СПОСОБ ОСУШЕНИЯ ЗАКРЫТЫМ ДРЕНАЖЕМ СЛАБОВОДОПРОНИЦАЕМЫХ ПОЧВОГРУНТОВ, ПЕРЕКРЫТЫХ ДВУЧЛЕННЫМИ ОТЛОЖЕНИЯМИ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
METHOD OF DRYING POORLY WATER-PERMEABLE SOIL WITH SUBSURFACE DRAINAGE, COVERED WITH BINOMIAL DEPOSITS OF LOW POWER

Изобретение относится к осушению земель сельскохозяйственного назначения в Нечерноземной зоне, а также промышленных, городских, поселковых и других территорий и может быть использовано при проектировании, строительстве и эксплуатации дренажных систем и использовании дренируемых почв.
Ф.Р. Зайдельман выделяет почвы на маломощном двучлене, представляющем супесчано-песчаный нанос мощностью 0,4…0,6 м на суглинистой морене. Эти почвы заболочены поверхностными водами. При этом на дерново-подзолистой почве имеет место оглеение в суглинистых иллювиальных горизонтах и мелкие пятна оглеения в подзолистом горизонте. Осушение рассматриваемых почв целесообразно при возделывании всех культур за исключением злаковых (Зайдельман Ф.Р. Мелиорация заболоченных почв Нечерноземной зоны РСФСР: Справочная книга. - М.: Колос, 1981. - С.144). В качестве примера двучленных отложений приводим данные по Тверской области.
В Тверской области (А.В. Тяпкин, А.И. Рассадин, К.В. Пак. Бонитировка почвы и экономическая оценка земли Калининской области. - Калинин: Московский рабочий, 1976) преобладающей почвообразующей породой являются маломощные (более 50% площади) и среднемощные двучлены. Маломощный двучлен - под пахотным слоем (гумусовым горизонтом) супесчаного или легкосуглинистого гранулометрического состава выделяют супесчано-песчаный горизонт, подстилаемый на глубине 40…60 см среднесуглинистой мореной или покровным суглинком. При среднемощном двучлене слабоводопроницаемые почвогрунты залегают с глубины 60…90 см. Естественно, что в верхней части слабоводопроницаемые почвогрунты, как правило, опесчанены. По полученным нами данным среднее геометрическое значение коэффициента фильтрации 25%-ной вероятности занижения рыхлосвязного почвогрунта супесчано-песчаного слоя при установившемся режиме движения почвенно-грунтовых вод колеблется от 0,2 до 1,5 м/сут, а связного слабоводопроницаемого почвогрунта составляет 0,00n м/сут, где n=1…9.
Известен способ осушения слабоводопроницаемых почвогрунтов закрытым дренажем, включающий подготовку трасс, разработку траншеи, выравнивание ее дна, укладку дренажных трубок на дно траншеи с соблюдением его общего уклона, присыпку дрен почвой и обратную засыпку траншеи вынутым почвогрунтом, перемешанным с почвой (Инструкция по строительству закрытого горизонтального дренажа при осушении земель сельскохозяйственного назначения / ВСН-С-4-79; Утверждена приказом Минводхоза СССР №252 от 18 мая 1979 г., согласована Госстроем СССР письмом №1 - 4558 от 01 декабря 1978 г. - М.: Минводхоз СССР - В/О «Союзводпроект», 1979. - 44 с.).
Известен способ осушения переувлажненных тяжелых почвогрунтов закрытыми дренами (патент RU 2393292 C1, E02B 11/00, 2008 г.; наиболее близкий аналог-прототип), включающий проведение культуртехнических работ, строительство закрытого коллектора и разреженных параллельных дрен, проведение планировки поверхности почвы и глубокого рыхления почвогрунта в двух взаимно перпендикулярных направлениях под углом 45 градусов к направлению дрен.
Общий недостаток известных способов осушения закрытым дренажем тяжелых слабоводопроницаемых почвогрунтов, в т.ч. и прототипа, - не учитывают возможное перекрытие слабоводопроницаемых почвогрунтов двучленными отложениями малой мощности.
Задача, решаемая данным изобретением, заключается в создании способа осушения закрытым дренажем слабоводопроницаемых почвогрунтов, перекрытых двучленными отложениями малой мощности, обеспечивающего сохранение и повышение естественного плодородия почвы.
Технический результат, полученный от решения поставленной задачи, заключается в обеспечении надежного гидрологического действия закрытого дренажа в процессе его эксплуатации, создании оптимизированной минеральной почвы с улучшенными почвенными, водными и экологическими свойствами корнеобитаемого слоя и в повышении эколого-экономической эффективности осушения рассматриваемых почв.
