Осушувальні системи і їх елементи

Поняття про осушувальні системи, їх види і елементи

Осушувальна система – це комплекс інженерних споруд та пристроїв, призначених для регулювання режиму перезволожених земель.

Залежно від способу відведення зайвих вод, які збирає осушувальна мережа з меліорованої території, осушувальні системи поділяють на 3 види: самопливні, машинні та змішані.

На самопливних системах вода з осушувальної мережі скидається
до водоприймачу самопливом. Більшість діючих осушувальних систем та тих, що створюються в Україні, є самопливними.

На машинних системах .в оду з осушувальної мережі відводять у
водоприймач за допомогою насосних станцій. Такі системи з; астосовують у
тому випадку, коли рівень води у водоприймчі вищий за рівень води у магістральному каналі. Це насамперед польдерні системи.

Змішані осушувальні системи з астосовують тоді, коли рівні води у
водоприймачі протягом року різко змінюються: у посушливу пору вони
настільки низькі, що можливий самопливний скид води в них, а в інші
періоди, наприклад під час весняної повені, доводиться перекачувати воду
з магістрального каналу у водоприймач за допомогою насосної станції.
Прикладом таких осушувальних систем може бути осушувальна система в
долині річки Карані (притоки р. Трубіж).

За конструкцією осушувальні системи поділяють на відкриті (ре-
гулювальна мережа виконана у вигляді відкритих каналів), закриті (регулювальна мережа представлена дренажем) і комбіновані. Великі провідні і огороджувальні канали в усіх випадках будують відкритими.

Відкриті системи застосовують для попереднього осушення боліт, для осушення лісів та малопродуктивних сіножатей. Їх основний недолік у тому, що канали створюють перешкоду для механізації сільськогосподарських робіт, знижують коефіцієнт земельного використання, потребують постійного догляду. Закриті осушувальні системи технічно досконаліші, довговічніші, не мають недоліків відкритих систем, але дорожчі.

Осушувальні системи за характером впливу на водний режим осушуваної території поділяють на системи однобічної дії {мережа побудована тільки для відведення зайвої води) і двобічної дії (осушувально-зволожувальні, польдерні).

Осушувальна система двобічної дії включає: осушувану територію, водоприймач, відкриті канали (магістральний, збірні, нагірні, ловчі, колектори) з гідротехнічними та дорожніми спорудами і закриту осушувальну мережу (дренаж). Невід'ємною частиною системи є водойма, мережа експлуатаційних доріг, насосні станції, експлуатаційні будівлі, споруди та обладнання.

Осушувальна мережа складається з таких частин: регулювальної, огороджувальної та провідної.

Регулювальна мережа

Основне завдання регулювальної мережі при осушенні полягає у створенні та підтриманні в активному шарі грунту осушуваної території оптимального для вирощуваних культур водно-повітряного і зв'язаних з ним теплового та поживного режимів грунту у відповідності з характером використання осушуваних земель для одержання високих і сталих урожаїв сільськогосподарських культур.

Дія регулювальної мережі повинна бути спрямована на регулювання надлишкових вод — поверхневих або грунтових. Тому за принципом дії вона буває 2 типів: для своєчасного відведення поверхневих вод та для регулювання ґрунтових. При регулюванні поверхневих вод дія мережі спрямована на прискорення поверхневого стоку та перерозподіл ґрунтової вологи по вертикальному профілю з тим, щоб вода на поверхні землі не застоювалася більше допустимого строку. За таких умов надмірна вода надходить у канал регулювальної мережі зверху і через орний шар. Швидкість надходження води в канал залежить від похилу поверхні ділянки і підошви орного шару. Такий принцип дії регулювальної мережі називається збиральним, а самі канали — збирачами.

При регулюванні ґрунтових вод ре­гулювальна мережа повинна приймати надмірну вологу з грунту, перетворювати її у потік води у регулювальних дренах або каналах і доставляти у провідні канали, підтримуючи в грунті потрібний режим вологості. За таких умов надмірна вода надходить у канал через всю товщу грунту. Початковий рівень ґрунтових вод між двома каналами знижується тим більше, чим ближче до каналу, набуваючи форми кривої (депресійна крива). Описаний принцип дії регулювальної мережі називається дренажним, або осушувальним, а самі регу­лювальні канали — дренами, або осушувачами.

Дуже часто регулювальна мережа виконує обидві функції — регулює відведення поверхневих і ґрунтових вод. Це буває при осушенні мінеральних надмірно зволожених ґрунтів.

