RU2813515C1 - Способ комплексной гидромелиорации почвы при осушении сельскохозяйственных угодий в условиях с прилегающим болотным участком - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к комплексной мелиорации агроландшафта территорий, прилегающих к болотным угодьям, подвергающихся длительным подтоплениям. Способ комплексной гидромелиорации почвы при осушении сельскохозяйственных угодий в условиях с прилегающим болотным участком 1 заключается в определении границы длительного подпора контура площади сельскохозяйственных угодий 2 со стороны нижней части склона. В пределах этой границы создают известными землеройными механизмами прокладку канала 4 с нулевым уклоном с инфильтрационными водами, проходящими через толщу грунта в виде кривой депрессии в сторону прямоугольной формы траншеи 6, дно которой расположено ниже дна канала 4. Траншею 6 с фильтрующими вертикальными стенками грунта со стороны понижения уровня фильтрации в пределах ее дна покрывают с внутренней стороны фильтрующим материалом из геотекстиля, один край которого загибают вверх по высоте стенки траншеи 6 и фиксируют креплением тросом на берегу траншеи, при этом нижние концы геотекстиля свободно направлены в сторону дна траншеи 6. На осушаемом поле размещены наблюдательные режимные скважины 3. Для предотвращения загрязнения грунтовыми и дренажными водами вблизи траншеи прямоугольного поперечного сечения высаживают растительный покров многолетних трав, например сильвию пронзеннолистную 10, и/или кустарниковые насаждения. Аккумулирующая траншея 6 расположена в нижней части склона, т.е. выше, в сторону подошвы, окаймляющей сельскохозяйственные угодья, и разделена откосными боковыми стенками канала 4 от болота 1 с насыпной дамбой, и траншея 6 с вертикальной боковой стенкой снабжена фильтрующим материалом из геотекстиля 8, верхний конец которого закреплен на берегу тросом. Дренирующий поток поступает в аккумулирующий безуклонный канал 4, затем в траншею 6 в виде понижения кривой депрессии через толщу грунта, что уменьшает коэффициент фильтрации каждого последующего слоя, при этом коэффициент фильтрации слоя грунта не более 1 м/сут. Изобретение позволяет повысить эффективность использования и поддержания равновесия водосбора осушаемого сельскохозяйственного угодья в нижней части склона, на границе участка болот, снизить строительные объемы работ и улучшить экологическую обстановку. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности, к комплексной мелиорации агроландшафта территорий прилегающих к болотным угодьям, подвергающихся длительным подтоплениям.

Предлагаемый системный подход к регуляции не только водного режима (включающего как орошение, так и осушение), но и основных агроэкологических факторов, позволяет повысить эффективность использования природных ресурсов для проведения осушительных мероприятий увлажненных участков, в том числе регулирования водно-воздушного режима почв после спада уровней со стороны болотных пойм. Наиболее рационально его применение при осушении земель по так называемой ландшафтной технологии мелиорации по положению уровня грунтовых вод (УГВ) и назначают таким образом, чтобы растения были обеспечены влагой в нужном количестве, и не происходило переосушение или переувлажнение территории. А это означает необходимо проводить контроль к созданию регулирования водного режима почв, откуда вода из болотных пойм может подтоплять территории.

В результате этого осушаемые сельскохозяйственные угодья со стороны влияния подтопления из болотных пойм устанавливают наблюдательные гидрорежимные скважины, проводят систематические наблюдения за уровнем грунтовых вод, т.е. введения по ним мониторинга подземных вод.

Следует отметить, формирование регулируемого агроландшафта при проведении «регулируемой гидромелиорации)) (то есть нечто существенно большее, чем просто традиционная гидромелиорация) позволяет не только эффективно использовать ресурсы, но и получать устойчивый урожай высокопродуктивных культур при осушении для конкретных географических рельефных условиях (ската) поверхности поля вблизи болотных угодий.

Определенная часть почв нуждается в специальных адаптивных или мелиоративных мерах при регулировании водного режима почв в условиях избыточного или недостаточного увлажнения и, это становится особенно важным в данных конкретных условиях осушения сельскохозяйственных угодий.

Из уровня техники известны патентные источники информации, раскрывающие способы и средства гидромелиорации с использованием, например, осушительно-увлажнительных систем.

Известен способ осушения земель, включающий на первом этапе изыскания устройство проводящей, ограждающей сети, водоприемник, каналы предварительного осушения, на втором этапе - засыпку сети предварительного осушения, дополнительные изыскания прокладки дренажа, на первом этапе выполняют регулирующую сеть дрен с междренными расстояниями, определенными по максимальным значениям проводимости дренируемого водоносного пласта из ряда данных, полученных в результате изысканий, а на втором этапе определяют фактическую скорость изменение уровней грунтовых вод в междренном пространстве регулирующей сети дрен первого этапа, с учетом которой прокладывают дополнительную регулирующую сеть между дренами (Авторское свидетельство №91559044, Е02В 11/00 от 23.04.1990).

Недостатком известного способа является то, что он не учитывает водно-физические свойства грунтов, например, не учитывается уклон поверхности мелкоконтурных или крупноконтурных болот, из которого вытекает вода, а также поверхности вблизи лежащих на его пути участков этих грунтов, в частности величины и направления фильтрации грунтов. В результате количество осушителей увеличивается, при этом увеличивается объем земляных работ. Кроме того, не учитывает уклон грунтовых вод, соответствующий уклону поверхности для большинства осушаемых участков, в которых не используются особенности строения участков различных типов (верховых - выпуклых, низинных - пойменных и т.д.). Кроме того, для получения достоверной информации о направлении плановой фильтрации необходимо выполнение большого объема предварительных полевых изысканий как оконтурных болот (оврагов), так и возвышающихся участков между ними. Поэтому при создании осушительной системы целесообразно брать за основу не направление максимального коэффициента фильтрации, а фильтрационных расходов грунтовых вод.

