2курс лекции. Мелиорация земель
 Скачать 1.89 Mb.
|
|
Ширина земляного полотна хозяйственных дорог - 6,5 м, полевых и эксплуатационных - 5,0 м; кюветы имеют трапецеидальное и треугольное сечение. В местах пересечения дорог с распре- делительными и магистральными каналами строят мосты или трубчатые переезды, ширина проез- жей части которых 5 м. Лесополосы проектируют для снижения скорости ветра, испарения с поверхности полей воды, ослабления действия суховеев, уменьшения зарастания каналов. Их создают из высокорастущих пород деревьев с высоким подлеском продуваемой конструкции. Располагают вдоль оросительных водосборно-сбросных и дренажных каналов, постоянных дорог, по границам водоемов, полей се- вооборота. Расстояние между основными лесополосами принимают с учетом дальности действия полос (равным 20-30-кратной высоте деревьев), требований механизации полива и обработки почвы. Это расстояние – 500-900 м. 8 ОСУШИТЕЛЬНЫЕ МЕЛИОРАЦИИ 8.1. Понятие об осушительных мелиорациях В зоне избыточного и достаточного увлажнения мелиорация почв заключается в устранении избыточной их увлажненности, т.е. снижении влагосодержания корнеобитаемого слоя. Осушительные мелиорации - комплекс мероприятий, направленный на улучшение сель- скохозяйственных угодий, преобразование переувлажненных земель в плодородные, на которых можно получать высокие устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур. 8.2. Виды земель, требующих осушения Общая площадь земель, нуждающихся в осушительной мелиорации, составляет 200-220 млн га, из них около 92 млн га – земли сельскохозяйственного использования. Переувлажненные сельскохозяйственные земли включают 12,4 млн га пашен и залежей, 18,8 млн га частично заболо- ченных сенокосов и пастбищ и 59,8 млн га болот. Наиболее крупная территория в Нечерноземной зоне – Мещерская низменность (Москов- ская, Рязанская и Владимирская области). Осушение в этих районах проводятся с I860-1880 годов. В Западной Сибири наиболее крупный объект осушения – Барабинская низменность общей площадью 11,7 млн га. Общий мелиоративный фонд Западной Сибири оценивается в 33 млн га преимущественно болот и заболоченных земель. Большие площади земель нуждаются в осушительных мелиорациях и на Дальнем Востоке. Мелиоративный фонд этого региона изучен пока недостаточно. Главная причина избыточного увлажнения сельскохозяйственных земель – превышение количества выпадающих атмосферных осадков над расходом влаги на суммарное испарение (с по- верхности почвы и водных объектов, транспирация растений). Вследствие этого при отсутствии 28 условий для быстрого отвода воды (пересеченный рельеф, водопроницаемые подпочвенные гори- зонты грунта и др.) всегда возникает избыток увлажнения верхних слоев почвы. Переувлажненные земли делятся на три основных типа: болота, заболоченные земли и минеральные земли. Они различаются но мощности торфяного слоя. 1. Если мощность торфяных отложений превышает 30 см, то почва называется болотом. 2. При глубине торфа менее 30 см почву относят к заболоченной земле. 3. При полном отсутствии торфяного покрова на поверхности почвы переувлажненные земли от- носят к минеральным. 80 % всей площади земель, подлежащих осушению, составляют болота и заболоченные земли. Особую группу составляют затопленные и подтопленные земли, площадь которых непре- рывно возрастает в связи с регулированием речного стока водохранилищами. Образование болот. Процессы образования болот можно объединить в две группы: заторфовывание водоемов, заболачивание суходолов–первоначально сухих почв. Происходит накапливание массы полуистлевших, насыщенных водой растительных остатков, образующих торфяной слой. В первом случае болота образуются в результате заполнения торфом уже имеющегося водоема. Во втором отложение торфа происходит в процессе заболачивания ле- сов или лугов, где большие массы воды накапливаются в процессе развития влаголюбивых расте- ний - торфообразователей, вызывающих рост и развитие торфяного слоя. На территории России преобладают суходольные болота. Они, образуются лишь гам, где это- му способствуют климат, геологические и гидрогеологические условия, рельеф и характер расти- тельности. Природные условия, воздействуя на почву комплексно, создают определенную среду, благоприятствующую или не благоприятствующую образованию и развитию болот. Болота в соответствии с особенностями делят на 3 типа: низинные, переходные и верховые. 