Регулювальна мережа повинна також забезпечувати і подавання недостатньої вологи у посушливі періоди.

Регулювальна мережа може бути систематичною, якщо вона обслуговує всю територію, і вибірковою, якщо обслуговує окремі, порівняно невеликі ділянки. Осушення території з малопроникними грунтами досягається за допомогою мережі, яка діє за збиральним принципом, а осушення території з добре проникними – за дренажним принципом.

Регулювальна мережа буває відкритою, закритою і комбінованою. На важких водонепроникних грунтах відкрита регулювальна мережа складається з природних знижень рельєфу (улоговин), відкритих каналів (збирачів), зоповнених борознами і кротовинами, які роблять під час виконання агромеліоративних прийомів обробітку грунту, а також вирівнювання поверхні.

У закритій регулювальній мережі на важких грунтах відкриті збирачізамінюючи закритими. Закриті збирачі — це звичайні закриті дрени, в яких траншеї до поверхні землі засипають матеріалами підвищеної водопроникності (піском, гравієм, шлаком). Незважаючи на різні принципи дії закритої дрени і закритого збирача у виробничій практиці їх називають дренами, а мережу дренажем.

На легких добре проникних грунтах відкрита регулювальна мережа складається з природних знижень рельєфу, відкритих осушувачів, а закрита — з дрен. Відкрита регулювальна мережа застосовується при осушенні лук, лісів та пасовищ, тобто там, де не застосовується механізований обробіток грунту. В усіх інших випадках застосовують закритий дренаж. І взагалі надалі осушення в нашій країні розвиватиметься переважно в напрямі застосування закритого дренажу.

Збудувати відкриту регулювальну мережу значно простіше і дешевше, ніж закриту. Проте вона створює перешкоди для використання землі, займає корисну площу і потребує великих витрат на експлуатацію. Закрита ж регулювальна мережа, хоч і значно дорожча, проте досконаліша. Вона зручніша для механізації польових робіт, потребує невеликих витрат на догляд, займає мало корисної площі і сприяє швидкому окультуренню грунту. Закритий дренаж являє собою укладені на визначеній глибині труби з вільною водопровідною порожниною, які забирають з грунту надлишкові води і відводять їх у провідну мережу.

За принципом побудови закритий дренаж поділяють на траншейний і безтраншейний.

Для побудови траншейного дренажу за допомогою багатоковшевого екскаватора-дреноукладача ЭТЦ-202А риють траншею, дно її розплановують під заданий похил. На дно траншеї укладають трубки, які зверху накривають захисним фільтруючим матеріалом. Після цього траншею засипають вийнятим з неї грунтом.

При траншейному дренажі використовують гончарні, пластмасові, дерев'яні, бетонні, піщано-бітумні, скляні трубки, а також камінь і гравій. У віддалених лісових районах для будівництва траншейного дренажу можуть застосовуватися місцеві матеріали — хмиз, фашини, жердини. Найбільшого поширення набули гончарний та пластмасовий дренажі.

До безтраншейних, відносять кротовий та щілинний дренажі. Кротовий дренаж являє собою підземні отвори, які нагадують кротові ходи, прокладені в грунті за допомогою спеціальних машин КН-700, КН-1200, ДКК-2, Д-657 та ін. На грунтах з пеньками та похованою деревиною замість кротового влаштовують щілинний дренаж, застосовуючи машини ДВМ-5 і ДДМ-5.

Огороджувальна мережа

Огороджувальна мережа призначена для захисту осушуваної території від надходження на неї надмірних поверхневих або ґрунтових вод. Бокове притікання води на осушувану площу, як правило, не є основною причиною

надмірного зволоження. І все ж, зважаючи на значне його поширення і підсилення дії інших причин, проти нього треба створювати огороджувальну мережу, яка включає: нагірні канали, ловчі канали; ловчий, або головний, дренаж; береговий дренаж, кільцевий дренаж та захисні дамби.

Нагірні канали влаштовують для огородження (захисту) осушуваної території від поверхневих схилових вод, що надходять із схилів водозбірної площі. Прокладають нагірні канали понад берегами болота або заболоченої мінеральної ділянки. При наявності розораних еродованих схилів огороджувальні канали краще зміщувати на 75... 100 м нижче підошви схилу Нагірні капали можуть бути суцільними і переривчастими. Суцільні (безперервні) канали краще перехоплюють поверхневі води, але внаслідок великої довжини перевантажені надлишком води. При проектуванні систем двобічної дії нагірні канали використовують також як зволожувальні, тому їх влаштовують зазвичай суцільними.