Осуществить движение грунтовых вод по линии направления максимального коэффициента фильтрации возможно только при совпадении указанного направления максимального фильтрационного расхода, т.е. создание искусственных уклонов, что требует увеличения объемов земляных работ, эффективность осушения при этом невысока.

Известен способ восстановления водоприемной способности закрытого дренажа, включающий прокладку щелей под углом к линии дрен через водоприемные колодцы (Авторское свидетельство SU №1208132, Е02В 11/00 от 30.01.1981).

Недостатком известного способа, является высокая трудоемкость, связанная с необходимостью устройства многочисленных соединений щелей, и высокая стоимость фильтрующего материала. Кроме того, соединение дополнительных щелей с дреной способствует более интенсивному отводу дождевой влаги и создает ее недостаток в засушливые периоды вегетации сельскохозяйственных культур.

Известна осушительно-увлажнительная система, включающая закрытые коллектора, осушительно-увлажнительные дрены, напорный трубопровод, приемные колодцы, осушительный канал, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы системы на площадях со сложным рельефом, система снабжена колодцами, с регулирующими автоматическими регуляторами уровня грунтовых вод, расположенными в местах изменения рельефа, а дрены на границе изменения рельефа выполнены тупиковыми (Авторское свидетельство SU №1420108, Е02В 11/00 от 30.08.1988).

Недостатком является ограниченная область применения системы преимущественно в местах изменения рельефа, где высокая вероятность выхода грунтовых вод на поверхность низовой части откоса. Применение известной дренажной системы на ровных и близких к ним рельефам удорожает стоимость его устройства за счет применения автоматических регуляторов колодцев, и для ухода за ними необходимо обеспечение доступа в колодцы, что требует их устройства с выходом на поверхность поля. Это создает дополнительные препятствия и затрудняет последующую обработку поверхности поля.

Известен способ реконструкции осушительной сети, включающий очистку канала, промывку дрен, укладку в канал закрытого трубопровода и прокладку увлажнителей, отличающийся тем, что перед очисткой канала верхние участки дрен соединяют истоковым коллектором, глубину укладки которого определяют по максимальной отметке уровня истока дрен, прокладывают от него увлажнители и промывают дрены, а после очистки объединяют устья дрен устьевым коллектором и по минимальной отметке его уровня укладывают в канал безуклонный трубопровод, в этой отметке соединяют его с устьевым коллектором и дополнительно сообщают с истоковым коллектором, после чего засыпают канал грунтом. Кроме того, безуклонный трубопровод сообщают с поверхностью поля с помощью водоприемных колодцев (Патент RU №2608049, Е02В 11/00 от 12.01.2017).

Недостатком известного способа является необходимость очистки существующих дренажных трубопроводов, стоимость которых зависит от слоя их заиления. При заилениях выше 50% от проходного сечения трубопроводов стоимость очистки возрастает пропорционально количеству проходов промывного устройства, и стоимость реконструкции дренажной сети становится соизмеримой со стоимостью укладки нового дренажа.

Известен также способ осушения сельскохозяйственных угодий, включающий создание в нижней части рельефа сельскохозяйственных полей под пахотным слоем поглотительных колодцев с фильтрующим материалом и укладку в него обратного фильтра, отличающийся тем, что вокруг поглотительных колодцев устраивают с уклоном к ним кротовые дренажи и траншеи, заполненные обратным фильтром, на поверхности которого уложен растительный слой грунта высотой, обеспечивающей условие обработки поверхности поля сельскохозяйственной техникой, а для отвода избыточной воды применяют коллектор, сообщающий между собой поглотительные колодцы (Патент RU 2285768, Е02В 11/00 от 20.10.2006).

Недостатком известного способа является ограниченная область применения, предназначенного для отвода поверхностных вод из понижений. Кроме того, стоимость известного способа увеличивается за счет устройства кротового дренажа, повышающего водосборную и водопроводящую способность почвенно-грунтового слоя в указанных специфических условиях.

Следует привести известную дренирующую облицовку оросительных и осушительных каналов, состоящая из железобетонных плит с отверстиями, заполненных фильтрующим материалом, под железобетонными плитами облицовки размещен противофильтрационный экран, состоящий из двух полотнищ пленки, причем одно из них расположено непосредственно под железобетонными плитами и выполнено с отверстиями, совмещенными с отверстиями в плитах, а другое полотнище выполнено сплошным (Авторское свидетельство SU №1430447, Е02В 3/16 от 15.10.1988).

Однако в известной дренажной облицовке, элементы ее достаточно материалоемко и сложно в виде железобетонных плит, укладываемых строго в одной плоскости по откосам канала, может происходить просадка откосов, в грунтах нарушающая плоскость откосов. Кроме того, внутреннее расположение слоя фильтрующего материала с вырезанными отверстиями в плане усложняет конструкцию, и приводит к сложности ее эксплуатации, не позволяет оптимально ее использовать для дренажных вод данного технологического процесса. Другим недостатком является то, что прикрепленное полотнище пленки не достаточно прочно для закрепления его основы в виде водопроницаемого материала.

Известны способы по осушению прилегающих сельскохозяйственных территорий (авт.св. СССР №148287, Е02В 11/00 от 24.05.1960; авт.св. SU №812879, Е02В 11/00 от 25.03.1981; авт.св. SU №388090, Е02В 11/00 от 22.06.1973; авт.св. SU №229592 C02F 3/00 от 23.05.1982; авт.св. SU №990951, Е02В 11/00 от 23.01.1983; авт.св. SU №142527, Е02В 11/00 от 23.09.1988).