1. К низинному типу относятся такие болота, в которые наряду с атмосферными осадками поступают грунтовые сильно минерализованные жесткие воды. Растительный покров таких болот определяется минеральным питанием, что обусловливает отложение торфа с большим содержани- ем минеральных веществ, то есть с высокой (до 50-60%) зольностью. 2. К верховому типу относятся болота, в водном питании которых преобладают атмосфер- ные осадки. Растительность здесь получает мало минеральных веществ, поэтому отлагающийся торф имеет малое содержание минеральных веществ, то есть низкую (не более 5-10 %) зольность. 3. Переходные болота занимают промежуточное положение. В их водном питании грунто- вые воды играют либо небольшую роль, уступая атмосферным осадкам, либо из-за геологических условий содержат небольшое количество минеральных соединений. Растительный покров таких болот характеризуется сочетанием как «низинных», так и «верховых» растений. Торф, отлагаю- щийся на таких болотах, характеризуется средней (15-25%) зольностью. Для сельскохозяйственного производства наиболее ценны высокозольные, сильноразлож- нвшиеся низинные торфяники, содержащие в достаточном количестве азот, а иногда и фосфор. Болота с зольностью менее 15 % для земледелия, как правило, не используют. Основные показатели почв, используемые при проектировании мелиоративных мероприя- тий, следующие: коэффициент фильтрации Кф, водоотдача , полная (ПВ) и наименьшая (НВ) влагоемкость, пористость р, объемная масса и др. Все используемые в сельском хозяйстве избыточно увлажненные земли подразделяются на земли временного и постоянного избыточного увлажнения. 1. Земли временного избыточного увлажнения включают в себя: минеральные земли во- доразделов и пологих склонов, периодически переувлажняемые водами атмосферных осадков во время половодья и паводков; минеральные или заболоченные земли, увлажняемые безнапорными грунтовыми водами, режим которых тесно связан с выпадением атмосферных осадков; поймы средних и крупных рек, периодически затопляемые полыми водами. 2. К землям постоянно избыточного увлажнения относятся: территории, увлажняемые напорными грунтовыми водами, расположенные у подножий склонов; замкнутые понижения в поймах рек, где уровень грунтовых вод подпирается рекой в меженный период; болота всех типов. 29 8.3. Типы водного питания избыточно увлажненных земель Тип водного питания (ТВП) – мелиоративная характеристика, определяющая основные источники переувлажнения земель. ТВП синтезирует в себе климатические, геологические, гидро- геологические, геоморфологические, почвенно-литологические, почвенные и прочие условия. Типы водного питания делятся на пять основных ТВП: 1. атмосферный, 3. грунтовый, 2. склоновый (делювиальный). 4. грунтово-напорный 5. намывной (аллювиальный) (рис. 1). Рис. 8.1. Формирование водного режима по элементам рельефа: 1 – осадки; 2 – склоновые поверхностные воды; 3 – уровень грунтовых вод (УГВ): 4 – при- ток напорных вод; 5–уровень меженных вед (УМВ); 6– уровень паводковых вод (УПВ) При атмосферном ТВП основным источником питания служат атмосферные осадки. Он присущ верховым болотам, а также глинистым и суглинистым минеральным почвам, расположен- ным на водораздельных плато и равнинах. При склоновом ТВП переувлажнение земель происходит за счет воды, стекающей со скло- нов. Характерен для тяжелых минеральных почв, расположенных на склонах или у их подножья. При грунтовом ТВП в переувлажнении земель участие принимают грунтовые воды (пер- вый от поверхности земли водоносный горизонт). Характерные признаки земель с грунтовым ТВП– достаточно высокая водопроницаемость и близкое к поверхности земли (0...1 м) залегание грунтовых вод. Такие земли расположены в низинах и понижениях на нижних частях склонов. При грунтово-напорном ТВП в переувлажнении земель принимают участие напорные воды (обычно приуроченные ко второму от поверхности земли горизонту, отделенному от первого сла- бопроницаемым глинистым пластом). Этот ТВП характерен для низинных болот и отдельных их участков, расположенных в глубоких понижениях или у подошвы склонов. Рис. 8.2. Грунтовый тип водного питания: а - приток вод с водосбора; б – замкнутый бассейн; в – приток фильтрационных вод из рек и водохранилищ; 1– водоупор; 2 – водоносный пласт; 3 – уровень грунтовых вод: 4 – то же, после подпора; 5 – уровень воды в реке после цодпора; 6 – то же, до подпора При намывном ТВП причиной переувлажнения служат воды рек, озер, водохранилищ, вы- ходящие из берегов в периоды половодья, паводков и приливов, застаивающиеся на поверхности земли. Этот ТВП