Способ контроля работы поперечных дрен на катене
Владельцы патента RU 2485246:
Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственного использования мелиорированных земель Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВНИИМЗ Россельхозакадемии) (RU)
Изобретение относится к сельскому хозяйству и мелиорации и может быть использовано для совершенствования работы дренажных систем. Способ контроля работы поперечных дрен на катене заключается в определении своевременности понижения ими уровня почвенно-грунтовых вод и обеспечении требуемой нормы осушения. Для реализации способа осуществляют замер положения кривой депрессии в междренье по установленным скважинам. Для чего между скважинами назначают расстояние в зависимости от расстояния между дренами. Первую и последнюю скважины в междренье устанавливают в траншее, в которую вложены дрены. Вторую и предпоследнюю скважины устанавливают в одном метре от дрен. Остальные скважины размещают с учетом асимметричности кривой депрессии между поперечными дренами. Расстояние от верхней и нижней дрены рассчитывают с учетом расстояния Ев. Расстояние Ев определяют как расстояние от вертикали в точке на кривой депрессии с касательной к ней, параллельной поверхности почвы, в которой имеет место минимальная норма осушения - максимальное приближение уровня почвенно-грунтовых вод к поверхности почвы. Технический результат заключается в улучшении действия дренажа и повышении эффективности использования дренируемых минеральных почвогрунтов катены. 3 ил.
Изобретение относится к сельскому хозяйству и осушению почв Нечерноземной зоны. Результаты его реализации могут быть применены для улучшения действия дренажа и повышения эффективности использования дренируемых минеральных почвогрунтов, а также при совершенствовании проектирования, строительства, реконструкции, ремонта и эксплуатации дренажных систем на объектах-аналогах.
Известно много способов контроля работы дренажных систем. Часть из них представлена в следующих литературных источниках: в научно-исследовательских организациях используют Методы полевых исследований по осушительным мелиорациям (ВАСХНИЛ; Коллектив авторов; Под ред. Б.С.Маслова. - М.: Колос, 1983. - 320 с.), в частности в СевНИИГиМе - Методические указания по постановке и проведению опытов на осушительных системах (Коллектив авторов, утвержден научно-методическим советом института 25.06.1982 г. - Л.: СевНИИГиМ, 1983), а в производственных организациях - Справочник по эксплуатации мелиоративных систем Нечерноземной зоны РСФСР (Коллектив авторов; Сост. Т.И.Даишев. - Л.: Ленотделение Агропромиздата, 1987. - С.72…85, 202…252), известны и опубликованные патенты (А.с. SU 1341333 А1, Кл. E02B 11/00, 1987; Патент RU 2277148С1, Кл. E02B 11/00, 2006).
Наиболее близким аналогом-прототипом рассматриваемого предложения является способ, изложенный в приведенной выше публикации Методы полевых исследований по осушительным мелиорациям (Шкинкис Ц.Н. Вопросы методики полевых исследований осушительного действия дренажа. - С.29…30). Способ включает разметку наблюдательного створа, устройство в створе скважин для наблюдений за уровнем почвенно-грунтовых вод в междренье, проведение наблюдений за уровнем почвенно-грунтовых вод, анализ полученных данных и сравнение их с допустимыми значениями. При этом скважины размещают симметрично относительно дрен, по 5…9 штук между ними, но на разных расстояниях друг от друга. Первую скважину располагают непосредственно у дрены, вторую - независимо от расстояния между дренами Е и числа скважин в створе на расстоянии одного метра, третью, четвертую и пятую - примерно на расстояниях (1/8…1/7)Е, ¼ Е и ½ Е соответственно при 9 скважинах в створе или ¼ Е и ½ Е при 7 скважинах в створе. Такое размещение скважин в створе позволяет точно установить режим уровней почвенно-грунтовых вод в междренье и форму кривой депрессии.
Недостатком известных способов контроля работы дренажа, в т.ч. и прототипа, является то, что они не учитывают асимметричность кривой депрессии между поперечными дренами на катене. При осушении поперечными дренами склоновых земель симметрия кривой депрессии нарушается, кривая депрессии становится асимметричной. Это не позволяет точно установить фактическую норму осушения склоновых земель. Различие в полученных данных особенно велико при уклоне поверхности почвы ί, большем 5 ‰.
Этот же недостаток присущ и способам расчета дренажа. Так, известно утверждение, что при осушении сравнительно водопроницаемых почв горизонтальный трубчатый дренаж рассчитывают на понижение уровня почвенно-грунтовых вод в середине полосы между дренами до нормы осушения (Мелиорация: Энцикл. Справочник / Коллектив авторов; Под общ. ред. А.И.Мурашко. - Мн.: Белорус. Сов. Энцикл., 1984. - С.138).
Задача, решаемая данным изобретением, заключается в повышении достоверности контроля работы поперечного дренажа на катене в условиях атмосферного водного питания.