Однако известные способы не достаточно выполняют условие фильтрующих материалов под пахотным слоем для отвода воды, учитывая уровень грунтовых вод до осушения, которая, образует кривую депрессии данного грунта.

Известна осушительная система, преимущественно для торфяников, включающая регулирующую и проводящие сети, элементы регулирующей сети расположены в плане перпендикулярно направлению максимального коэффициента фильтрации грунтов (Авторское свидетельство SU n 15/04/1979).

Недостатком является то, что коэффициент фильтрации характеризует только фильтрующую способность грунтов, но не учитывает уклон поверхности. Кроме того, анализ известных материалов по коэффициентам фильтрации неосушенных болотных пойм, определяемым на болотных станциях гидрометеослужбы, показывает, что уклон грунтовых вод, соответствующий уклону местности, для большинства неосушенных болотных пойм совпадает с направлением минимального коэффициента фильтрации. Другим недостатком является, в известной системе необходимы трудоемкие и сложные гидравлические расчеты движения грунтовых вод для прокладки осушителей, а также ограниченность их пропускной способности.

Известен способ осушения болот путем отвода дренажных вод регулирующей сетью, при этом определяют максимальные фильтрационные расходы, по которым строят сетку линий стекания грунтовых вод, а элементы регулирующей сети в плане располагают перпендикулярно направлению указанных линий (Авторское свидетельство SU №1062337, Е02В 11/00 от 23.12.1983).

Однако данный способ осушения является перпендикулярной схемой направлений линий стекания грунтовых вод и проложен с большой длиной осушительных каналов, что лишает систему универсальности на прилегающих к водоему отвода грунтовых вод на пойменных участках. Сброс в водоприемник с границ участка зависит от сброса конкретных впадин и необходимо проводить сложные гидравлические расчеты для построения сеток линий стекания грунтовых вод, что вызывает невозможность учета сложных пойменных участков по расположению к рельефу местности таких участков, а также не позволяет аккумулировать воды дренажного стока с пойменных участков рек, когда поводки таких рек длятся в среднем около двух месяцев, при этом уровень в реке поднимается, а затем вновь спадает, и пойма участка становится затопленной на длительное время. При этом отсутствие водоемов (каналов и траншей) регулирующих значительно снижает экологичность всей прилегающей территории рек или болот, происходит неконтролируемое зарастание поймы.

Известен способ противоэрозионной защиты рельефа на польдерах для выращивания трав, включающий сброс воды с площади польдеров, которую разделяют на участки, и сброс осуществляют проводящими каналами, при этом площадь польдеров разделяют на полосовые ленты шириной 50…60 м друг от друга параллельно течению реки по продольной схеме, посредством которых осуществляют задержание стока поверхностных вод, дополнительно сток избыточных поверхностных вод из полосовых лент через пологие откосы коллекторов с одновременной самоочисткой их от накопившегося грунта за период затопления, коллекторы которых размещены по границам полосовых лент, по берегам их на верхней бровке коллектора шириной 1,0 м высаживают кустарниковые насаждения, причем сбросные коллекторы соединяют с собирательным открытым сбросным каналом, в конце которого устраивают укрепляющие сооружения, при этом собирательный сбросной канал устраивается с уклоном вниз к реке в сторону с удалением от мест сброса дренажной воды в таком месте, где отсутствует его влияние на подтопление коллекторов (Патент RU №2563146, Е02В 11/00, А01В 13/16 от 20.09.2015).

Недостатком данного способа является то, что сток продолжает поступать в открытые коллекторы и сброс происходит вниз по течению реки на длительном расстоянии. Кроме того, усложняются работы ежегодно при затоплении поймы паводковыми водами, и он не учитывает накопление дренажных вод в паводковый период полностью и дальнейшее оказание до осушения уровня грунтовых вод, где имеет место кривая дипрессия, складывающая из притока вод, например со стороны влияния болотных пойм, инфильтрационных вод, попадающих в грунт извне. В связи с этим имеет место постоянный подпор воды со стороны болотных пойм, не позволяющий снизить общий уровень, что приводит к невозможности полезной эксплуатации сельскохозяйственных угодий (пашни).

Наиболее близким техническим решением является способ осушения прилегающих к водоприемнику территорий с пойменным участком, включающим понижение уровня грунтовых вод путем сброса их в водоприемник через дренажную сеть, перед понижением уровня грунтовых вод на пойменном участке осуществляют перехват грунтового потока со стороны материковой части территории ловчим каналом с отводом грунтового потока в водоприемник, причем ловчий канал выполняют в плане огибающим пойменный участок с выводом его концов в водоприемник, а понижение уровня грунтовых вод в пределах пойменного участка осуществляют через дренажную сеть с нулевым уклоном, состоящую из ряда искусственных водоемов, соединенных между собой каналами, впадающими в ловчий канал (Авторское свидетельство SU №1693196, Е02В 11/00 от 23.11.1991).

Однако известное разветвление дренажной системы хотя и связано со снижением общего уровня поймы, но при этом значительно увеличивает ее густоту, и осуществляют открытыми каналами путем сбора от материковой части (вышерасположенной) и, с пойменной частью инфильтрационных и техвод. Кроме того, строительство многочисленных искусственных водоемов на дренажной сети в виде ветвей открытых каналов с нулевым уклоном дна вызывает в них подпор при использовании поля, соответственно образуя повышение кривой дипрессии со стороны притока воды. Все это лишает систему осушения регулирования уровня вблизи открытого канала. Кроме того, этот недостаток будет связан в паводковый период с наполнением болотных пойм (в нашем конкретном примере), что лишает систему универсальности на прилегающих болотных пойм (участков), огибающих сельскохозяйственные угодья пашни, происходит неконтролируемый процесс осушения при отсутствии контроля за состоянием грунтовых вод с учетом кривой дипрессии на полях.