Поставленная в изобретении задача решена тем, что способ осушения закрытым дренажем слабоводопроницаемых почвогрунтов, перекрытых двучленными отложениями малой мощности, включает проведение культуртехнических работ, строительство закрытого коллектора и разреженных параллельных дрен, проведение планировки поверхности почвы и глубокого рыхления почвогрунта в двух взаимно перпендикулярных направлениях под углом 45 градусов к направлению дрен. Осуществляют строительную разбивку присоединенных к коллектору дрен с последующими магазинированием почвы гумусового горизонта - пахотного слоя по трассе дрены бульдозером с поворотным отвалом, разработкой траншеи глубиной не менее 1,1 м с заданным уклоном, выравниванием ее дна и укладкой на него трубы, обернутой защитно-фильтрующим материалом, присыпкой дренажной трубы не менее чем на 20 см над ее шелыгой водопроницаемым рыхлосвязным супесчано-песчаным почвогрунтом двучленных отложений, срезаемым с бровок траншеи, засыпкой траншеи, имеющей ширину не менее 0,5 м, до плужной подошвы пахотного слоя путем ее запашки также водопроницаемым рыхлосвязным супесчано-песчаным почвогрунтом однокорпусным навесным кустарниково-болотным плугом ПБН-100А с отвалом и черенковым ножом, разравниванием почвогрунта, вынутого при отрывке траншеи, по понижениям строительной полосы дрены и рекультивацией магазинированного слоя почвы по строительной полосе бульдозером с поворотным отвалом. Для устойчивого просыпания водопроницаемого рыхлосвязного супесчано-песчаного почвогрунта в разрыхляемую зону связного слабоводопроницаемого почвогрунта, а также в щель за приводной штангой и стойкой рыхлителя и на плужную подошву подвижного лемеха и неподвижной пяты рыхлителя сплошное глубокое перекрестное рыхление почвогрунта проводят вибрационным рыхлителем в период при уровне стояния почвенно-грунтовых вод не выше дна траншеи дрены на глубину, не менее чем на 30 см меньшую минимальной глубины заложения дрен. При этом глубокому рыхлению предшествует вспашка почвы.
Перед отрытием траншеи по строительной полосе вдоль дрены предусмотрено магазинирование почвы, заключающееся в снятии и складировании ее плодородного слоя.
Как известно, при осушении тяжелых почвогрунтов присыпку труб дрен осуществляют почвой, срезаемой с бровки траншеи, а засыпку траншеи - вынутым почвогрунтом, перемешанным с почвой. В рассматриваемом изобретении, учитывая имеющие место в натуре благоприятные природные условия, присыпку дрен и засыпку траншеи осуществляют рыхлосвязным супесчано-песчаным почвогрунтом, что обеспечивает сохранение естественного плодородия почвы при улучшении гидрологического действия дрен.
Обратную засыпку траншей обычно, как правило, проводят бульдозерами (ВСН-С-4-79. С.6, п.3.3). В рассматриваемом случае применена засыпка траншей путем их запашки плугом с отвалом и черенковым ножом, а для исключения возможности повреждения при этом дренажной трубы подающим в траншею почвогрунтом, в котором могут быть и камни, предусмотрена предварительная ее присыпка слоем не менее 20 см над шелыгой трубы.
Для засыпки траншей путем их запашки используют предназначенный для первичной вспашки минеральных земель однокорпусный навесной кустарниково-болотный плуг ПБН-100А с отвалом и черенковым ножом, имеющий ширину захвата 1,0 м (при ширине траншеи, см. ниже, не менее 0,5 м) при глубине вспашки до 45 см.
Для обеспечения водоприемной способности засыпки дренажной траншеи при поступлении в нее воды из рыхлосвязного супесчано-песчаного почвогрунта и разрыхленной зоны связного суглинистого почвогрунта, снабженной рыхлосвязным супесчано-песчаным почвогрунтом, и исключения перетекания внутрипочвенной воды через засыпку дрены, учитывая и техногенную эрозию засыпки траншеи (перемещение суглинистого почвогрунта в засыпку при проведении рыхления), траншея имеет ширину не менее 0,5 м.
В практике глубокого рыхления слабоводопроницаемых почвогрунтов известно применение как пассивных рыхлителей, так и рыхлителей активного действия - виброрыхлителей, особенность действия которых состоит в том, что почвогрунт разрушается не только прямым воздействием на него рыхлителя, но и колебаниями лемеха, вызывающими разуплотнение и разрушение почвогрунта (См., например, источник: Б.М. Кизяев, З.М. Мамаев и О.Ф. Першина. Агромелиоративные мероприятия на минеральных переувлажненных землях. - М.: ВНИИГиМ, 2013. - С.68…85). Виброрыхлители по качественным показателям рыхления в 1,7…2,0 раза эффективнее пассивных рыхлителей. Это и обусловило их применение в рассматриваемом случае.