Нагірні канали повинні розраховуватися на максимальний боковий притік поверхневих вод. Форма поперечного перерізу каналів трапецеїдальна (глибина— 1...1, 5 м, ширина по дну— 0, 6 м; закладення укосу (т) — 1, 5...2, 5, причому верховий укіс каналу робиться більш пологим, ніж низовий).

Для полегшення надходження води у нагірні канали весь грунт, що виймається з нього, висипають на низовий бік

Ловчі канали влаштовують для захисту осушуваної території від надходження на неї ґрунтових вод. При цьому можуть бути 2 випадки: 1) водоносний прошарок, що живить водою осушувану ділянку невеликої товщини і на глибині 2, 5...З м підстилається водонепроникним ґрунтом; 2) потужність його більша за цю межу.

У першому випадку повний захист ділянки від притоку ґрунтових вод досягається прокладанням одного ловчого каналу, дно якого заглиблюється у водонепроникний грунт. При більшій потужності водоносного прошарку потрібно влаштовувати один або декілька ловчих каналів, які не досягають водонепроникного грунту. У цьому разі частина ґрунтового потоку буде рухатися під дном каналів, які не перехоплюють увесь потік ґрунтових вод, але забезпечують потрібне зниження рівня ґрунтових вод у межах осушуваної ділянки. Якщо один ловчий канал не забезпечує норму осушення на нижче розташованій ділянці, проектують другий і навіть третій канали. Для повнішого перехоплення потоку ґрунтових вод ловчі канали прокладають перпендикулярно напряму руху потоку ґрунтових вод. Глибина ловчих каналів становить 2...3, 5 м. Ловчі канали є одночасно і нагірними каналами. У випадку, коли доводиться будувати декілька ловчих каналів, паралельних між собою, багато осушуваної площі використовується під відкриті канали. Щоб запобігти цьому, будують закриті ловчі, або головні дрени, з гончарних, керамічних і азбесто-цементних труб з обсипкою їх добре фільтруючими матеріалами (галькою, щебенем, крупнозернистим піском). Ловчі канали (дрени) впадають переважно в збирні капали, рідше безпосередньо в магістральний канал чи в річку.

Береговий і кільцевий дренажі застосовують при осушенні земель, що прилягають до великих річкових водосховищ. Іноді для захисту осушуваної території від затоплення споруджують захисні дамби. Ці дамби запобігають затопленню території водами річок під час повені (наприклад, Норинська система на Житомирщині), морськими водами під час нагінних вітрів та припливів, а також поверхневих вод, які надходять з розташованої вище території.

Провідна мережа

Завдання провідної мережі — своєчасно відводити у водоприймач зібрані з осушуваного масиву надлишкові води. На осушувально-зволожувальних системах її використовують як транспортуючу мережу для подавання води для зволоження.

Провідна частина осушувальної мережі включає магістральні канали, транспортуючі збирачі, а також відкриті і закриті колектори при осушенні закритим дренажем.

Магістральний канал приймає воду з усієї осушувальної мережі і відводить її до водоприймача. У заболочених заплавах головним магістральним каналом, або магістральним каналом першого порядку, зазвичай є річка. Магістральні — це найбільші провідні канали, найвідповідальніша частина осушувальної системи. Притоки річок називають магістральними каналами другого, третього і наступних порядків. Наприклад, річка Трубіж є магістральним каналом першого порядку всієї Трубіжської осушувально- зволожувальної системи, а її притоки — Надра і Карань — магістральними каналами другого порядку.

Магістральний канал повинен приймати воду з будь-якої ділянки осушуваної території. Тому такі канали прокладають по найнижчих місцях болота та по найбільших глибинах залягання торфу з максимальним використанням русла заболоченої річки. У природних умовах русло такої річки характеризується, як правило, великою звивистістю, захаращеністю, наявністю звужень, перекатів та плес. При будівництві магістральних каналів русла річок регулюють, для чого виправляють звивини, поглиблюють перекати, розширюють звужені ділянки, а також звужують плеса за допомогою напівзагат і поздовжніх дамб. Зважаючи на великі розміри каналу, довжина його має бути найменшою.

Бажано, щоб на ділянках випрямлення русла магістральний канал проходив у більш однорідному і стійкому грунті та паралельно напряму течії повеневих вод. З цих же міркувань магістральний канал намагаються прокладати; по можливості цілком у торфовому грунті, обходячи мінеральні грунти, піщані бугри та замулені озера.