В целом контроль работы со стороны подтопления болотных пойм и работы осушительной системы с закрытыми трубопроводами, определяет зоотехнические показатели растениеводческой продукции, химический состав грунтовых и дренажных вод.

Сущность изобретения - разработка осушения, позволяющая эффективно использовать сельскохозяйственные угодья вблизи окамляющих их болотных угодий аккумулирующих воду и дренирования через толщу почвы и, рационального сброса вблизи территории поймы за счет работы дифференцированных параллельно расположенных фильтрующего канала и траншеи с пониженным дном, боковую стенку, которую покрывают с внутренней стороны фильтрующим материалом. Кроме того, дополнительно осуществляют контроль измерения экологических показателей для предотвращения загрязнения грунтовых и дренажных ввод, а значит, и качество растениеводческой продукции. Кроме того, производительность сооружений в виде канала и траншеи, позволяет нижнюю часть склона использовать засаженных в качестве высшей растительности - нелекарственных растений - применяют предпочтительно многолетние травянистые растения с хорошо развитой корневищной системой, например типа трава сильфия пронзеннолистная или вечно зеленый кустарник багульник со стороны земляного устройства, т.е. нижняя часть склона вблизи траншеи, которая имеет пониженное дно по контуру выхода болотных пойменных вод, повышающих их устойчивость против смыва грунта и нуждается в предупреждении задержания стока поверхностных вод за счет увеличивающихся количества данных растений, участвующих в очистке излишнего слива воды с поля, т.е. дополнительно интенсифицируется процесс самоочищения, заросли которых создают наиболее оптимальные условия, соответствующим протокам с уклонов участков поля в сторону окаймляющего болотного угодья и, защищающегося от загрязнения в целом, что сократить капитальные затраты.

Специфическими загрязняющими веществами дренажных и сбросных вод являются ионы, характеризующие общую жесткость и солесодержание. Средний расход дренажных вод, направляемый на очистку, составляет 0,8-1,2 м³/с (Самойлов B.C. Дренаж и очистка дренажных вод. М.: Аделанд, 2009. - 28 с.). Таким образом, для проектирования данных систем необходимо проводить предварительную оценку качества дренажных вод перед сбросом в водные объекты. При этом в формировании водного режима на осушенных землях, кроме природных условий, обусловленных почвенным покровом, рельефом местности, видом почвообразующих пород, типом водного питания и т.д., существенная роль также принадлежит конструкции дрен и виду применяемых фильтров. Одним из конструктивных элементов дренажных систем является защитно-фильтрующий материал систем.

Пример. Одной из основных характеристик, определяющих эффективность работы закрытого дренажа, принят сток, т.е. модуль дренажного стока при определенной продолжительности работы дренажа за предпосевной и вегетационный периоды. Важным также является показатель водного режима уровень почвенно-грунтовых вод. Так,, обработка тяжелых суглинистых почв возможна при понижении уровня почвенно-грунтовых вод на 45-50 см от поверхности земли, посев - при глубине 50-70 см. В вегетационный период грунтовые воды должны находиться на глубине не выше 80-100 см для многолетних трав и 100-130 см для зерновых культур. Таким образом, снижение продолжительности стояния почвенно-грунтовых вод в активном слое почвы, особенно при продолжительности эксплуатации дренажа и влияния осушения на состояние переувлажненных минеральных почв играет важную роль, и зависит от использования удобрений. Кроме того, необходимо соблюдение экологической ситуации вокруг всей системы осушения в целом, при этом сбросная вода из водоносных горизонтов с загрязнениями не должна поступать в источник потребителя.

Технический результат - повышение эффективности поддержания равновесия взаимосвязанных сооружений в виде открытого канала и траншеи, окаймляющих участок болотных угодий без дополнительных специальных водоемов, что приводит к осушению сельскохозяйственных угодий с понижением уровня грунтовых вод.

Технический результат достигается способом комплексной гидромелиорации почвы при осушении сельскохозяйственных угодий в условиях с прилегающим болотным участком, включающим поля с понижением грунтовых вод путем сбора их в водоприемник через дренажную сеть, согласно изобретения сельскохозяйственные угодья с понижением грунтовых вод, примыкающие к болотным участкам, болотный участок снабжен дополнительно фильтрующим каналом с откосами, а параллельно ему расположена фильтрующая траншея прямоугольного поперечного сечения, имеющая пониженное дно по отношению к дну канала через грунт, при этом избыточные болотные воды, с одной стороны, дренируемые через толщу почвы, аккумулируются начале в открытом без уклонном канале с откосами. Откуда они могут поступать за счет фильтрующей способности грунта в траншею с пониженным дном, боковая внутренняя стенка которой покрыта фильтрующим материалом из геотекстиля.

Кроме того, для предотвращения загрязнения грунтовыми и дренажными водами, вблизи прямоугольной поперечного сечения траншеи высаживают растительный покров из многолетних трав, и/или кустарниковые растения.

Кроме того, для наблюдения за уровнем фильтрационных грунтовых вод на полосе границе участка между дополнительным фильтрующим каналом и сельскохозяйственным угодьем в виде поля предусматривают створы наблюдательных скважин.

Осушаемые участки сельхозугодий устраиваются на пологих склонах и выше болотной поймы. Такое расположение позволяет устраивать накопление воды, как открытом канале с откосами, так в траншее с прямыми вертикальными боковыми стенками и включает, фильтрующий материал из геотекстиля, наблюдательные скважины и растения в виде сильфия пронзеннолистная, или вечнозеленый кустарник.