основной для земель, расположенных в поймах рек и озер, в речных дельтах. В пределах одного массива обычно имеется сразу несколько типов водного питания, то есть смешанный ТВП. При назначении мелиоративных мероприятий исходят из основного ТВП. 30 8.4. Методы и способы осушения В зависимости от пути, по которому вода отводится с осушаемой территории, различают пять методов осушения. Каждому ТВП отвечает свой метод: 1) при атмосферном ТВП - ускорение поверхностного стока; 2) при склоновом – перехват поступающего на осушаемый массив склонового стока; 3) при грунтовом – понижение уровней грунтовых вод (ускорение внутреннего стока); 4) при грунтово-напорном – понижение уровней подземных вод и уровней грунтовых вод; 5) при намывном – ускорение или задержка паводкового речного и озерного стока (регулирова- ние режима половодья и паводков). Способ осушения назначают исходя из метода осушения. Каждому методу отвечает ряд способов. Под способом осушения понимают реализацию метода осушения с учетом технической, хозяйственной и экономической целесообразности. Основные способы осушения следующие: 1) при атмосферном ТВП - устройство каналов, искусственных ложбин, закрытых собирателей, проведение агромелиоративных мероприятий (кротование, рыхление подпахотного слоя и др.); 2) при грунтовом и грунтово-напорном ТВП - устройство осушителей (каналов), дрен, глубоких каналов, разгрузочных скважин, вертикального дренажа; 3) при склоновом ТВП - устройство нагорных каналов, проведение противоэрозионных меропри- ятий на склонах; 4) при намывном ТВП - регулирование русел рек (спрямление, углубление и др.) и речного стока (сооружение водохранилищ, перехват притоков рек каналами и др.), строительство дамб. Принципиальную схему осушения и конструкцию основного элемента осушительной си- стемы – ее регулирующей сети - определяют в зависимости от выбранного способа осушения. 8.5. Режим осушения сельскохозяйственных растений Мелиоративные системы в зоне избыточного увлажнения должны: своевременно отводить поверхностные воды и понижать грунтовые; подавать воду на поле в засушливые периоды; созда- вать условия для беспрепятственной работы сельскохозяйственных машин. Режим осушения – это поддерживаемый мелиоративными мероприятиями оптимальный водно-воздушный режим почвы. Он характеризуется следующими основными показателями: аэрацией почвы А, ее влажно- стью W, нормой осушения Z, критической глубиной залегания грунтовых вод Z к , допустимой про- должительностью затопления Т. Аэрация почвы А – это свободная порозность, равная разности между общей пористостью почвы Р и ее влажностью W, выраженной в процентах от полной влагоемкости: A=P–W. Стремятся поддерживать аэрацию в пределах 20-40%. Это означает, что 20-40 % пор корнеобитаемого слоя почвы должны быть свободны от влаги и заполнены воздухом. Снижение аэрации до 20 % и ниже ведет к замедлению газообмена почвы с атмосферой, нехватке кислорода, оглеению, началу торфообразования и снижению урожаев. Влажность осушаемой почвы W должна лежать в пределах 50-80 % от полной ее влагоем- кости ПВ (численно равной пористости Р). Большие значения W (75-80%) нужны влаголюбивым растениям (травам), меньшие (60-70%)–овощным культурам, средние (70-75%) - зерновым. Норма осушения Z – это минимальное расстояние от дневной поверхности до уровня грун- товых вод, которое находится обычно посередине между элементами регулирующей сети. Она, определяемая глубиной и расстоянием между регулирующими элементами осушительной сети, служит величиной, которую задают в проекте. 31 Рис. 8.3. Норма осушения (опытная) Тесная же взаимосвязь между глубиной расположения грунтовых вод и влажностью почвы в большинстве случаев позволяет задавать одну характеристику – норму осушения, для того чтобы определить остальные характеристики режима осушения. В районах распространения минерализованных грунтовых вод в связи с опасностью засо- ления почв в режиме осушения используют понятие критической глубины грунтовых вод Z к Таблица 8.1 - Средние значения нормы осушения, Z см Сельскохозяйственные культуры Нормы осушения предпосевной период начало вегета- ции весь период ве- гетации Зерновые озимые 70-80 70-80 70-90 Картофель, свекла 70-80 85-100 90-100 Овощи, подсолнечник, кукуруза 50-60 70-80 80-100 Трава на сено 40-50 50-60 60-75 При расположении уровня грунтовых водна критической глубине засоления не происхо- дит, так как капиллярного притока, несущего соль в почву, практически нет. Критическая глубина больше нормы