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

Глава II

ОСОБЕННОСТИ ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ДРЕНАЖА НА ТЯЖЕЛЫХ СЛАБОПРОНИЦАЕМЫХ ПОЧВАХ

1. Вопросы формирования дренажного стока

Пока еще не имеется общепринятой классификации почв по их водопроницаемости. П. Бенекке и М. Ренгер [205] предла­ гают к слабопроницаемым относить такие почвы, для которых ко­ эффициент фильтрации k, вычисленный по формуле Л. Ернста, ко­ леблется от 0,06 до 0,16 м/сутки. При &<0,06 м/сутки почвы отно­ сятся к очень слабопроницаемым. Ниже говорится в основном об осушении именно таких почв.

Вопросы осушения слабопроницаемых, а особенно очень слабо­ проницаемых почв, в течение долгих лет находятся в центре вни­ мания ученых и практиков. Но в вопросе о гидрологическом дей­ ствии дренажа на этих почвах в зависимости от степени дрениро­ вания и других факторов еще много неясностей. Некоторые авторы считают, что дренаж на тяжелых почвах является малоэффектив­ ным и применение его нецелесообразно. Широко распространено мнение, что на тяжелых слабопроницаемых почвах надо органи­ зовать поверхностный сток и сток по пахотному слою, применяя для этого мелкий разреженный дренаж или открытую осушитель­ ную сеть в сочетании с соответствующими агромелиоративными приемами (узкозагонная вспашка, профилирование, гребневание, грядование и др.). В тоже время в Прибалтике, а также в некото­ рых зарубежных странах эти почвы уже давно успешно осушаются систематическим гончарным дренажем в основном без применения агромелиорации. В последнее время систематический дренаж на тяжелых почвах успешно внедряется в производство и в северозападной зоне РСФСР, особенно в Ленинградской области, где в течение долгих лет целесообразность этого дренажа на данных почвах отрицалась.

Проблемы дренирования тяжелых слабопроницаемых почв очень тесно связаны с вопросом о роли пахотного и подпахотного слоя при формировании дренажного стока на этих почвах.

127

По мнению ряда ученых, на слабопроницаемых почвах движе­ ние гравитационной воды к дренам происходит практически только по поверхности земли и пахотному слою через более водопрони­ цаемую траншейную засыпку. Подпахотный слой из-за слабой его

организовать поверхностный сток и сток по пахотному слою, а от­ сюда следует вывод о целесообразности применения мелкого дренажа.

Однако имеются и другие взгляды. Так, X. А. Писарьков [103] подчеркивает, что при отводе дренажем избыточных вод имеет большое значение подпахотный слой, даже если скорость фильтра­ ции в этом слое очень мала и не превышает 0,003—0,005 м/сутки. В таком случае целесообразно применять на слабопроницаемых почвах систематический дренаж, при этом, согласно законам дви­ жения грунтовых вод в дренажном поле [3, 27, 56, 62, 105, 215, 263, 282], должен оправдать себя более глубокий дренаж.

Из сказанного следует, что вопрос о формировании дренаж­ ного стока очень тесно связан с глубиной закладки дрен. Поэтому, исходя из упомянутых противоположных концепций, на слабопро­ ницаемых почвах в литературе рекомендуется как мелкий, так и глубокий дренаж.

В начале XX в. в Голландии для слабопроницаемых почв неко­

мелкий дренаж при глубине закладки дрен от 0,7 до 1,0 м. Мелкий дренаж широко применяется, например, в Ленинградской области. Некоторые авторы, В. А. Ионат [62], В. А. Ковда [73] и другие, пришли к выводу, о необходимости применения глубокого дренажа именно на тяжелых почвах. Подобные же рекомендации имели место уже в начале XX в. в Швейцарии, Франции и др. [243, 293]. Надо отметить, что в Латвийской ССР мелкий дренаж (0,8—1,0 м) на тяжелых слабопроницаемых почвах в производственных условиях себя не оправдал, и в настоящее время на таких почвах широко применяется среднеглубокий дренаж (1,1—1,2 м).

Вопрос о целесообразности применения систематического или разреженного дренажа на слабопроницаемых почвах, так же как вопрос о глубине закладки дрен, не может быть решен без изу­ чения гидрологического действия дренажа на этих почвах и гид­ рологической роли пахотного и подпахотного слоя по данным как полевых, так и лабораторных исследований. По этому спорному вопросу ниже приводится ряд данных непосредственных наблюде­ ний, характеризующих интенсивность и эффективность различных видов дренажа на тяжелых очень слабопроницаемых почвах. Часть данных не требует особых комментариев и автор оставляет их для анализа читателей.

128

Соответствующими работами литовских ученых [20] установ­ лено, что при нормированных расстояниях между дренами вели­ чина дренажного стока мало зависит от механического состава почвы. Исследования, проведенные методом ЭГДА [204], показали, что характер гидродинамических сеток для дренированных легких и тяжелых почв различен. Из рис. 52 видно, что на тяжелых поч­ вах роль верхних ее слоев при формировании дренажного стока больше, чем на легких более водопроницаемых почвах. Однако по

Рис. 52. Гидродинамическая сетка притока грунтовых вод к дренам,

о - в легкой минеральной почве; б — в тяжелой минеральной почве.