Таким образом, избыточные болотные воды (заполняемые водой атмосферными осадками и т.п.), с одной стороны, дренируемые через толщу почвы аккумулируются вначале в открытом без уклонном канале с откосами, откуда они могут поступать за счет фильтрующей способности грунта в траншею с пониженным дном, боковая внутренняя стенка которой покрыта фильтрующим материалом из геотекстиля. С другой стороны, воды ручейков, стекающих сверху сельхозугодий вниз, в сторону траншеи на ее бровке встречают преграду в виде высшей растительности, например, сильфия пронзеннолистая, которая имеет развитую корневую систему смешанного типа с мощным стержневым корнем и многочисленными разветвлениями придаточными отростками, корень который прорастает на большую глубину, что позволяет добывать влагу из нижних слоев почвы и переносить засуху (выше описано ее назначение и применение), или кустарниковая растительность.

Следует отметить, что если в весенний период большое влияние оказывает подпор уровня воды со стороны болотных угодий, то в летний период основное влияние оказывают атмосферные осадки или полив дождевальными машины на пологой части склоне поля, где ручейки воды стекают вниз в сторону расположения травянистой растительности, посаженной на границе с траншеей, т.е. у подошвы поля (пашни).

При этом основа фильтрационного материала является новым перспективным, и он используется во многих отраслях сельского хозяйства и т.д. Он имеет небольшой вес - можно разрезать обычными ножницами, позволяет выдерживать эксплуатационные нагрузки: тонкий материал плотностью - 100 г/м², более толстый материал - 600 г/м².

Долговечность геотекстиля - устойчив к воздействию кислот, щелочей и других агрессивных веществ, содержащихся в воде и почве. Синтетические волокна не подвержены гниению, им не страшна влага, ни мороз, ни жара, ни солнечные лучи.

Геотекстиль экологичен, не выделяет вредных веществ в процессе эксплуатации, безопасно для окружающей среды. Срок использования не менее 30 лет. Необходимо отметить, что крепление и укладка геотекстиля, проста, не требует специальных навыков в производстве таких сооружений, он более прочен для возможного порыва в сравнении с обычной пленкой, т.е. обладает высокой прочности. Кроме того, края на берегу крепят известным крепежом или засыпкой сверху объемом растительного грунта. Все это в целом удешевляет строительство траншеи с фильтрующим материалом со стороны вертикальной стенки траншеи, а это снижает коэффициент фильтрации через грунт, при этом вертикальная стенка траншеи становится боле устойчива к разрушению во влажном грунте в условиях осушительной мелиорации, сократить сроки возведения траншеи с пониженным ее дном.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружено аналогичное техническое решение, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено расположение в плане склонового поля с основными его элементами сети при расположении с болотной поймой; на фиг. 2 - поперечный разрез существующего болота с элементами самой схемы сети, и кривой депрессии до нормы осушения.

Предлагаемый способ сельскохозяйственных угодий в условиях с применением болотных окаймляющих участках участков осуществляют следующим образом.

Существующая склоновая осушительная сеть при эксплуатации включает влияние мелкоконтурных или глубококонтурных болот 1, и расположенного возвышающего участка поля 2. На поле 2 закладывают дренажную сеть с коллекторами (не показано), на котором размещены режимные наблюдательные скважины 3.

Одновременно по всей окаймляющей длине смоченного ниже расположено сельскохозяйственного угодья 2 (поле), которое имеет уклон (скат) происходит дренирование толщи грунта со стороны болота 1, что требует устройства примыкания к сельскохозяйственным угодьям со стороны болота 1 с инфильтрационными водами, с созданием открытого с нулевым уклоном канала 4 для сбора воды, где уровень имеет кривую депрессии 5. В результате создают определенный уровень воды наполнения для дополнительного фильтрующего канала 4 с нулевым уклоном, что соответствует максимальному фильтрационному расходу через толщу грунта в сторону откосов открытого канала 4, с коэффициентом фильтрации слоя грунта, не более 1 м/сут, т.е. работает с большой эффективностью, при этом глубина дна его, соответственно меньше чем глубина дна прямоугольной траншеи 6, которая также имеет фильтрационный слой не более 1 м/сут. и, уменьшается соответственно при наличии фильтрующего материала из геотекстиля 8. Траншея 6 в системе приема уровня воды через толщу грунта имеет вид кривой депрессии 7, и позволяет выходу воды с заполнением также без уклонной траншеи 6, но ее уровень значительно будет несколько ниже, чем в открытом с откосами канала 4. Таким образом, происходит понижение общего уровня при влиянии болотного берегового угодья 1 дифференцированно в сторону грунтовых вод осушаемого сельскохозяйственного угодья 2 (поля) с дренами и с коллекторами (не показано). После этого приступают к рассмотрению заполнения с фильтрацией траншеи 6 с ее устройством вертикальной боковой стенки, которую покрывают с внутренней стороны (со стороны подошвы поля 2) из водопроницаемого материала из геотекстиля 8, один край которого сверху загибают вверх по высоте стенки траншеи 6 и, конец полотна материала фиксируют креплением, например, тросом 9 на берегу траншеи 6, при этом нижние концы свободно направлены в сторону заглубленного дна траншеи 6, используется в качестве пониженного сбора дренирования воды через толщу грунта со стороны открытого с откосами канала 4, где траншея 6 также служит в качестве осушительного канала с пониженным дном по контуру выхода грунтовых вод и, имеет вид кривой депрессии 5 и складывается из притока вод со стороны болотных угодий 1. Высота дабы (бровки) канала 4 со стороны болота 1 над уровнем воды должна быть не менее 0,7-1,0 м, при отсутствие перетекания воды в канал 4. Таким образом, траншея 6 отсекает основной поток от пойменного участка в нижней части склона сельскохозяйственных угодий 2 (поля), что обеспечивает понижение самой кривой депрессии 7, и она преломляется плавно и, понижаясь, приобретает положение ее, показанное цифрой 7, показывая ее профиль в сторону осушаемого участка 2 (поля).