Технический результат, получаемый от решения поставленной задачи, заключается в более точной оценке соответствия поперечных дрен предъявляемым требованиям, в совершенствовании проектирования, строительства, реконструкции, ремонта и эксплуатации дренажных систем на объектах-аналогах, а в конечном итоге - в улучшении действия дренажа и повышении эффективности использования дренируемых минеральных почвогрунтов катены.
Предъявляемые требования к дренам заключаются в своевременном понижении уровня почвенно-грунтовых вод и обеспечении ими требуемой нормы осушения, которая изменяется во времени по сельскохозяйственным культурам и фазам их развития. Различают предпосевные (для периода весенней обработки почвы), посевные и нормы осушения в течение вегетационного периода и периода уборки урожая (Мелиорация и водное хозяйство. Осушение: Справочник / Коллектив авторов; Сост. Е.И.Кормыш; Под ред. Б.С.Маслова. - М.: Ассоциация «Экост», 2001. - С.68…70).
Поставленная в изобретении задача решена тем, что способ контроля работы поперечных дрен на катене включает определение своевременности понижения ими уровня почвенно-грунтовых вод и обеспечения требуемой нормы осушения на основе замеров положения кривой депрессии в междренье по установленным скважинам, число которых принимают с учетом задачи, решаемой в каждом конкретном случае, а расстояние между скважинами назначают в зависимости от расстояния между дренами Е, при этом первую и последнюю скважины в междренье устанавливают в траншее, в которую уложены дрены, а вторую и предпоследнюю - в одном метре от дрен. Остальные скважины размещают с учетом асимметричности кривой депрессии между поперечными дренами, определяя расстояние Ев от вертикали в точке на кривой депрессии с касательной к ней, параллельной поверхности почвы, в которой имеет место минимальная норма осушения - максимальное приближение уровня почвенно-грунтовых вод к поверхности почвы, до верхней дрены по формуле
а расстояние Ен от вертикали до нижней дрены по формуле
Диаметр каждой скважины принимают равным диаметру дрен, устраивая третью, четвертую и пятую скважины на расстояниях от верхней дрены, равных ½ Ев, (Ев-0,06Е) и Ев соответственно, а шестую и седьмую скважины, при девяти скважинах в междренье для изучения формы кривой депрессии, - на расстояниях от нижней дрены, равных (Ен-0,06Е) и ½ Ен соответственно. Если скважины предназначены только для контроля водоотводящей способности дрен и установления нормы осушения, обеспечиваемой рассматриваемым Е, третью и седьмую скважины можно не устраивать. Значение коэффициента (определяют по эмпирической формуле
где М - содержание в дренируемом почвогрунте физической глины - частиц диаметром менее 0,01 мм, % по массе; 5≤М≤55;
ί - уклон поверхности почвы, ‰; 5≤ί≤50;
в случае, если окажется, что в условиях, близких к граничным, по расчету λ>0,5, то принимают λ=0,5.
При анализе изложенного выше следует учитывать, что рассмотрен случай, когда поперечные дрены устраивают при атмосферном водном питании и уклоне поверхности почвы ί≥5 ‰.
Пояснение изложенному выше предложению приведено на фиг.1 и фиг.2, на которых: Е - расстояние между дренами, Н - норма осушения, ί - уклон поверхности почвы, Δh - разница в отметках дна верхней и нижней по склону дрен при одинаковой глубине их заложения относительно поверхности почвы, Ев - расстояние от верхней дрены до вертикали в точке Б на кривой депрессии, в которой имеет место минимальная норма осушения - максимальное приближение уровня почвенно-грунтовых вод к поверхности почвы, Ен - то же, от нижней дрены.
Максимальный подъем симметричной кривой депрессии и наиболее близкое ее положение к поверхности почвы имеет место в середине междренной полосы (фиг.1). При этом водораздельная точка А, принадлежащая кривой депрессии и горизонтальной касательной к ней, совпадает с точкой Б, принадлежащей кривой депрессии и касательной к ней, параллельной поверхности почвы, а Ев=Ен.
При асимметричной кривой депрессии, имеющей место при поперечном размещении дрен на склоне, наиболее близкое ее положение к поверхности почвы смещается ближе к верхней по склону дрене (фиг.2), а точки А и Б занимают разное положение на кривой депрессии. При этом приток воды к нижней дрене возрастает.