полученной гидродинамической сетке видно, что подпахотный слой активно участвует при формировании дренажного стока и на тя­ желых почвах. Эти результаты модельных исследований вполне подтверждают выводы, полученные при изучении гидрологической роли пахотного и подпахотного слоя по данным натурных наблю­ дений в Латвийской ССР.

Участие подпахотного слоя тяжелых почв в формировании дре­

Из рис. 53 следует, что подпахотный слой весьма слабопроницае­ мых дерново-глеевых почв, имеющих коэффициент фильтрации 0,02—0,06 м/сутки, активно участвует в формировании дренажного стока как в фазе подъема, так и в фазе спада паводкового цикла действия дренажа. Роль подпахотного слоя этой почвы в формиро­ вании стока значительно возрастает по мере увеличения глубины

Рис. 53. Линии равного напора на тяжелых слабопроницаемых почвах для мелкого (0,9 м), среднеглубокого (1,2 м) и глубокого (1,5 м) дре­ нажа. Дегумниеки (по данным X. А. Смилга).

а — в начале паводкового цикла действия дренажа (9/IV 1969 г.); б — в период наибольшего подъема уровней грунтовых вод (24/IV 1969 г.).

закладки дрен до 1,5 м. Зона наиболее активного влияния дре­ нажа на водный режим почвы определяется формой кривых де­ прессии и, по данным X. А. Смилга, на полях с глубоким дрена­ жем значительно больше, чем при мелком дренаже.

Количественное соотношение стока через пахотный и подпа­ хотный слой ориентировочно можно определить исходя из следую­

пахотно-подпахотного горизонта, подпахотный слой в формиро­ вании дренажного стока вообще не участвует, а весь приток отво­ димых дренажем вод идет только по пахотному слою. В периоды же, когда пахотный слой освобожден от избыточных вод (^ Г г ), он, конечно, не может участвовать в формировании дренажного стока, а, следовательно, весь приток воды к дренам идет через подпахотный слой. Даже при таких условиях расчета получается, что до сих пор явно переоценивается роль пахотного слоя при фор­ мировании дренажного стока, о чем свидетельствуют приведенные результаты исследований (табл. 58, 59, 60).

Таблица 58

Роль пахотного слоя слабопроницаемых дерново-глеевых почв при формировании дренажного стока в многоводные годы в зависимости

от глубины закладки дрен. Сигулда

Таблица 60

Роль пахотного слоя в формировании дренажного стока на легких суглинистых почвах в зависимости от глубины закладки дрен

в многоводном 1961-62 г. Римейкас

На слабопронидаемых дерново-глеевых почвах Сигулдского опытного участка (коэффициент фильтрации 0,10—0,05 м/сутки) большая часть избыточных вод отводится дренажем без затопле­ ния грунтовыми водами пахотного слоя, т. е. через подпахотный слой. При этом характерно, что роль пахотного слоя в формирова­ нии дренажного стока резко уменьшается при замене мелкого дре­ нажа (0,8 м) среднеглубоким (1,2 м). Это вполне подтверждается результатами, полученными на очень слабопроницаемых (коэффи­ циент фильтрации 0,02—0,06 м/сутки) глинистых дерново-глеевых почвах Дегумниекского опытного участка.

Надо подчеркнуть, что при меньших значениях Е на очень сла­ бопроницаемых почвах глубокий дренаж (1,5—1,8 м) обеспечи­ вает настолько интенсивное регулирование водного режима, что затопление пахотного слоя в отдельные годы вообще не наблюда­ ется (см. табл. 59, 68). В результате сток через пахотный слой пол­ ностью отсутствует. Это явление еще более сильно выражено на легких суглинистых почвах, где при глубоком систематическом дренаже затопление пахотного слоя и сток через этот слой проис­ ходит только в отдельные многоводные годы [180]. Например, в многоводном 1961-62 г. на Римейкском опытном участке при глу­ боком дренаже (1,5 м) при затопленном пахотном слое было отве­ дено воды в 9 раз меньше, чем при мелком дренаже (0,9 м) (см. табл. 60). Аналогичные результаты получены на других дренажных участках.

В действительности роль пахотного слоя при формировании дре­ нажного стока еще меньше, чем это следует из данных таблиц 58, 59 и 60.1 Непосредственные измерения стока по слоям очень сла­ бопроницаемой почвы (Дегумниеки), проведенные X. А. Смилга [129], показали, что сверху и сбоку к дренам притекает только до 4% общего притока. Лишь в одном случае этот приток составил

13%.

1 Поскольку и в период затопления пахотного слоя часть дренажного стока проходит через подпахотный горизонт. (Прим, ред.)

132