Выполнение межканальное пространство (нижняя часть склона) после траншеи 6 на подстилающих водопроницаемых грунтах обеспечивают таким образом, что его покрывают растительным покровом многолетней травы, например типа сильфия пронзеннолистная 10, или багульник и другие вечнозеленые кустарниковые насаждения, на которых культивируют данные растения.

Следует отметить некоторые особенности свободно растущая или посеянная травянистая нелекарственная растительность, в виде вечнозеленого кустарника, которая обеспечивает извлечение различные растворимые вещества. При этом эти же растения могут являться и лекарственными растениями, наряду с ассимиляцией тех же растворенных элементов, обеззараживают вредную микрофлору воды и создают санитарную зону окружающей среды.

Условия произрастания.

Сильфия пронзеннолистная - Для развития зеленой массы оптимальна температура 10-15 градусов и влажная почва. Побеги переносят заморозки до -5°С осенью и весной, а зимой морозы до -30°С. Так как период вегетации колеблется от 150 до 170 дней, то высевают семена под зиму. Розетки листьев и главный корень, на котором формируются почки возобновления, образуются к концу первого года жизни. Цветение начинается на втором году. Так как цветы выпускаются не одновременно, то и созревание семян растягивается на 30-40 дней и продолжается до постоянных заморозков. Культивируют растения на одном месте до 12 лет.

Сильфия пронзеннолистная (Silphium perfoliatum L.) относится к семейству астровых, имеет развитую корневую систему смешанного типа с мощным стержневым корнем и многочисленными разветвленными придаточными отростками. Основная масса корней залегаем в пахотном слое, а главный корень прорастает на большую глубину, что позволяет добывать влагу из нижних слоев почвы и переносить засуху. Надземная часть растения представлена толстым, полым четырехгранным прямостоячим стеблем, достигающим 4-х метров в высоту. Листья средне-жесткие, удлиненно-эллиптической формы с заостренными зубчатыми краями вырастают до 35 см в длину и до 25 см в ширину.

Сильфия пронзеннолистная - растение светло- и влаголюбивое, переносит затопление и поверхностное залегание грунтовых вод, нетребовательна к почвам. Отрастать побеги начинают ранней весной. Возможно двукратное скашивание сильфия. Сильфия пронзеннолистная - медонос. Ароматные корзинки привлекают пчел, ее также можно использовать и в декоративных целях. Сухая масса содержит до 2% кальция и до 0,8% фосфора, большое количество каротина и аскорбиновой кислоты.

Вечнозеленный кустарник багульник - вид растений из рода Багульник семейства Вересковые (Ledum palustre) является многолетником. Его высота варьируется от 0,5 до 1,2 м. Стебли лежащие, укореняющиеся, с многочисленными приподнимающимися ветвями. Корни проникают на глубину до 40 см. Корневище у него поверхностное и разветвленное, а от него отходят коротенькие отростки. Тонкие ветвящиеся побеги довольно прочные и жесткие. В зависимости от вида стебли бывают восходящими, прямостоящими, а еще стелющими. Спустя некоторое время на поверхности побегов появляется гладкая кора темного цвета. Листовые пластины с коротенькими черешками не облетают на протяжении всего года. Они очереднорасположенные кожистые на ощупь и окрашены в темно-зеленый оттенок. Данный кустарник (багульника) продуцирует и выделяет в окружающую среду (через корни, листья, ветки и цветы) сильно действующие антибактериальные вещества. Проявляя способность к испарению и десорбции в воду, эти вещества имеют бактериостатическое и бактерицидное действие по отношению к различным возбудителям заболевания - туберкулеза, ревматизма, бронхиальной астмы, дизентерии и др. Кустарник обладает плотной и хорошо развитой системой корневищ, массой, трудно смывающейся водой.

При этом перед подошвой ската участка 2 (поля) поддерживают уровень грунтовых вод на заданной глубине, которая в конце обеспечивает норму осушения глубины поля (Н_осуш), тем самым не создавая условий для заболачивания и засоления мелиоративной системы, т.е. исключается поднятие уровня, где грунтовые воды сельскохозяйственных угодий 2 остаются на заданных уровнях, являющиеся результатом инфильтрации и их сброса затем дренажной сети с коллекторами (не показано) для конкретных географических рельефных условий и обеспечивающихся гидравлическим уклоном (склона) поверхности поля, что в целом позволяет понизить уровень грунтовых вод на всей площади сельскохозяйственных угодий 2, тем самым возможность нагружения, эксплуатации таких используемых возвышенных сельскохозяйственных угодий.

Следует отметить, что в качестве высших водных растений высаживаемых перед каналом (траншеи), могут быть использованы растения, имеющие различные сроки вегетации, типы воздушной корневой системы, поглощающую способность. При выборе типов растений необходимо учитывать их различную поглощаемую способность. Кроме того, установлено, что в период весеннего снеготаяния вода стекает по склону и переходит с верхней поверхности фильтрующего слоя в его нижние слои и обратно, в результате сложных биологических, физико-химических, биологических процессов, взаимодействуя с фильтром, травой и воздухом интенсивно очищается и стекает в предложенном случае в траншею, окаймляющую сельскохозяйственные угодья со стороны болотных угодий, причем загрязнения могут уменьшаться на 70-80%.

В качестве примера на участке до края траншеи засевают растение сильфия пронзеннолистная - перспективная кормовая и медоносная многолетняя культура с высокой урожайностью и питательной ценностью (более подробна она описана выше), или вечнозеленый кустарник багульник и др. При этом багульник - наряду с другими растениями из группы лекарственных проявляет самую длительную жизнедеятельность и антимикробную активность.

