Осушительно-увлажнительных систем

 

Все рассмотренные выше осушительные и осушительно-увлажнительные системы позволяют осуществлять управление водным режимом грунтов. Одним из наиболее эффективных систем является вертикальный дренаж.

Вертикальный дренаж - один из новых способов мелиора­ции, позволяющий оперативно управлять водным режимом почв и экономно расходовать водные ресурсы.

Основной вид вертикального дренажа - вертикальная сква­жина с откачкой воды из нее насосами. В состав комплекса вер­тикального дренажа входят: собственно скважина; погружной электронасос; отводящий воду трубопровод или канал; аппара­тура для автоматизации управления электронасосом; подводящая линия электропередачи с трансформаторной подстанцией (рис. 2.34).

Вертикальные скважины устраивают из металлических, асбестоцементных или железобетонных труб диаметром 250...800 мм и глубиной 20...60 м. Основная часть скважины представляет собой водоприемную часть обычно с каркасно-стержневым фильт­ром и песчано-гравийной обсыпкой, повышающей водозахватную способность. Нижняя глухая часть скважины служит отстойни­ком.

В связи со значительной стоимостью вертикального дренажа он эффективен только в том случае, если одна скважина может обеспечить осушение более 20...30 га при радиусе влияния свыше 300 м. Поэтому вертикальный дренаж допускается применять при наличии значительной мощ­ности (Н >25 м) хорошо водо­проницаемых грунтов ( k >5 м/сут) или при водопроводимоcти (k·H >150 м²/сут.). Сверху эти во­допроницаемые грунты могут быть перекрыты суглинками мощно­стью до 2 м или торфами любой мощности.

К площадям с благоприятными условиями применения вертикального дренажа по геоморфологическим признакам относится первые надпойменные террасы рек Днепр, Десна, Припять и плоские древнеаллювиальные равнины в пределах второй и третьей надпойменных террас с грунтовым и грунтово-напорным водным питанием.

Рис. 2.34 - Схема скважинной насосной установки вертикального дренажа:

1 - электронасосный агрегат; 2 - водоподъемный трубопровод; 3 - бетонный ого­ловок; 4 - токоподводящий кабель; 5 - сбросной трубопровод; 6 - шкаф с аппа­ратурой для автоматического управления электродвигателем; 7 - здание насосной станции; 8 - опорное устройство; 9 - эксплуатационная колонна; 10 - гравийная обсыпка; 11 - фильтр скважины; 12 - от­стойник

 

Расположение дрен в плане может быть: 1) площадное, когда скважины размещаются равномерно по осушаемой территории для откачки воды из какого-либо бассейна подземных вод и тре­буемого понижения их уровня; 2) линейное, когда линия колодцев перехватывает поток грунтовых вод, поступающий из водо­хранилищ, рек или прилегающих водосборов. Линейную систему вертикального дренажа следует применять при водопроводимости подстилающих пород не менее 300 м²/сут. Для понижения уровня грунтовых вод на отдельных участках проектируют выборочный дренаж.

Дебит Q (м³/сут) несовершенной скважины в неустановившемся режиме движения определяют по уравнению (рис. 2.35)

, (2.41)

где k - коэффициент фильтрации водоносного слоя, м/сут; Н - его мощность, м; S - понижение уровня воды в скважине при откачке, м; рекомендуется принимать ; t - время откачки, сут; r - наружный радиус скважины (с учетом гравийной обсыпки), м; а - коэффициент уровнепроводности, м²/сут;

(2.42)

где β - коэффициент водоотдачи; - безразмерное фильтрацион­ное сопротивление, учитывающее несовершенство скважин по степени вскрытия пласта, . Для совершенной дрены = 0.

Рис. 2.35 - Схема действия вертикальной скважины

 

За данными опыта, удельный дебит на 1 м глубины откачки дренажных колодцев составляет от 4...5 л/с для суглинистых грунтов до 30...50 л/с для галечников.

Радиус области питания R (в м) вертикальной скважины и длительность откачки t, необходимой для обеспечения требуемой нормы осушения , вычисляют по формулам

R= (2.43)

 

t=βπR²H_ос /Q. (2.44)

Систематический вертикальный дренаж располагают на осу­шаемой территории по углам, квадратной или равносторонней треугольной сетки (рис. 2.36).

Рис.2.36 - Схема размещения систематического площадного дренажа: а и б -по квадратной и тре­угольной равносторонней сетке

 

Откачка воды может производиться из каждой скважины от­дельно. При небольших дебитах (до 100 м³/ч) и небольших рас­стояниях между скважинами рациональнее 2-4 скважины с помощью сифонных трубопроводов соединять с одной централь­ной, откуда и будет производиться откачка воды. Переток воды из боковых скважин в центральную происходит благодаря раз­ности напоров воды в них.

Дренажные скважины оборудуют обычно погружными насос­ными установками типа ЭЦВ с подачей 85…300 м³/ч. Откачка воды из вертикальных скважин осуществляется в ве­сенний предпосевной период (не более 10...15 сут), а также во время обильных летних и затяжных осенних дождей.

Во время откачки в радиусе до 50 м вокруг скважины обра­зуется довольно глубокая воронка депрессии, однако через 0,5...1,5 сут. после остановки насосов уровни грунтовых вод выравни­ваются, воронки заполняются водой и по всей осушаемой терри­тории устанавливаются примерно одинаковые глубины осушения.

В засушливые периоды, когда уровень грунтовых вод опуска­ется глубже оптимального и растения начинают испытывать де­фицит влаги, вертикальные скважины можно включать для по­дачи воды на увлажнение. При этом целесообразно устраивать бассейны суточного регулирования, которые необходимы для на­копления и прогревания грунтовых вод. Из бассейна вода насос­ными станциями подается к дождевальным машинам «Волжан­ка», «Фрегат» и др. В этих условиях осушительно-увлажнительные системы с вертикальным дренажем обеспечивают экономический эффект не менее 200 $/га по сравнению с системами горизон­тального дренажа.

Режим работы вертикального дренажа автоматизируют, что обеспечивает включение и отключение насосов по заданной про­грамме.

В условиях, когда верхний слабоводопроницаемый слой мощ­ностью до 10... 15 м подстилается водоносным горизонтом с грунтово-напорными водами применяют комбинированный горизонтальный и вертикальный дренаж.

Вертикальная часть дренажа обеспечивает разгрузку водоносного пласта и снижает в нем напор и тем самым снижает подпитывание верхнего слабоводопроницаемого слоя напорными водами и позволяет увеличить расстояние между горизонтальными дренами.