Заявленный способ контроля работы поперечных дрен на катене включает следующие операции:
- строительство дренажной системы;
- установление для построенной дренажной системы исполненного расстояния между дренами Е и глубины их заложения, уклона поверхности почвы ί и содержания в дренируемом почвогрунте физической глины М;
- разметку наблюдательных створов, определение значений λ, Ев, Ен и расстояний между скважинами в междренье;
- перенос местоположения скважин в натуру и их устройство;
- нивелирование в наблюдательных створах отметок верха и дна скважин, дна траншеи дрен и поверхности почвы, вычисление превышения верха скважин над поверхностью почвы;
- измерение хода во времени уровня почвенно-грунтовых вод относительно верха скважин;
- вычисление глубины стояния уровня почвенно-грунтовых вод относительно поверхности почвы;
- вычерчивание кривой депрессии по срокам наблюдений, уточнение положения точки Б на кривой депрессии и соответствующей этой точке нормы осушения;
- анализ полученных данных, установление соответствия уровней почвенно-грунтовых вод в междренье предъявляемым требованиям и в случае необходимости - разработка и реализация системы мер, направленных на улучшение гидрологического действия дренажа и использование дренируемых почв;
- использование полученных данных при проектировании, строительстве, реконструкции, ремонте и эксплуатации дренажных систем и использовании дренируемых почв на объектах-аналогах.
Пример. Осушают закрытым дренажем с расстоянием между дренами, равным 20 м (Е=20 м), супесчаный почвогрунт (М=15%) с уклоном поверхности почвы ί=30 ‰. Установить значения Ев и Ен и разработать проекты (схемы) размещения скважин в междренье для решения двух задач:
- изучения формы кривой депрессии;
- контроля водоотводящей способности дрен и установления нормы осушения, обеспечиваемой рассматриваемым Е=20 м.
По формуле (3) при заданных М=15 и ί=30 находим, что λ=0,296, тогда по формуле (1) Ев=0,296×20=5,9 м, а по формуле (2) Ен=20-5,9=14,1 м. Разработанная схема размещения скважин в междренье для изучения формы кривой депрессии приведена на фиг.3, на которой: а - верхняя дрена, б - нижняя дрена, в - скважины для замера уровня почвенно-грунтовых вод, 1…9 - номера скважин. При использовании скважин только для контроля водоотводящей способности дрен и установления нормы осушения, обеспечиваемой рассматриваемым Е=20 м, третью и седьмую скважины можно не устраивать. Для решения данной задачи достаточно семи скважин.
Данное предложение апробировано на объектах в Опытно-производственном хозяйстве Карельской опытно-мелиоративной станции и на объектах Тверской области «Поджариха», «Греблево», «Некрасове», «Вяхиреве», «Головинские горки», «Бухарино» и «Марьино», почвы которых расположены на катене и осушаются закрытым дренажем. Полученные при этом данные использованы при разработке эмпирической формулы (3).
Предложенное размещение скважин позволяет достоверно и точно осуществить контроль работы поперечных дрен на катене: установить режим уровней почвенно-грунтовых вод в междренье, фактическую норму осушения, форму кривой депрессии на катене при поперечном дренаже и обеспечивают ли дрены своевременное отведение поступающих в них почвенно-грунтовых вод. Это является основанием для проектирования, строительства, реконструкции, ремонта и эксплуатации надежных в работе дренажных систем на катене, обеспечивающих получение стабильно высоких урожаев сельскохозяйственных культур в течение срока службы дренажа.
Способ контроля работы поперечных дрен на катене, включающий определение своевременности понижения ими уровня почвенно-грунтовых вод и обеспечения требуемой нормы осушения на основе замеров положения кривой депрессии в междренье по установленным скважинам, число которых принимают с учетом задачи, решаемой в каждом конкретном случае, а расстояние между скважинами назначают в зависимости от расстояния Е между дренами, при этом первую и последнюю скважины в междренье устанавливают в траншее, в которую уложены дрены, а вторую и предпоследнюю - в одном метре от дрен, отличающийся тем, что остальные скважины размещают с учетом асимметричности кривой депрессии между поперечными дренами, определяя расстояние Ев от вертикали в точке на кривой депрессии с касательной к ней, параллельной поверхности почвы, в которой имеет место минимальная норма осушения - максимальное приближение уровня почвенно-грунтовых вод к поверхности почвы, до верхней дрены по формуле
Ев=λЕ, (1)
а расстояние Ен от вертикали до нижней дрены по формуле
Ен=Е-Ев; (2)
диаметр каждой скважины принимают равным диаметру дрен, устраивая третью, четвертую и пятую скважины на расстояниях от верхней дрены, равных 1/2 Ев, (Ев-0,06Е) и Ев соответственно, а шестую и седьмую скважины при девяти скважинах в междренье для изучения формы кривой депрессии - на расстояниях от нижней дрены, равных (Ен-0,06Е) и 1/2 Ен соответственно, если скважины предназначены только для контроля водоотводящей способности дрен и установления нормы осушения, обеспечиваемой рассматриваемым Е, третью и седьмую скважины можно не устраивать, значение коэффициента λ определяют по эмпирической формуле
λ=1/(2,765-0,026М+0,036ί), (3)
где М - содержание в дренируемом почвогрунте физической глины - частиц диаметром менее 0,01 мм, % по массе; 5≤М≤55;
ί - уклон поверхности почвы, ‰; 5≤i≤50;
в случае, если окажется, что в условиях, близких к граничным, по расчету λ>0,5, то принимают λ=0,5.
