Оценка глубины дренажа на осушаемых торфяниках с/х назначения

УДК 626.86:631.615

ОЦЕНКА ГЛУБИНЫ ДРЕНАЖА НА ОСУШАЕМЫХ ТОРФЯНИКАХ С/Х НАЗНАЧЕНИЯ

Assessment of Drainage Depth of Reclaiming Peatlands for Agricultural Use

Дунаев А.И., доцент кафедры природообустройства и водопользования

Dunaev A.I.

ФГБОУ ВО «Брянский аграрный государственный университет» Bryansk State Agrarian University

Реферат. Освещается современное состояние вопроса по существующей проблеме, связанной с прогнозированием трансформации торфяной залежи и оценкой изменения глубины осушительной сети при интенсивной эксплуатации торфяника. Отражено одно из особых условий строительства гидромелиоративных систем с/х назначения на торфяниках - снижение глубины осушительной сети из-за уплотнения и осадки торфа вследствие его осушения. Рассмотрены вопросы оценки проектной глубины регулирующей осушительной сети, исполняемой в виде открытых осушителей или закрытых трубчатых дрен - на основе прогнозирования осадки торфяника. Излагается суть предлагаемого расчётного метода прогнозирования и оценки глубины дренажа - на основе учёта осадки поверхности торфяной залежи и дна дрен-осушителей. Приводятся: суть проработанной методики расчёта, её математическая основа, предварительные результаты и выводы исследований, а также возникшие новые проблемные вопросы. Рассмотрен пример использования предлагаемой методики на практике - конкретный пример расчёта проектной глубины закрытого трубчатого дренажа.

Abstract. The article highlights the current state of the issue on the existing problem related to the prediction of the transformation of peat deposits and assessment of changes in the depth of the drainage network during intensive peat exploitation. A decrease in the depth of the drainage network because of the compaction and precipitation ofpeat due to its drainage is presented as one of the special conditions for the construction of agricultural irrigation systems on peatlands. The assessment of the planned depth of the regulating drainage network in the form of the open driers or closed tubular drains is considered by forecasting peatland settling. The proposed calculation method offorecasting and assessing the depth of drainage is set out taking into consideration the settling of the peat deposit surface and the bottom of drains-driers. The article presents the essence of the worked-out calculation method, its mathematical basis, preliminary results and research findings, as well as, new problematic issues. A specific example of calculating the planned depth of a closed tubular drainage is considered as an example of the practical use of the proposed method.

Ключевые слова: осушаемый торфяник: исходная мощность торфа, наддренный слой торфа, осадка поверхности, осадка дна осушителей, расчётная глубина дренажа, снижение глубины дрен, строительная глубина дренажа.

Key words: reclaimed peatland: initial peat capacity, peat superstructure, surface sediment, bottom sediment of dehumidifiers, estimated drainage depth, depth reduction of drains, construction drainage depth.

Введение

При проведении гидромелиоративных мероприятий на торфяниках существенно изменяются водно-физические свойства торфа [1], [4] - из-за процессов его уплотнения и осадки вследствие осушения.

При проектировании мелиоративно-строительных мероприятий на торфяниках всегда решается проблемная задача по оценке строительной глубины осушительной сети, так как мощность торфяной залежи со временем будет снижаться в процессе осушения и интенсивной эксплуатации торфяника.

Актуальность данной проблемы увеличивается ещё за счёт того, что в настоящее время отсутствуют чёткие принципы и методики по определению глубины осушителей. Это касается всех видов литературы и литературных нормативно-технических источников [5], где данные вопросы не имеют достаточного отражения. А на практике преобладает подход приближённой оценки глубины осушительной сети - посредством увеличения требуемой глубины осушителей на 10...15% (от величины наддренной толщи торфа), исходя из осадки поверхности торфяника. Такой подход является весьма приближённым и не учитывает многие факторы, включая свойства и особенности конкретного мелиорируемого торфяника.

Материалы проводимых в последнее время исследований [8] и накопленный опыт многочисленных исследований последних десятилетий СССР и РФ [1]...[4] указывают на возможность использования расчётных методов по обоснованию и определению проектной глубины осушительной

сети, начиная от регулирующей сети - дренажа. Предлагаемая данная методика расчёта в своей основе использует прогнозирование величины осадки поверхности торфяника и дна осушителей - посредством использования существующих соотв. методик и расчётных формул [2], [3]. Эти формулы охватывают основные факторы и все виды торфяников, их можно считать достаточно приемлемыми для и использования в практике мелиорации торфяных земель.