Учитывая имеющие место в натуре благоприятные природные почвенно-грунтовые условия, виброрыхлители применены для повышения водопроницаемости связного слабоводопроницаемого почвогрунта, перекрытого двучленными отложениями, что достигается за счет поступления в него гораздо более водопроницаемого рыхлосвязного почвогрунта супесчано-песчаного слоя.
Просыпание разрыхляемого виброрыхлителем рыхлосвязного водопроницаемого супесчано-песчаного почвогрунта в разрыхляемый связный слабоводопроницаемый почвогрунт, а также в щель за приводной штангой и стойкой рыхлителя и на плужную подошву подвижного лемеха и неподвижной пяты рыхлителя зависит от увлажения почвогрунта в момент проведения рыхления. Поэтому рыхление проводят в период при уровне стояния почвенно-грунтовых вод не выше дна траншеи дрены. Учитывая же и возможность повреждения дренажа при проведении глубокого рыхления, рыхление проводят на глубину, не менее чем на 30 см меньшую минимальной глубины заложения дрен.
Процесс проведения глубокого рыхления поясняется иллюстрацией рекомендуемого типа рабочего органа рыхлителя активного действия. На чертеже представлена схема вибрационного рыхления почвогрунтов (вид сбоку на одну из стоек рыхлителя): 1 - пахотный слой (гумусовый горизонт, почва), 2 - водопроницаемый рыхлосвязный супесчано-песчаный почвогрунт, 3 - слабоводопроницаемый связный почвогрунт, 4 - трактор, 5 - рама, 6 - приводная штанга, 7 - подвижный лемех, 8 - стойка рыхлителя, 9 - неподвижная пята, 10 - разрыхленные почвогрунт и почва.
Предложенный способ осушения закрытым дренажем слабоводопроницаемых почвогрунтов, перекрытых двучленными отложениями малой мощности, способствует улучшению приточности воды к дрене. В результате дренажная система отводит избыточную воду в «режиме дрены» - режиме сработки уровня почвенно-грунтовых вод в междренье при глубине заложения дрен не менее 1,1 м.
Заявленный способ включает следующие операции:
- проведение культуртехнических работ;
- строительную разбивку присоединяемых к закрытому коллектору дрен;
- магазинирование почвы гумусового горизонта (пахотного слоя) по трассам дрены бульдозером с поворотным отвалом;
- разработку траншеи с заданным уклоном, выравнивание ее дна и укладку на него трубы, обернутой защитно-фильтрующим материалом;
- присыпку дренажной трубы не менее чем на 20 см над ее шелыгой водопроницаемым рыхлосвязным супесчано-песчаным почвогрунтом двучленных отложений, срезаемым с бровок траншеи;
- засыпку траншеи, имеющей ширину не менее 0,5 м, до плужной подошвы пахотного слоя (гумусового горизонта) путем ее запашки также водопроницаемым рыхлосвязным супесчано-песчаным почвогрунтом однокорпусным навесным кустарниково-болотным плугом ПБН-100А с отвалом и черенковым ножом;
- разравнивание почвогрунта, вынутого при отрывке траншеи, бульдозером с поворотным отвалом по понижениям строительной полосы дрены;
- рекультивацию магазинированного слоя почвы по строительной полосе бульдозером с поворотным отвалом;
- планировку поверхности почвы;
- вспашку почвы;
- определение глубин минимальной заложения дрен и максимальной рыхления почвогрунта;
- разметку в натуре направления глубокого рыхления почвогрунта;
- подготовку рыхлителя к работе, установление на рыхлителе глубины рыхления;
- контроль увлажнения почвогрунта в зоне рыхления;
- проведение вибрационным рыхлителем сплошного глубокого рыхления почвогрунта в двух взаимно перпендикулярных направлениях под углом 45 градусов к направлению дрен, периодическое проведение контроля просыпания рыхлосвязного супесчано-песчаного почвогрунта по трассам рыхления в связный слабоводопроницаемый почвогрунт путем раскопок и при необходимости совершенствование сроков проведения рыхления.
Заявленный способ относится и к способу структурной мелиорации почвенного профиля. Он обеспечивает создание оптимизированной минеральной почвы с улучшенными почвенными, водными и экологическими свойствами корнеобитаемого слоя.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, оно соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.
Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию «изобретательский уровень» заявителем проведен дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от ближайшего аналога признаками заявленного изобретения. Результаты показали, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.
Заявленный способ осушения закрытым дренажем слабоводопроницаемых почвогрунтов, перекрытых двучленными отложениями малой мощности, промышленно применим. Способ прошел производственную проверку при осушении земель с двучленными отложениями на объектах «Крючково, сенокосы-1», «Некрасово», «Греблево», «Головинские горки» и «Марьино» в Тверской области.