчика для обратной засыпки траншеи дрены. Окончательная засыпка "корыта", вскрытого при срезке гумусового слоя почвы, производится бульдозером.

Одновременно с сооружением дренажа производится химическая мелиорация почв дренируемой территории по известной в оросительных мелиорациях технологии.

Реализация изобретения позволит повысить эффективность защиты закрытого горизонтального дренажа орошаемых земель на щелочных, осолонцованных почвогрунтах от заиления и осиликачивания (окремнения), его надежность, продлить срок службы и сочетать применение химических мелиорантов для защиты дренажа с химической мелиорацией солонцеватых почв, солонцов и почв, подвергшихся при орошении вторичному ощелачиванию и осолонцеванию.

Формула изобретения

Способ химической защиты закрытого горизонтального дренажа орошаемых земель, включающий внесение кальцийсодержащего мелиоранта в траншейную засыпку, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты перфорации дренажных труб и фильтров от заиливания и осиликачивания, определяют содержание обменного натрия в почвенно-поглощающем комплексе и соды в полуметровой зоне грунта, прилегающей ко дну и стенкам нижней части дренажной траншеи, в качестве кальцийсодержащего мелиоранта используют гипс или фосфогипс в дозе, обеспечивающей полное вытеснение обменного натрия ионом кальция из почвопоглощающего комплекса почвогрунтов и полную нейтрализацию соды на период эксплуатации дренажа, причем для мелиорации грунта, прилегающего ко дну траншеи, дозу мелиоранта вносят на дно траншеи, а дозу мелиоранта для мелиорации грунта стенок нижней части дренажной траншеи вносят совместно с фильтрующей обсыпкой дренажного трубопровода, которая дополнительно содержит 2 3 кг мелиоранта на 1 м погонной длины дрены.

РИСУНКИ

Рисунок 1