Методика исследований

Согласно проработанной данной методике, предлагается:

1. При проектировании дренажных систем на торфяниках обосновывать и оценивать два вида глубины дрен, а именно:

-строительную глубину (кпр) - необходимую для проработки исполнительных чертежей (например, продольных профилей) и измеряемую для закрытых трубчатых дрен по дну траншеи;

-расчётную глубину (кр) (проектно-нормативную) - требуемую по режиму использования земель (для закрытых трубчатых дрен - от оси трубы), которая будет использоваться для различных проектных обоснований и расчётов (например, для определения других параметров осушителей - междренных расстояний, длины дрен и пр.).

2. Оценивать глубину дрен расчётным методом - на основе прогноза осадки поверхности болота и дна осушителей по известной «классической» схеме [2] - (см. рис. 1).

Согласно расчётной схеме, изображённой на рис.1, величина снижения глубины осушительной сети будет равна:

3 = Кр - К = Кп - К,м

где Ипр - проектная (строительная), а соответственно и расчётная (ИР) глубины будут опреде-

ляться по соотв. формулам, а именно:

Кпр. = Кр + 3 = Кр + К - Кд ), м

'Д'

К = кр = К-3 = К -(Кп -кд),м

пр

В выше приведенных формулах: НП - осадка поверхности торфяника, м; Ид- осадка дна (или трубы) осушителя, м.

Рис. 1. Графическая иллюстрация снижения глубины открытого и закрытого дренажа на осушаемом торфянике 1 и 2 - соответственно наддренный и поддренный слои торфа; 3 - подошва торфяной залежи; 4 и 5 - соответственно поверхность болота до и после осушения; 6 и 7 - соответственно уровни дна осушительной сети до и после осушения; 8 - расчётное положение депрессионной кривой

Рис. 2 Расчётная схема к определению проектно-нормативной глубины укладки закрытых дрен

Исходя из проектного режима осушения, требуемая (расчётная) глубина дрены-осушителя -на примере трубчатого дренажа - (см. рис. 2), определяется по формуле [6]:

кр = г + Ак + 0,5 • ё, м

где Z - норма осушения, м; Ah - падение депрессионной кривой от середины междренья до дрены, м; d - наружный диаметр дренажной трубы, м.

Величина осадки дна осушителей может определяться: -через известную величину фП) по соотв. формуле [5]:

к Д = кп

кУ

1 м

Н' 5

где Н0 - первоначальная мощность торфяной залежи, м; ^ - мощность слоя, для которого определяется осадка (в данном случае: кХ = кпр ),м.

-или независимо от фП) - графически по спец. номограммам или по соотв. эмпирическим формулам [3].

Пример расчёта Исходные данные

1. Местоположение осушаемого низинного торфяника: Брянская область.

2. Проектное использование: овощной севооборот.

3. Исходная мощность торфяной залежи: Н0=3,0 м.

4. Расчётный период основной осадки торфа: Т=5 лет.

5. Другие природные и проектные данные по объекту мелиорации: исходная плотность торфа - 0,46г/см3; норма осушения - по «диктующей» культуре (картофелю) и на конец вегетации -Z=1,10м; диаметр дренажных гончарных труб d=50(72) мм.

Расчёт

Вначале устанавливаем расчётную глубину осушительных каналов -- основе соотв. проектных данных (см. рис. 2) - по формуле (4):

кр = 1,10 + 0,30 + 0,5 • 0,072 = 1,436(1,45) м Осадка поверхности болота по формуле А.И. Мурашко [3] будет равна:

к = А • Н •

кп А Н 0

ГЛ —к • Г а+Ь -Т

1-е

м

кп = 0,75 • 3,0 • (1 - е-1,45(°,07+°,006-5)])= 0,304(0,30)м где А=0,75 - коэффициент плотности торфа, установленный по спец. номограмме [7] - в зависимости от р0 = 0,46г / см ; а = 0,07м, Ь = 0,006м"1/ год - соответствующие коэффициенты интенсивности осадки торфа для низинных болот и в условиях Нечерноземной зоны РФ.

Осадку дна осушителей определяем по аналогичной формуле А.И. Мурашко [3]:

кД = а • (Н0 - к) • (1 - е-к <с+ё Т)]) м

кд = 0,7543,00 -1,45) • (1 - е-1 45 й02^0,005-5)])= 0,075(0,10)м

где с = 0,021м" , ё = 0,005м" / год - соотв. эмпирические коэффициенты для низинных

болот в условиях Нечерноземной зоны РФ.

