Файл: Шкинкис, Ц. Н. Проблемы гидрологии дренажа.pdf

Таблица 18

Изменение условий инфильтрации по мере увеличения глубины промачивания почвы

По А. Н. Костикову, гидравлический уклон i на глубине I от по­ верхности определяется по формуле

где е — высота слоя воды на поверхности почвы; I — толщина слоя почвы, в которой происходит инфильтрация; Н0— капиллярный на­ пор; L — избыточное давление воздуха в почве (сверх атмосфер­ ного) .

В формуле (33) члены е, I, Н0 соответствуют членам рgh, рgl и

2 — формулы (31). Таким образом, Костяков вводит в уравнение

со временем приближается к коэффициенту фильтрации: v-*-k, т. е.

земли до поверхности грунтовой воды значительно короче, чем на полях глубокого дренажа (H i— Я2), инфильтрационные потоки быстрее достигнут этой поверхности и начнется повышение зеркала грунтовой воды. С повышением уровня грунтовой воды путь инфильтрационного потока все больше сокращается и, следовательно, скорость подъема уровня все более возрастает.

Кривая депрессии на поле мелкого дренажа особенно быстро поднимается при наличии повторных паводков, так как влажность1

1 Гидравлический уклон уменьшается быстрее, чем следует из формулы (33), главным образом потому, что по мере смыкания менисков просачивающейся воды с менисками почвенной влаги уменьшается капиллярный напор, т. е. член Я 0 очень быстро стремится к нулю. (Прим, ред.)

50

почвы после первого же паводка будет высокой; исследования по­ казывают, что в более влажной почве происходит и более быстрое продвижение инфильтрационных потоков.

метрический уклон этой кривой вблизи дрен, т. е. —— > —— (см.

рис. 12). Принимая, что движение грунтовых вод на дренированном поле является потенциальным, потенциал же скорости удовлетво­ ряет уравнению Лапласа

и коэффициент фильтрации при этом движении сохраняет свое зна­ чение, расход воды, поступающей в дрену с одной стороны, можно определить по формуле (17).

Согласно формуле (17), при увеличении напора и, следова­ тельно, пьезометрического уклона кривой депрессии вблизи дрен удельный дренажный сток должен возрастать. Если в начале па-

водкового цикла при одинаковом пьезометрическом уклоне Ау

на расстоянии х от дрены величина дренажного стока на полях мелкого и глубокого дренажа одинаковая, т. е. q' — q" (рис. 12), то после некоторого промежутка времени просачивания талых вод (АТ) вследствие подъема кривой депрессии на величину Д при мелком дренаже сток будет увеличиваться на Дq'. В результате q' + A q '^q " . Это и является основной причиной резкого увеличения стока в системах мелкого дренажа в начале паводкового цикла.

Натурные наблюдения показывают, что вследствие замедлен­ ного просачивания поверхностных вод при глубоком дренаже они часто вообще не достигают депрессионной поверхности глубоко за­ легающего уровня грунтовых вод, а вся вода аккумулируется в верхнем активном слое почвы. В то же время при мелком дренаже инфильтрационные потоки поднимают кривую депрессии выше от­ метки пахотно-подпахотного горизонта и способствуют формиро­ ванию интенсивного дренажного стока.

Из данного примера следует, что судить о интенсивности осу­ шения только по величине дренажного стока нельзя. В период ин­ тенсивной инфильтрации даже разреженный мелкий дренаж по упо­ мянутой причине кратковременно может дать значительно больший дренажный сток, чем частый глубокий дренаж, обеспечивающий активное регулирование водного режима в мощном почвенном про­ филе. При правильной оценке интенсивности и эффективности осу­ шения надо использовать и другие показатели гидрологического действия дренажа, т. е. режим уровней грунтовых вод и влажности почвы.

Продолжительность дренажного стока. По продолжительности дренажного стока Тс можно судить о роли дренажа при регулиро­ вании водного режима почв. Величина Тс в первую очередь зависит от конкретных гидрометеорологических условий данного года и от года к году меняется в широких пределах. Так, за период с 1957 по

1971 г. в средней части Латвийской ССР (Кокнесский опытный уча­ сток) при среднеглубоком дренаже (7= 1,2 м и £ = 20 м) продолжи­ тельность стока менялась от 48 до 223 суток в году. Средняя за 14 лет Тс здесь составляет 118 суток, или 32% времени (табл. 19). Наименьшая средняя продолжительность стока наблюдается в июне, наибольшая — в апреле.

q л/(с-га)

Рис. 13. Кривые обеспечения средних суточных модулей дре­ нажного стока для среднеглубокого (1,2 м) дренажа, имеющего различные расстояния между дренами Е. 1961-62 г. Кокнесе.

1 — £=14 м; 2 — Е - 30 м.

Расстояние между дренами Е на продолжительность стока су­ щественного влияния не оказывает. Однако в большинстве случаев наблюдается тенденция к уменьшению Тс с увеличением Е (см.

таб л .19).

Продолжительность дренажного стока Тс значительно возра­ стает при увеличении глубины закладки дрен t. Так, на Кокнесском опытном участке при £ = 14 м с увеличением t от 0,9 до 1,2 м вели­ чина Тс возросла на 23%• На Кандавском участке при £ = 20 м увеличение t от 1,2 до 1,5 м дало прирост Тс на 44% (табл. 20). На Римейкском опытном участке при глубоком систематическом дренаже продолжительность стока в среднем в 1,7 раза больше, чем при соответствующем мелком дренаже (табл. 20). Еще боль­ шая разница в продолжительности стока получается при глубоком

52

Таблица 19

Средняя продолжительность дренажного стока (в сутках и °/о) на легких минеральных почвах при глубине закладки дрен 1,2 м

Таблица 20

Продолжительность дренажного стока (сутки) в зависимости от глубины закладки дрен t

и мелком разреженном дренаже (£ = 36 м). В отдельные многовод­ ные годы в системах глубокого дренажа сток происходит непре­ рывно. Это свидетельствует о большом значении глубокого дре­ нажа при регулировании водного режима легких суглинистых и супесчаных почв.

5а

Обеспеченность дренажного стока. При выяснении влияния сте­ пени дренирования (£ и t) на режим дренажного стока и определе­ нии расчетного дренажного стока для каждого варианта дренажа составлялись кривые обеспеченности средних суточных модулей дренажного стока (см. рис. 13). Из этих кривых, а также табл. 21 и 22 следует, что величина модулей дренажного стока q равной обеспеченности значительно возрастает при уменьшении расстоя­ ния между дренами £. Так, в 1961-62 г. при обеспеченности Р = = 2,0% в варианте частого систематического дренажа (£=12 м) ве-

Таблица 21

Модули дренажного стока (л /(с-га )) при различных значениях обеспеченности в зависимости от расстояния между дренами. 1961-62 г. Римейкас

Таблица 22

частым и разреженным дренажем сокращается.

В этом можно убедиться из графика связи между равнообеспе­ ченными модулями дренажного стока и густотой дренажной сети

(рис. 14).

Благодаря большей мощности зоны аэрации и соответственно большей водовместимости почвы пик дренажного паводкового стока в системах глубокого дренажа менее высокий, чем в системах мел­

54