Магістральний канал повинен впадати у водоприймач у тому місці, де є міцні і прямолінійні береги, а також достатня пропускна спроможність русла.

Русло річки слід випрямити так, щоб воно не мало частих і крутих поворотів; мінімальний радіус заокруглення на поворотах має становити не менше десятиразової ширини каналу по верху для незакріплених русел і п'ятиразової для закріплених.

Поперечні розміри магістрального каналу повинні бути такими, щоб весняні води до початку польових робіт були відведені з пониженням горизонту води на 0, 8... 1 м від брівки каналу, а літні паводкові води не виходили з берегів. На великих масивах розміри магістрального каналу визначають за допомогою гідрологічних та гідравлічних розрахунків. При проектуванні трас великих магістральних каналів слід враховувати розміщення на даній території населених пунктів, меж землекористувачів та угідь, доріг і лісонасаджень. Треба зазначити, що для осушення болота з вузькою заплавою або болота з товщиною шару торфу до 1, 5 м, що підстилається добре водопроникними пісками при достатньому уклоні місцевості, в більшості випадків досить лише впорядкувати русло річки. Якщо на такій заплаві є окремі рукави, старе річище і взагалі понижені місця, з яких потрібно відвести воду до каналу, від них прокладають-глибокі допоміжні канали, не вдаючись до влаштування регулювальної мережі. Така осушувальна система іноді називається тальвеговою.

Збирні канали прокладають перпендикулярно до магістрального-або до русла річки впоперек заплави через усю її ширину — від магістрального каналу до одного із берегів болота.

Відстань між збирними каналами залежно від похилу поверхні болота становить 1...2 км. Ці канали прокладають по тальвегах і знижених місцях болота чи надмірно зволоженої ділянки мінеральних земель, а також по межах землекористування, полів, сівозміни чи угідь.

Основним призначенням збирних каналів є відведення в магістральний канал води, яка стікає в них з колекторних, нагірних, ловчих каналів та безпосередньо з поверхні болота чи заболочених мінеральних земель. Якщо збирні канали обслуговують площу водозбору більшу за 500 га, їх розміри визначають також за допомогою-гідрологічних та гідравлічних розрахунків. Збирні канали, як і магістральні, будують переважно відкритими. Але вже є приклади, коли на невеликих осушувальних системах (у республіках Прибалтики) їх влаштовують закритими з використанням бетонних та залізо­бетонних труб діаметром від 600 до 1000 мм і більше. За підрахунками спеціалістів така заміна економічно доцільна.

Між збирними каналами вздовж заплавини паралельно до магістрального каналу влаштовують колектори. При такому розміщенні колектори добре перехоплюють поверхневі і грунтові води. Колектори прокладають по тальвегах і місцевих зниженнях так, щоб відстань між ними була не меншою 200 м при впуску в них дрен з одного боку і не більше 400 м при впуску дрен з обох боків. Отже, навіть між відкритими колекторами утворюються ділянки, які за розмірами придатні для механізованого обробітку грунту. Якщо у відкритий колектор не підводять дрен, він називається осушником. Відстань між осушниками зменшують більше як наполовину порівняно з відстанями між колекторними каналами з однобічним впуском дрен.

Відкриті колекторні канали переважно не розраховують, а приймають їх розміри конструктивно. Для закритих дренажних колекто­рів розрахунок діаметра труб обов'язковий.

3. Водоприймачі та їх регулювання

Водоприй.мач відіграє винятково важливу роль при осушенні, бо від його стану і режиму роботи залежить характер дії двобічної осушувальної мережі.

Водоприймачем великої осушувальної системи може бути велика річка. Так, водоприймачем для таких великих осушувальних систем, як Іртиська, Трубіжська, Тясьминська, Супійська, Здвизька, є Дніпро. Водоприймачами можуть бути, крім того, озера, водосховища, а в приморських районах і моря. Водоприймачем малої осушувальної системи можуть бути малі річки, балки, рівчаки, яри, а також невеликі озера та ставки, але обов'язково з відтоком води. Як водоприймач можна використовувати також безводні водопроникні шари грунту, що залягають під осушуваною територією.

Невеликі протічні озера або ставки можуть бути водоприймачами лише в тому разі, коли відтік з них дорівнює припливу води з осушуваної площі або перевищує його. В інших випадках доводиться.збільшувати пропускну спроможність водотоку, який відводить воду з озера або ставка.

Балки, рівчаки, яри та інші аналогічні їм знижені елементи рельєфу можна використовувати як водоприймачі у тому разі, коли вони неширокі і мають добре задерновані або порослі лісом чи чагарником схили. Не можна скидати воду з осушувальної системи в незакріплені яри, тому що це може призвести до ерозії.

