Способ осушения замкнутых понижений

(51)02 11/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОСУШЕНИЯ ЗАМКНУТЫХ ПОНИЖЕНИЙ(71) Заявитель Республиканское унитарное научное предприятие Институт мелиорации и луговодства Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Копытовских Александр Владимирович(73) Патентообладатель Республиканское унитарное научное предприятие Институт мелиорации и луговодства Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Способ осушения замкнутых понижений рельефа, включающий нарезку щелейосушителей и их наполнение фильтрующим материалом, отличающийся тем, что щели выполняют в виде ряда лучей, расходящихся от центральной части замкнутых понижений в направлении водоприемников и повышенных элементов рельефа, например бугров. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что часть или все щели выполняют тупиковыми и заканчивают на повышенных элементах рельефа. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что щели выполняют глубиной 20-25 см с постепенным ее увеличением, обеспечивающим уклон подошвы щели не менее 0,002 в направлении, противоположном направлению уклона поверхности. Фиг. 1 Изобретение относится к мелиорации земель, а именно к агромелиоративным приемам осушения небольших замкнутых понижений рельефа площадью до 0,5 га. 7248 1 2005.09.30 Известны гидротехнические способы перевода поверхностных вод из замкнутых понижений в закрытую дренажную сеть с помощью колодцев и колонок-поглотителей 1, с. 365-366. Недостатком их является высокая энергоемкость строительства, связанная с необходимостью выполнения значительных объемов земляных работ, применением большого количества фильтрующих материалов (например, песчано-гравийной смеси) для устройства дренажных фильтров, использованием железобетонных или пластмассовых конструкций для устройства тела колодцев, асбестоцементных труб для сопряжения с дренажной сетью и др. Стоимость эксплуатации этих сооружений также высока и связана с периодической промывкой или полной заменой фильтрующих элементов. Поэтому применение данных способов осушения замкнутых понижений экономически обосновано только при большой водосборной площади (более 20 га). При небольшой водосборной площади обычно используют агромелиоративные приемы. Известен агромелиоративный прием выравнивания микрорельефа полей с помощью планировки поверхности, заключающейся в перемещении почвогрунта с повышенных элементов рельефа в пониженные с помощью бульдозеров, скреперов, длиннобазовых планировщиков 1, с. 356-357. Недостатком этого способа является то, что при планировке усиливаются различия в плодородии почвы по элементам рельефа, главным образом из-за снижения содержания органического вещества в пахотном слое срезаемых слоев. Для восстановления плодородия необходимо внесение дополнительных доз органических и минеральных удобрений,рыхление, почвоуглубление подпахотных слоев и другие мероприятия, значительно удорожающие общую стоимость работ. Кроме того, с интервалом времени в 45 лет требуется повторная эксплуатационная планировка в связи с возникающей с течением времени осадкой грунта. Известен способ удаления поверхностной воды из мелких западин и участков с мелкозападинным рельефом с помощью ложбин стока. Этот способ заключается в прокладывании ложбин с помощью ложбиноделателей по наиболее низким элементам рельефа с отводом воды в открытую проводящую сеть 1, с. 254-255. Недостатком этого способа является относительно большой объем земляных работ,связанный с устройством ложбин. По трассам ложбин в результате перемещения из них почвогрунта снижается почвенное плодородие, а при высоких уклонах поверхности требуются дополнительные мероприятия по предотвращению водной эрозии. При этом сохраняется неравномерность водного режима по площади на повышенных элементах рельефа проявляется осушительный эффект, а понижения по трассе ложбин имеют повышенную влажность почвы. С интервалом в 45 лет требуются мероприятия по восстановлению русла ложбин. Известен влагоаккумулирующий агромелиоративный прием по щелеванию почвы, заключающийся в прорезании в почве щелей на глубину до 80 см с расстоянием между ними 1,01,5 м для улучшения водно-физических свойств связных почв с избыточной плотностью сложения 1, с. 542-545. При этом в зоне прохода щелевателей плотный подпахотный слой разрушается, а щели обычно засыпаются рыхлыми частицами. Применяется в основном на склонах холмов для задержания поверхностного стока, борьбы с водной эрозией. Нарезание щелей при этом производится поперек склона, т.