Величина снижения глубины осушителей составит - по ф-ле (1):

8 = 0,30 - 0,10 = 0,20м

Проектная (строительная) глубина укладки закрытого дренажа - относительно дна траншеи (см. рис.1) - по ф-ле (2) будет равна:

к^ = кР + (Нп - кд) + 0,5ё = 1,45 + (0,30 - 0,20) + 0,5-0,072 = 1,686(1,70)м

Результаты исследований и выводы

Практическая апробация предлагаемой методики производилась на основе проектно-изыскательских материалов проектного института ОАО «Брянскгипроводхоз» -- посредством исполнения соответствующих расчётов, где были охвачены проекты по торфяникам со средними показателями торфа -- как максимально распространенные на практике. Результаты исполненных расчётов показали следующее:

1. Глубина осушителей (а соотв. и их осадка) получена больше - в среднем на 10.. .15% - по сравнению с проектными данными.

2. Занижение проектировщиками глубины осушителей указывает на необходимость некоторого увеличения проектной глубины осушительной сети, что может только положительно сказываться на эффективности дренирования торфяника.

Заключение

Новизна и особая актуальность проработанной методики заключается в следующем:

1. Был учтен опыт, накопленный на практике -- в результате различных соответствующих исследований последнего времени, который в данное время не востребован и не используется на практике.

2. Предлагается оценивать глубину осушителей расчётным методом - с учётом осадки дна и с максимальным учётом конкретных природно-хозяйственных условий проектируемого объекта.

В результате исследований возникал ряд проблемных вопросов, по которым желательно давать более чёткое обоснование, а именно:

1. Какие расчётные периоды принимать при оценке осадки торфа?

Возможные для рассмотрения варианты расчётных периодов:

- период основной осадки торфа (3. );

- часть периода эксплуатации (10.15 лет - до первого капремонта);

- весь эксплуатации объекта (срок службы).

2. Значимость и необходимость учёта сработки (утраты торфа) при интенсивной эксплуатации торфяника?

Библиографический список

1. Лундин К.П. Водные свойства торфяной залежи. Минск: Урожай, 1964. 240 с.

2. Ивицкий А.И. Основы проектирования и расчётов осушительных и осушительно-увлажнительных систем. Мн.: Наука и техника, 1988. 311 с.

3. Мелиорация и водное хозяйство: справочник. Т. 3. Осушение / под ред. Б.С. Маслова. М: Агропромиздат,1985. 447 с.

4. Силкин А.М. Сооружения мелиоративных систем в торфяных грунтах. М.: Агропромиздат, 1986. 138 с.

5. Руководство по проектированию осушительных и осушительно-увлажнительных систем. М.: Главнечерноземводстрой, 1976. 133 с.

6. Дунаев А.И., Зверева Л.А. Проектирование осушительной сети: учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию. Брянск: Изд-во Брянская ГСХА, 2011. 152 с.

7. Дунаев А.И. Оценка воздействия и природоохранные мероприятия при осушении с/х земель: учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию. Брянск: Изд-во Брянская ГСХА, 2013. 132 с.

8. Дунаев А.И. Оценка трансформации торфяной залежи при с/х использовании осушаемых торфяников // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 2. С. 20-23.

References

1. Lundin K.P. Vodnye svojstva torfyanoj zalezhi. Minsk: Urozhaj, 1964. 240 s.

2. Iviczkij A.I. Osnovy proektirovaniya i raschyotov osushiteFnyh i osushiteFno-uvlazhniteFnyh sis-tem. Mn. : Nauka i tehnika, 1988. 311 s.

3. Melioraciya i vodnoe hozyajstvo: spravochnik. T. 3. Osushenie /pod red. B.S. Maslova. M: Ag-ropromizdat,1985. 447 s.

4. Silkin A.M. Sooruzheniya meliorativnyh sistem v torfyanyh gruntah. M. : Agropromizdat, 1986. 138 s.

5. Rukovodstvo po proektirovaniyu osushiteFnyh i osushiteFno-uvlazhniteFnyh sistem. M.: Glavnechernozemvodstroj, 1976. 133 s.

6. Dunaev A.I., Zvereva L.A. Proektirovanie osushitel'noj seti: uchebnoe posobie po kursovomu i diplomnomu proektirovaniyu. Bryansk: Izd-vo Bryanskaya GSHA, 2011. 152 s.

7. Dunaev A.I. Ocenka vozdejstviya i prirodoohrannye meropriyatiya pri osushenii s/h zemel": uchebnoe posobie po kursovomu i diplomnomu proektirovaniyu. Bryansk: Izd-vo Bryanskaya GSHA, 2013. 132 s.

8. Dunaev A.I. Ocenka transformacii torfyanoj zalezhi pri s/h ispoFzovanii osushaemyh torfyanikov // VestnikBryanskoj gosudarstvennoj seVskohozyajstvennoj akademii. 2015. № 2. S. 20-23.