ЗАКРЫТЫЙ СОБИРАТЕЛЬ
COVERED COLLECTOR

Изобретение относится к комплексной мелиорации агроландшафтов гумидной зоны и может быть применено как при проектировании, строительстве и эксплуатации дренажных систем, так и при сельскохозяйственном использовании слабоводопроницаемых почв, осушаемых закрытыми собирателями, предназначенными для отвода поверхностной воды и гравитационной воды верховодки из пахотного слоя (гумусового горизонта).
Известны закрытый собиратель для отвода избыточных поверхностных вод и верховодки (А.с. СССР №953081, Кл. Е02В 11/00, 1980), включающий водоприемный элемент в форме прямой призмы из фильтрующего пористого материала и совмещенный с ним водоотводящий элемент, а также закрытый собиратель (А.с. СССР №1709011, Кл. Е02В 11/00, 1988), включающий водоприемный элемент в форме прямоугольного параллелепипеда, размещенного в пахотном и разрыхленном подпахотном слоях и установленного на дренажной трубе, и дренажная система (А.с. СССР №1413189, Кл. Е02В 11/00, 1986), включающая вертикальный фильтр, который, с целью увеличения площади контакта фильтра с пахотным слоем и с разрыхленным подпахотным слоем, выполнен в виде трехступенчатой усеченной пирамиды, размещенной в пахотном и разрыхленном подпахотном слоях и установленной на дренажной трубе.
Известна конструкция закрытого собирателя - поглотительной колонки, разработанной Ленгипроводхозом (Временные рекомендации по проектированию и строительству закрытых собирателей в замкнутых понижениях Ленинградской области/СевНИИГиМ-Ленгипроводхоз-Ленмелиорация. - Л.: СевНИИГиМ, 1980. - С.17, прототип), включающая призму из фильтрующего материала и дренажную трубу с водоприемными отверстиями, обернутую защитно-фильтрующим материалом, при этом стенки траншеи по границе естественного почвогрунта и засыпаемого в траншею устраивают как наклонными, так и вертикальными.
Общим недостатком известных собирателей для отвода поверхностных вод и верховодки является недостаточная их эффективность из-за относительно небольшой площади контактной фильтрации.
Известно, что в случае наличия вертикальной границы между разнородными материалами вследствие процессов их набухания и усадки (усыхания) вдоль вертикальной границы при изменении влажности образуется «дышащая » трещина, способствующая контактной фильтрации, которая особенно интенсивно проявляется при отсутствии длительного застоя воды над засыпкой и в ней. При вертикальной границе по контакту образуются морозобойные трещины, что также обуславливает наличие контактной фильтрации. Коэффициент фильтрации по контакту в сотни раз выше, чем в середине засыпки.
В случае наклонной границы между разнородными материалами (Временные рекомендации по проектированию и строительству закрытых собирателей в замкнутых понижениях Ленинградской области/СевНИИГиМ-Ленгипроводхоз - Ленмелиорация. - Л.: СевНИИГиМ, 1980. - С.17) или горизонтальной (А.с. СССР №1413189, Кл. Е02В 11/00, 1986) вследствие действия постоянной (выше расположенная масса почвогрунта) и переменной динамической (машины и механизмы, движущиеся по полю) нагрузок на наклонную и горизонтальную грани трещины по контакту практически не имеют места.
Задача, решаемая данным изобретением, заключается в повышении эффективности действия закрытого собирателя.
Технический результат от решения поставленной задачи заключается в ускорении отвода избыточной поверхностной воды и гравитационной воды верховодки, что способствует интенсификации сельскохозяйственного освоения избыточно увлажненных земель.
Поставленная в изобретении задача решена тем, что в закрытом собирателе, включающем водоприемный элемент в форме призмы, размещенной в дренажной траншее с вертикальными стенками и уложенной в ней дренажной трубой, призма составлена из n-го (n≥2) количества вертикальных правильных призм, образующих единый блок и заполненных фильтрующим материалом, отличающимся по разнородности в каждой смежной призме. В качестве фильтрующего материала могут быть использованы песок, шлак, льняная костра, щепа, смесь вынутого из дренажной траншеи почвогрунта с почвой пахотного слоя либо с отощающими добавками, например песком, шлаком, доломитом и др. Кроме того, дренажная труба обернута защитно-фильтрующим материалом.
Конструкция заявленного закрытого собирателя предусматривает множество вертикальных границ по контакту разнородных материалов, вследствие процессов набухания и усадки (усыхания) которых вдоль вертикальной границы при изменении влажности образуется «дышащая» трещина, способствующая контактной фильтрации. Морозобойные трещины также обуславливают наличие контактной фильтрации, которая особенно интенсивно проявляется при отсутствии длительного застоя воды над засыпкой и в ней. Последнее обеспечивается наличием дренажной трубы, исправной работе которой способствует оборачивание ее защитно-фильтрующим материалом.
Чем больше степень разнородности применяемых материалов, тем больше различие в величинах их набухания и усадки и тем больше величина контактной фильтрации, обеспечивающая эффективное действие закрытого собирателя.
Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображен закрытый собиратель.
Закрытый собиратель включает водоприемный элемент в форме призмы, размещенной в дренажной траншее 1 с вертикальными стенками 2 и уложенной в ней дренажной трубой 3, обернутой защитно-фильтрующим материалом 4. Призма составлена из n-го (n≥2) количества вертикальных правильных призм 5, образующих единый блок и заполненных фильтрующим материалом 6, отличающимся по разнородности в каждой смежной призме 5. В качестве фильтрующего материала 6 могут быть использованы песок, шлак, льняная костра, щепа, смесь вынутого из дренажной траншеи почвогрунта с почвой пахотного слоя либо с отощающими добавками, например песком, шлаком, доломитом и др. Верх призм 5 размещен либо на уровне нижней границы пахотного слоя 7 по его плужной подошве 8 (в случае сельскохозяйственного использования слабоводопроницаемых почв, осушаемых закрытыми собирателями), либо на уровне верхней границы 9 пахотного слоя 7 (в случае использования осушаемых закрытыми собирателями слабоводопроницаемых почв под культурные пастбища или сенокосы).
Закрытый собиратель работает следующим образом.
Закрытый собиратель, водоприемный элемент которого состоит из n-го (n≥2) количества вертикальных правильных призм 5, образующих единый блок и заполненных фильтрующим материалом 6, принимает воду, притекающую по поверхности почвы и поступающую из пахотного слоя 7 и по его плужной подошве 8, и отводит ее в дренажную трубу 3 по фильтрующему материалу 6 и по контактам разнородных материалов.
Заявленное техническое предложение промышленно осуществимо. Полевые опыты, проведенные на опытно-производственных участках Карельской и Калининской опытно-мелиоративных станций, показали, что коэффициент фильтрации по контакту естественного суглинистого почвогрунта и засыпки дренажной траншеи вынутым при ее разработке почвогрунтом, перемешанным с почвой пахотного слоя, оказались на два порядка выше, чем в середине засыпки.
Повышенная водопроницаемость засыпки объясняется ее строением. При наличии под засыпкой исправно действующей дрены она не испытывает сильного переувлажнения и, следовательно, в ней не наблюдаются процессы размокания и растекания почвогрунта. Это приводит к сохранению трещин как по границе, так и между отдельными комьями почвогрунта. Сохранению трещин способствует и сравнительно интенсивное движение воздуха в засыпке.
На водопроницаемость засыпки оказывает большое влияние состояние дренажной системы. При нахождении ее в длительном подпоре коэффициент фильтрации засыпки понижается. Длительное переувлажнение приводит к изменению условий для биологических процессов.