е. без уклона, вдоль горизонталей поверхности склона. В связи с вероятным переувлажнением почвы данный метод не эффективен на неосушенных избыточно увлажненных и периодически переувлажняемых землях, на землях с высокими уровнями грунтовых вод и интенсивным подпитыванием почвы грунтовыми водами, на осушенных землях при годовом количестве осадков более 600 мм и в понижениях рельефа с высокой приходной частью составляющих водного баланса за счет поверхностного стока со склонов. 7248 1 2005.09.30 При использовании этого метода для усиления осушительного действия дренажа в замкнутых понижениях требуется наличие мощных осушительных систем с поглотителями поверхностного стока. Поэтому для этих целей в практических условиях этот метод не используется. Близкими к предлагаемому являются способы осушения земель кротовым и щелевым дренажом, заключающиеся в устройстве на глубине до 1,2 м кротовых или щелевых дрен с помощью кротодренажных и щеледренажных машин. Кротовые и щелевые дрены впадают в открытые каналы и располагаются перпендикулярно последним 1, с. 542-543. Недостатком этих способов является то, что они могут использоваться только в кротоустойчивых грунтах, а при осушении западин, где требуется перевод поверхностных вод в дренаж, - только при высокой водопроницаемости почвогрунтов или при наличии колонок-поглотителей, устройство которых значительно удорожает строительство. При этом средний срок службы кротового и щелевого дренажа составляет 34 года. Наиболее близким по достигаемому результату и технической сущности к предлагаемому является способ осушения переувлажненных земель щелевым дренажем с заполнением щелей фильтрующим материалом с высокой водопроницаемостью (песком, щебнем,шлаком и др.). Щели выполняются шириной 615 см на глубину 4060 см с шагом 39 м в зависимости от требуемой интенсивности отвода поверхностных вод. На склонах холмов щелевой дренаж применяется для перехвата и отвода поверхностных вод, стекающих со склонов. На равнинных участках он эффективен на тяжелых почвах атмосферного водного питания для перевода поверхностных вод в дренажную сеть 2 - прототип. Недостатком этого способа является постоянная глубина его заложения. При этом уклон дна щели копирует уклон поверхности, а гравитационная вода, поступающая в щель и скапливающаяся у ее дна, перемещается в щели по направлению этого уклона. При осушении замкнутых понижений рельефа вода, стекающая с повышенных элементов рельефа,перехватывается щелью и по уклону дна щели перемещается в направлении наиболее низкого места, т.е. в понижение. При недостаточной гидравлической связи с горизонтальным дренажем, которая обычно возникает на тяжелых почвах при низкой водопроницаемости подпахотного слоя, заилении суффозионными частицами придренной зоны или при частичной кольматации защитно-фильтрующих материалов дренажа, вода скапливается в понижении и застаивается в нем более или менее продолжительное время. При этом сохраняется неравномерность водного режима между осушенными вершинами склонов, которые часто, особенно в летний период, страдают от недостатка влаги, и западинами,аккумулирующими влагу со всей водосборной площади понижения. В связи с этим задачей изобретения является обеспечение сокращения объемов земляных работ, сохранение почвенного плодородия, обеспечение более равномерного режима влажности почвы по элементам рельефа, сокращение затрат на строительство и эксплуатацию мелиоративных систем. Задача решается следующим образом щели выполняют в виде ряда расходящихся лучей от центральной части замкнутых понижений в направлении водоприемников и повышенных элементов рельефа, например бугров. При этом часть и все щели выполняют тупиковыми и заканчивают на повышенных элементах рельефа. Щели выполняют с глубиной 2025 см с постепенным ее увеличением, обеспечивающим уклон подошвы щели не менее 0,002 в направлении, противоположном направлению уклона поверхности. При этом щели полностью заполняют высоководопроницаемым фильтрующим материалом. