Особенности осушения минеральных переувлажненных почв Нечерноземной зоны с низкой водопроницаемостью

 «Особенности осушения минеральных переувлажнённых почв Нечернозёмной зоны с низкой водопроницаемостью»

курсовая работа студента 3-го курса факультета почвоведения МГУ кафедры физики и мелиорации почв Батракова Антона .

Руководитель :

доктор сельскохозяйственных

наук , профессор

Ф.Р. Зайдельман.

Москва 1999 г

Содержание

Введение ...................................................................... 2

1. Принципиальная конструкция осушительной системы .................................................................... 3

2. Особенности гидрологии минеральных переувлажнённых почв Нечернозёмной зоны с низкой водопроницаемостью................................ 5

3. Осушение заболоченных почв с низкой водопроницаемостью .................................................. 7

4. Гидротехнические мероприятия по ускорению поверхностного и дренажного стоков ........................ 8

5. Агромелиоративные мероприятия ........................ 9

5.1 Агромелиоративные мероприятия по ускорению поверхностного стока................ 9

5.2 Агромелиоративные мероприятия по ускорению внутрипочвенного стока............ 9

6. Агрономические мероприятия ............................. 11

 

Заключение .......................................................... 13

 

Список литературы .............................................. 17

Введение

 Осушительная мелиорация - важный приём, используемый для удаления избыточного увлажнения почв, поддержания определённого водного режима почв, благоприятного для роста и развития растений, пригодного для успешного проведения сельскохозяйственных работ. При помощи этого приёма получают максимальный урожай при затраченных на его выращивание средствах.

В районах, где находятся почвы с низкой водопроницаемостью, залегают суглинистые и глинистые почвообразующие породы - моренные , покровные лёссовидные , озёрно-ледниковые и пермские отложения. На них формируются почвы с низким значением коэффициента фильтрации. Обычно эти почвы формируются с участием процессов подзоло- и глееобразования.

На таких почвах с коэффициентами фильтрации на них не превышающими 0,005 - 0,1 м/сут (Эггельсманн, 1984), наблюдается застаивание гравитационной влаги, которая не только губит посаженные на этой почве растения, но и вообще затрудняет или исключает любые сельскохозяйственные работы.

Возникают определённые сложности осушения минеральных суглинистых и глинистых почв с низкой водопроницаемостью, т.к. при заполнении дренажной траншеи обратной засыпкой очень быстро восстанавливаются исходные свойства почвы, обусловливающие её низкую водопроницаемость.

Осушение также не должно способствовать увеличению эрозии почв, снижению их плодородия. Оно должно сопровождаться комплексом гидротехнических, культуртехнических, агромелиоративных, химических и других мероприятий, ведущих к улучшению плодородия почв .

Такое представление о комплексном подходе к проблеме мелиорации особенно актуально для Нечернозёмной зоны России.

Существуют несколько причин , по которым развитие мелиорации в Нечернозёмной зоне - процесс необходимый и актуальный. «Заболоченные и болотные почвы являются практически единственным источником вовлечения в сельско- хозяйственное производство после мелиорации новых земель.» (Зайдельман, 1996).

«Более 75 % территории России и около 51% территории стран СНГ находятся в зоне избыточного увлажнения, где осушительные мелиорации играют исключительно важное, нередко определяющее значение для рационального ведения сельскохозяйственного производства.»

(Зайдельман, 1996).

Мелиорация заболоченных и болотных почв создаёт благоприятные условия для роста и развития растений, ликвидирует мелкую контурность, сложную структуру почвенного покрова, которая часто затрудняет ведение сельскохозяйственных работ. Она также способна формировать необходимую экологическую обстановку для жизни человека в условиях заболоченной территории.

В зависимости от причин заболачивания почв подбирается и метод осушения , который реализуется с помощью различных инженерных приёмов . Если, например, это грунтовое заболачивание, то понижение уровня грунтовых вод может быть осуществлено как при помощи открытых каналов, так и при помощи закрытого дренажа (деревянный, пластмассовый, гончарный, каменный).

1. Принципиальная конструкция осушительной системы

Осушение территории производится при помощи закладки осушительной системы, позволяющей отвести избыточную влагу.