осушения в среднем в полтора раза, то есть Z к 1,5Z. Допустимую продолжительность затопления весенними или паводковыми водами лугов без ущерба для урожая трав составляет 3-30 суток. Затопление весной озимых зерновых культур не допускается. Количественную оценку источников переувлажнення и соответствующих ТВП устанавливают на основании водного баланса данной территории. Водный баланс осушаемой территории состав- ляют для участков земли, ограниченных в разрезе дневной поверхностью, нижней границей корнеобитаемого слоя и уровнем грунтовых вод или водоупором. (Р+П п +П г +К) - (Е п +Е в +Т+S п +S г ) -= W n +W в +W г где Р – атмосферные осадки; П п –приток поверхностных вод; П г –приток грунтовых вод; К– конденсация влаги на поверхности почвы (в виде росы или инея) и в самой почве; Е п –испарение с поверхности почвы; Е в –испарение с водной поверхности; Т–транспирация влаги растениями; S п – поверхностный сток за пределы рассматриваемой территории; S г – то же, грунтовых вод; W n , W в , W г – изменение запасов влаги соответственно на поверхности почвы, в зоне аэрации и грун- товых вод. Для решения уравнения водного баланса необходимы материалы метеорологических, поч- венных, гидрологических и гидрогеологических наблюдений. 9. ОСУШИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ 9.1. Состав и конструкции осушительных си- стем Осушительная система - комплекс инже- нерных сооружений и устройств, создающих необ- ходимые условия для улучшения водного режима переувлажненных земель. В состав осушительной системы входят: ре- гулирующая сеть, ограждающая сеть, проводящая сеть, водоприемник, гидротехнические сооруже- ния, дорожная сеть, лесополосы, эксплуатацион- ная сеть (рис.9.1). Рис. 9.1. Схема осушительной системы: 32 1 – водоприемник; 2 – шлюз-регулятор; 3 – магистральный канал: 4 – полевая дорога; 5 – откры- тый коллектор; 6 – мост; 7 – нагорно-ловчий канал; 8 – открытый осушитель; 9 – направление те- чения воды; 10 – устье закрытого коллектора; 11 – дрена; 12 – закрытый коллектор; 13 – колодец на закрытом коллекторе Регулирующая сеть (осушители, собиратели, скважины вертикального дренажа и др.) служит для сбора и удаления с территории избыточных поверхностных и грунтовых вод, являю- щихся причиной переувлажнения территории. Ограждающая сеть (нагорные и ловчие каналы, дамбы и др.) предназначена для защиты осушаемой территории от поверхностных или грунтовых вод, притекающих извне. При склоновом и намывном ТВП ограждающая сеть выполняет функции регулирующей. Проводящая сеть (магистральный канал, транспортирующие собиратели, коллекторы) связывает регулирующую и ограждающую сети с водоприемником, транспортирует воду за пре- делы осушаемой территории. Водоприемник (река, озеро, балка и т. д.) служит для приема воды, собираемой с осушае- мой территории. Гидротехнические сооружения (шлюзы, перепады, смотровые колодцы и др.) предназна- чены для управления потоком воды при ее отводе или перераспределении. Дорожная сеть (дороги, переезды, мосты и др.) служат для беспрепятственного передви- жения транспорта и сельскохозяйственных машин по осушаемой территории. Лесополосы регулируют микроклимат на полях, препятствуют ветровой эрозии. Эксплуатационная сеть (гидрометрические посты и др.) используется для контроля и надзора за работой всех звеньев осушительной системы и обеспечения бесперебойной ее работы. Осушительные системы бывают: 1) открытые (регулирующая сеть - открытые каналы); 2) закрытые (регулирующая сеть представлена закрытыми дренами). Крупные проводя- щие и ограждающие каналы в обоих случаях открытые. Открытые системы применяют при осушении болот, лесов и малопродуктивных сенокосов. Основной недостаток состоит в том, что каналы создают препятствия для механизации сельскохо- зяйственных работ, снижают КЗИ, требуют постоянного ухода. Закрытые осушительные системы технически более совершенны, долговечны, не имеют недостатков открытых систем, но строительство их обходится дороже. По способу отвода воды осушительные системы разделяют на самотечные и с машинным водоподъемом. В самотечных системах вода из проводящей сети отводится в водоприемник по уклону русла. В системах с машинным водоподъемом воду из каналов проводящей сети откачи- вают в водоприемник насосами. Осушительные системы по характеру воздействия на водный режим осушаемой территории делят на системы одностороннего действия (сеть построена только для отвода избыточной воды) и двустороннего действия (осушительно-увлажнительные). |