Посадка растений, например в шахматном порядке на заданном расстоянии друг от друга обеспечивает максимальное задержание стекающих ручейков воды со склона в сторону траншеи, что связано также величиной (радиусом) разветвления их корневищ исключает возможное взаимное междувидовое угнетение этих растений. Посадка растений на границе склона перед траншеей предупреждает смыв и размыв почвы и, предупреждает проникновение загрязнений, уменьшая количество стекающей по склону воды, в целом это связано и с болотными угодьями.

Кроме того, следует также отметить, что сильфия пронзеннолистная имеет несколько вариантов применения.

В предложенном варианте она служит как заросли, как и кустарник, обеспечивающих задержание стока ручейков воды со склона поля вниз и снижения загрязнения перед собирателем воды в траншее отводящей воды, в которой она аккумулируется.

Таким образом, изобретение позволяет осуществлять одновременно, задерживать воду с перехватывающей в траншее при сельскохозяйственном использовании склоновых земель в данной конкретной зоне. Можно также отметить, что баланс массы воды на участке очистки: 70-75% воды собирается в перехватывающей траншее, 10-15% теряется, 15-20% усваивается растениями и испаряется. Глубина осушения может составить от 0,5 до 1,1 м.

Кроме того, способ осушения сельскохозяйственных угодий имеет два этапа. На первом этапе понижают уровень поверхностных вод с верхней поверхности склона почвы в сторону очистки зарослями высшей растительности, отмеченной выше в описании, от таяния снега, дождевых осадков, дождеванием, где вода затем поступает в траншею с пониженным дном, при этом отсутствует также размыв ее бровки с укрепляющей боковой стенкой фильтрующим материалом из геотекстиля. В результате склоновые территории освобождают от избыточной воды в понижениях рельефа. Второй этап включает, когда происходит подтопление со стороны в условиях территории болотных угодий. Вода фильтруется через слой грунта трапециодального канала с откосами, далее фильтруется в прямоугольное поперечное сечение траншеи, имеющей пониженное дно по отношению к дну канала, соответственно. В результате для сельскохозяйственных угодий создаются оптимальные условия для выращивания сельскохозяйственных культур вблизи болотных угодий на границе осваиваемых массивов земель. Кроме того, очищенную воду, поступающую в траншею, представляется возможным использование воды для орошения близлежащих полей.

Использование против разрушения берегов в сторону траншеи высших растений задерживает сток поверхностных сбросных ливневых и дождеванием при орошении. Снижает их минеральную удобрительную загрязненность в сторону слива в траншею на 70-75%, предупреждается загрязнение насыпей траншеи 6, достигается высокая степень устойчивости растений, или вечнозеленых кустарниковых насаждений и, тем самым отсутствует размыв верха берега полосы разрушения, стекающей по склону воды при снижении нагрузки на траншею и предохраняет дальнейшее распространение вредных химических включений в окружающую среду на рельеф.

Таким образом, обеспечивается гидравлическая фильтрационная связь между затопленными частями нижней части сельскохозяйственных угодий в сторону болот, расположенного ниже по уровню воды в сравнении с каналом и с траншеей. Выше траншеи культивируются растения, например типа сильфия пронзеннолистная, или багульник и др. кустарниковые насаждения, а также при расположении контролируемых режимных скважин, что исключит затопленные участки от длительного стояния в них воды при спаде уровня на болотных угодьях до минимального уровня в зависимости от сезонности и жаркого лета при сборе трав хорошего качества.

При глубоком залегании водоупора параметры дренажа рассчитывают по формулам С.Ф. Аверьянова, А.И. Ивицкого, А.Н. Костякова. Наиболее важным параметром является коэффициент фильтрации.

Как правило, коэффициент фильтрации определяют полевыми методами по способу восстановления уровня воды в скважинах.

Для характеристики влагообеспеченности культур севооборота целесообразно учитывать лишь доступную почвенную влагу, которая накапливается в почве при ее увлажнении. A.M. Думбляускас предлагает вычисления запасов почвенной влаги производить по формулам:

W=0,1⋅h⋅a⋅(W_в-W_з),

где W - запасы доступной почвенной влаги, мм; а - объемная масса почвы, г/см³; h -мощность слоя почвы, см; W_в- влажность от абсолютно сухой почвы, %; W_з- влажность устойчивого завядания абсолютно сухой почвы, %.

Другие известные ученые (П.А. Волковский и А.П. Тельцов и др.) предлагают вычислять запас влаги в слое прироста корневой системы растений по формуле А.Н. Костякова:

ΔW=100⋅h_КС⋅α⋅r,

где ΔW - запас влаги в слое прироста корневой системы растений, м³/га; h_КС - глубина распространения основной массы корней растений, м; r - влажность почвы, % на абсолютную сухую почву к началу посева; α - плотность почвы, т/м³.

Рассмотренные формулы удобны для практического использования в естественных условиях для конкретных случаев. Однако эти зависимости, на наш взгляд, следует уточнить с учетом влияния распространения влажности в почвогрунте.

Выполнив анализ имеющихся теоретических работ по движению грунтовых вод и практических работ, используемых для осушения подтопленных сельскохозяйственных земель, можно сказать, что существует необходимость дальнейшего изучения почвенных процессов, таких как влияние уровня грунтовых вод на скорость фильтрации, на распространение влаги в почве. Также необходимо продолжать исследования в определении методов запасов влаги в почве для охраны от подтопления агроландшафтов.