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема осушения замкнутого понижения на фиг. 2 - схема осушения замкнутого понижения, вид сверху. По предлагаемому способу выполнение щели 1 начинают от средней части замкнутого понижения при первоначальной ее глубине до 2025 см, т.е. не меньше, чем на глубину основной обработки почвы. Затем по мере движения агрегата производят постепенное заглубление рабочего органа, обеспечивающего получение дренирующей щели с уклоном 3 7248 1 2005.09.30 не менее 0,002 в направлении, противоположном уклону поверхности. Для контроля за соблюдением уклона дна щелей используют применяемые в мелиорации при строительстве дренажа датчики уклона. При этом конструктивная ширина щелей по верху составляет 0,060,08 м, максимальная глубина - до 1,2 м, но выше закладки горизонтального дренажа длина щелей составляет 50100 м. Щели 1 полностью заполняют высоководопроницаемым фильтрующим материалом. В качестве такого материала используют крупнозернистый песок, песчано-гравийную смесь, сыпучие, инертные к окружающей среде и экологически безопасные полимерные материалы (например, пенополистирол), торф, пахотный слой почвы и др. Устройство щелей производят с помощью рыхлителей и щелевателей чизельного типа для глубокой обработки почвы, например рыхлителя-щелевателя РЩ-0,80, позволяющего с помощью специального устройства в виде дисковых ножей вместе с производством щели заполнять ее сыпучим фильтрующим материалом пахотным слоем почвы или предварительно дозированно насыпанным по трассе щелей другим фильтрующим материалом. Возможны иные конструктивные решения производства технологического процесса, например, с использованием в комбинации с рыхлителем-щелевателем дозирующей емкости для внесения сыпучих материалов в подпочвенный слой. Работы производят осенью в достаточно сухой период времени при влажности почвы 60-70 от наименьшей влагоемкости по стерне или зяблевой вспашке, а также весной в предпосевной период также по стерне или вспашке. Если позволяет рельеф поверхности, вывод щелей осуществляют к колодцупоглотителю 3, каналу, отстойнику-водоприемнику, а для подпитки повышенных участков рельефа влагой выполняют тупиковые щели 4, заканчивающиеся на буграх. В случае невозможности вывода щелей к водоприемнику выполняют только тупиковые щели. На каждом понижении выполняют конструктивно максимально возможное количество водоотводящих щелей, но не менее четырех. Достаточное (оптимальное) их количество составляет 6-8 щелей на понижение. Схема осушения замкнутых понижений показана на фиг. 1 и 2. Замкнутое понижение работает так, при заполнении понижения 2 водой в период весеннего половодья или летне-осенних паводков происходит поглощение гравитационной воды хорошо водопроницаемой засыпкой щелей-осушителей в пределах контура очага застоя поверхностных вод. Под действием силы тяжести вода фильтруется к подошве щелей, частично переводится в закрытую дренажную сеть, а оставшаяся гравитационная вода благодаря наличию уклона подошвы, составляющего не менее 0,002, отводится за пределы понижения в открытый канал, колодец-поглотитель 3 и др. При тупиковых щелях 4 воду отводят на повышенный элемент рельефа и обеспечивают таким образом дополнительное подпитывание бугров, испытывающих, как правило, в летний период недостаток влаги. Этим достигается перераспределение влаги из понижений на повышенные элементы рельефа, т.е. обеспечивается более равномерный режим влажности почвы по элементам рельефа, сохраняется однородность почвенного покрова. При использовании описанного способа осушения понижений отсутствуют земляные работы, связанные со срезкой и перемещением почвогрунта, исключаются или сводятся к минимуму потери органического вещества, формируется более равномерный режим влажности почвы по элементам рельефа, сохраняется почвенное плодородие, удешевляется строительство и эксплуатация мелиоративных систем. Благодаря засыпке полости щелей фильтрующим материалом срок службы описанного способа осушения составляет до 20 лет. 7248 1 2005.09.30 Источники информации 1. Мелиорация Энциклопедический справочник / Редкол. И.П. Шамакин (гл.ред.) и др. Под общ. ред. А.И. Мурашко. - Мн. Беларус. Сов. Энцикл., 1984. - С. 542-543. 2. Халявкин Ф.Г. Осушение торфяных месторождений. - Мн. Вышэйшая школа, 1986. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5