Основне призначення водоприймача — приймати і відводити воду з осушуваної площі, для чого потрібно, щоб рівень води у водоприймачі при самопливному осушенні не створював підпору води в осушувальній мережі; водоприймач відводив у необхідні строки і в потрібній кількості зайву воду з осушуваної площі, мав достатню пропускну спроможність і своєчасно відводив повеневі та зливові води, не допускаючи тривалого затоплення і підтоплення осушених заплавних земель навесні та влітку.

Якщо водоприймач у природному стані, особливо при будівництві осушувальних систем, не відповідає цим вимогам, його доводиться поліпшувати, проводячи відповідні регулювально-виправні роботи.

Регулювання водоприймачів можна здійснити за допомогою таких заходів: 1)збільшенням пропускної спроможності русла; 2} відведенням частини річкового стоку в інший басейн; 3) регулюванням повеней і паводків.

Збільшення пропускної спроможності русла досягають: 1) знищенням різних перемичок, що спричиняють утворення в річці підпорів (знижується рівень води); 2) усуненням шорсткості русла знищенням на берегах і в руслі чагарникової та іншої рослинності, що сприяє прискоренню течії води і зменшенню глибини заповнення русла; 3) розширенням та поглиблення русла; 4) збільшенням похилів потоку, випрямленням заворотів та зменшенням звивистості русла, що збільшує швидкість течії і знижує наповнення русла. Іноді водоприймачем пропускають лише частину потоку води, при якій режим горизонтів води у ньому забезпечує нормальну роботу осушуваної системи.

Всю зайву воду відводять в інші басейни річок. Регулювання повеней і паводків здійснюють перерозподілом стоку в часі, обвалуванням осушувальної території, спорудженням верхових водосховищ.

Зібрану навесні або під час літніх паводків у водосховищі воду використовують для регулювання водного режиму грунтів або ж пропускають по руслу з дотриманням заздалегідь запланованого режиму горизонтів води. Завдяки обвалуванню створюється штучно звужене русло, по якому пропускають воду повеней і паводків. При цьому збільшується глибина потоку, швидкість течії води, прискорюється відведення весняних талих та паводкових вод.

Роботи з регулювання водоприймачів виконують заздалегідь, орієнтовно за рік до будівництва осушувальної мережі.

Якщо вартість регулювання водоприймача занадто висока і економічно недоцільна, застосовують машинне осушення.

Основні схеми осушувальних систем однобічної та двобічної дії

Останнім часом осушується великі масиви — басейни річок {наприклад, Трубіжська осушувально-зволожувальна система займає площу на 37, 3 тис. га). На такій території цієї системи є різні грунтові умови і ділянки з різними джерелами перезволоження, які потребують зазвичай застосування як різних способів осушення, так і зволоження. Тому осушувально-зволожувальна система повинна бути такою, яка б давала змогу застосовувати будь-який доцільний спосіб осушення або зволоження грунту з максимальним використанням при цьому конструктивних елементів всієї системи.

Найпростіше рішення — будувати на осушувальних землях окрему, незалежну зрошувальну систему. Така схема осушувально-зволожувальної системи досить дорога і використовується тільки для зрошення високорентабельних культур, наприклад, лохини. Більш часто в меліоративних системах гумідної зони одна й та сама регулювальна і провідна мережа використовується в різні відрізки часу і як осушувальна, і як зволожувальна.

Осушувальний гончарний дренаж споруджується за поперечною та повздовжньою схемами. За такими самими схемами закладається і кротовий дренаж на глибоких торфовищах. На відміну від гончарного, відстані між кротовими дренами коливаються в межах 5... 10 м, а закритий дренажний колектор замінюється на відкритий канал.

При застосуванні гончарного дренажу для зволоження земель в схеми його закладання вносять такі зміни: 1) відстань між гончарними дренами зменшується на 1/3 проти відстані, потрібної для осушення грунту; 2) крім осушувальних дренажних колекторів будують закриті зволожувальні колектори, до яких приєднують верхів'я всіх осушувальних дрен.

Останнім часом набувають застосування при регулюванні водного режиму заливних осушуваних земель річкові польдери, а також вертикальний дренаж.

Питання: 1. В чому різниця між способом і методом осушення України?

1. В чому полягає основна принципова різниця між заболоченими землями і перезволоженими мінеральними землями?

2. Що є основною принциповою різницею між польдерними і звичайними осушувальними системами?