Охрана агроландшафтов от подтопления должна включать в себя как рациональное использование природных ресурсов, так и анализ всех возможных последствий хозяйственной деятельности человека. Общий подход к этому вопросу состоит из комплексного учета всех причин и факторов, полученных при мониторинге агроландшафта с последующим управлением мелиоративным состоянием почв вблизи болотных угодий, т.е. разработать надежные методы прогноза развития процессов подтопления с последующим переходом к управлению параметрами, влияющими на влажность почвы, которая является основной составляющей нормы осушения (в предложенном случае эта норма должна составлять от 0,5 до 1,1 м). Следует отметить, что это различие на конкретной территории обуславливают географическими условиями и разнообразием ландшафтом, где отметки поверхности земли территории колеблются от 0 до 2-3 м. Наличие болот, а также создание прудов и водохранилищ, является причиной подъема уровня грунтовых вод.

Пример (практического наблюдения).

Практика показала, что нахождения вблизи мелкоконтурных болот, рабочую глубину канала можно принимать не менее 0,5 м и не более 1,0 м, высота дамбы над слоем воды со стороны болота должна быть не менее 0,7-1,0 м, ширина межканальной части склона в промежутке между траншеи с углубленным ее дном должна быть не менее 3-5 м, таким образом, чтобы в целом понизить уровень грунтовых вод, имеющих кривые дипрессии через толщу грунта и зависит от притока вод со стороны болотных угодий, инфильтрационных вод, попадающие в грунт извне и техвод, т.е. вод, образуемых в результате освоения конкретных объектов под сельскохозяйственные угодья. При этом норма глубины осушения может составить от 0,5 до 1,1 м. Фильтрующий материал из геотекстиля прочен, устойчив к порывам и к коррозии, долговечен, не расплетается при механическом повреждении отдельных пропиленовых нитей, при этом обладает морозостойкостью и его открытая пористость составляет менее 20%.

На оросительных системах при поливе культур может, происходит подъем уровня грунтовых вод (УГВ), почва деградирует от потопления и загрязнения вредными веществами. Проблему можно решить за счет разработки и внедрения эффективных адаптированных технологий для агропромышленного комплекса в условиях изменения климата. Размеры подтопления и переувлажнения различны, поэтому для охраны агроландшафта необходим комплекс сельскохозяйственных мероприятий. Химические препараты, вносимые на сельскохозяйственные поля, впоследствии с переувлажненных земель легко вымываются в водоприемники грунтовыми водами. Органические вещества в поверхностном и подземном стоке содержатся в растворенном и нерастворенном состоянии. Поверхностный сток вследствие распашки полей и снижения доли трав в севооборотах выносит значительное количество мелкозема в водные объекты, вызывает их загрязнение и заиление. Данные отложения нарушают жизнедеятельность микроорганизмов, что отрицательно сказывается на биоценозе и процессах самоощищения. Таким образом, подтопление и переувлажнение является проблемой деградиции плодородных земель. Отсюда необходим мониторинг УГВ береговых агроландшафтов для получения единицы конкурентной продукции, а значит, необходим контроль и влияние подпора уровня в болотах, а также перераспределения осадков внутри года.

Таким образом, будет защита не только аккумулирующая площадь болот, влияющих на рост сельскохозяйственных культур, но и тот аккумулирующий объем стока, накопленный в аккумулирующем канале и траншеи, который в конце сбрасывается в отведенные водоемы и другие источники, например, реки, при этом предложенный способ, который предназначен для осушения почв обеспечивает расширение воспроизводства плодородия почвы в естественных условиях, повышает урожайность трав и других сельскохозяйственных культур при осушении со стороны не только дренажных дрен и коллекторов на самом поле, но и со стороны подпитки (потопления) болотных угодий в зависимости от уровня последнего на объектах освоения, значительно повышает экологичность всей территории, так как отсутствует зарастание сорной растительностью, соответственно вблизи поля уменьшает и малярийность. Соответственно использование новой технологии дренирования воды при затоплении со стороны болотных пойм водами обеспечивает эколого-мелиоративную обстановку территории в жаркое лето. Таким образом, участок наблюдений также моделирует все возможные изменения интенсивности дренирования массива осушения при оттоке или притоке грунтовых вод. Наряду с вышеизложенным предлагаемый способ можно успешно применить для использования воды из траншеи для орошения близлежащих полей.

Дополнительные источники информации, принятые во внимание

1. Жуков А.А., Карелин Я.П. и др. Канализация. М., Стройиздат, 1975, с. 242.

2. Абрамов Н.Н. Водоснабжение. М., Стройиздат, 1974, с. 232.

Claims (3)

1. Способ комплексной гидромелиорации почвы при осушении сельскохозяйственных угодий в условиях с прилегающим болотным участком, включающий поля с понижением грунтовых вод путем сбора их в водоприемник через дренажную сеть, отличающийся тем, что сельскохозяйственные угодья с понижением грунтовых вод примыкают к болотным участкам, болотный участок снабжен дополнительно фильтрующим каналом с откосами, а параллельно ему расположена фильтрующая траншея прямоугольного поперечного сечения, имеющая пониженное дно по отношению к дну канала через грунт, при этом избыточные болотные воды, с одной стороны дренируемые через толщу почвы, аккумулируются вначале в открытом безуклонном канале с откосами, откуда они поступают за счет фильтрующей способности грунта в траншею с пониженным дном, боковая внутренняя стенка которой покрыта фильтрующим материалом из геотекстиля.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для предотвращения загрязнения грунтовыми и дренажными водами вблизи траншеи прямоугольного поперечного сечения высаживают растительный покров многолетних трав и/или кустарниковые насаждения.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для наблюдения за уровнем фильтрационных грунтовых вод на полосе границы участка между дополнительным фильтрующим каналом и сельскохозяйственным угодьем в виде поля предусматривают створы наблюдательных скважин.

Images