« Как правило, любая осушительная система состоит из следующих элементов:

1) Регулирующая сеть осушителей: дрены, каналы, ложбины. Они предназначены для понижения уровня грунтовых вод или ускорения стока поверхностных вод и их отвода за пределы осушаемой площади. «При строительстве материального дренажа (гончарный, пластмассовый, и др.) междренные расстояния определяются по физико- механическим свойствам почв. Подобные методы отражают найденную эмпирическим путём взаимосвязь междренных расстояний с каким- либо определённым физико- механическим свойством почвы. Поэтому методы определения междренных расстояний по физико- механическим свойствам почв справедливы только в том случае, когда имеются достаточные условия для проверки этих взаимосвязей на обширном эмпирическом материале. Вместе с тем и в этом последнем случае строгое соответствие между определённым физико- механическим свойством и параметрами дренажа сохраняются до тех пор, пока наблюдается прямая связь между этим свойством и Кф почвы. Если она нарушается, то прямая связь выбранного физико- механического свойства, например гранулометрического состава, с параметрами дренажа может исчезнуть. Последнее обстоятельство необходимо иметь в виду, чтобы правильно оценить возможности применения методов определения параметров дренажа, основанных на анализе физико- механических свойств почв. Это особенно актуально и потому, что методы оценки междренных расстояний по физико- механическим свойствам почв привлекают внимание исследователей и своей простотой.»(Зайдельман, 1981).

2) Проводящая сеть (закрытые или открытые коллекторы, принимающие воду из регулирующей сети осушителей) выполняет водопроводную функцию, т.е. она принимает воду из регулирующей сети и транспортирует её в магистральный канал.

3) Магистральный канал - открытый канал, принимающий воду из коллекторов. Магистральный канал впадает в водоприёмник на самотёчной системе осушения. Если водоприёмник находится на уровне или выше осушаемой территории, то в этом случае вода из магистрального канала в водоприёмник может поступить только в результате её перекачки насосами. Вода поднимается насосными установками и сбрасывается затем в водоприёмник. Такие осушительные системы с механическим водоподъёмом называются польдерные системы, польдеры. В нашем случае рассматриваются только самотёчные системы осушения, когда вода из регулирующей сети осушителей (дрен или каналов) поступает затем в коллекторную сеть и далее - в магистральный канал и водоприёмник под действием гравитационных сил, т.е. свободного перетока.

4) Водоприёмник - естественный водоток (ручей, река) или водоём (озеро), сухой тальвег или овраг, в которые впадает магистральный канал и сбрасывает всю избыточную воду с осушаемой площади .

5) Оградительная сеть - предназначена для защиты осушаемой территории от поступления избыточных поверхностных (склоновых или русловых, т.е. полых) и грунтовых вод. Склоновые воды перехватывают «нагорными» каналами, которые размещают на нижней трети склонов. Грунтовым водам путь на осушаемый массив преграждают ловчие каналы, которые строят на подошве склонов, в наиболее низкой части притеррасья или по тальвегам. Если ловчие каналы доведены до водоупора и их дно врезано в водоупор, то такой ловчий канал называется совершенным. Он может полностью приостановить поступление грунтового потока на осушаемую площадь. Если ловчий канал не прорезает всю толщу водоносного горизонта, то такой канал является несовершенным.

Осушаемый массив может находиться в пойме и подвергаться систематическому затоплению полыми водами (или, как их ещё называют, - намывными русловыми водами). В результате гибнет урожай, затягиваются сроки выполнения работ и др. Для защиты от затопления поймы строят дамбы обвалования. Наконец, последним элементом являются инженерные сооружения на сети: шлюкера, подпорные сооружения на каналах, оголовки закрытых коллекторов при их впадении в открытые каналы и др. Сюда же относятся мосты, трубы-переезды, а также траншейные фильтры, ускоряющие поступление воды из пахотного горизонта в дренаж.» (Зайдельман, 1994).

2 . Особенности гидрологии минеральных переувлажнённых почв Нечернозёмной зоны с низкой водопроницаемостью

Одна из характерных черт водного режима рассматриваемых почв - существование двух изолированных зон верховодки. Двухъярусное положение верховодки в профиле гидроморфных подзолистых и дерново-глеевых почв возможно , очевидно, при условии, что скорость вертикального или бокового оттока влаги из нижнего яруса больше или равна скорости фильтрации влаги из верхнего яруса. При затоплении почв и резком увеличении гидростатического напора происходит смыкание слоёв верховодки.

Существуют два фактора, обусловливающих двухъярусный характер верховодки. Первый заключается в резкой дифференциации горизонтов таких почв по их водопроницаемости, второй связан с низкой активной порозностью и образованием в иллювиальных горизонтах их профиля водоупорной подушки из защемлённого воздуха. Этот воздух, не препятствуя миграции ограниченного объёма влаги по крупным ходам в глубокие горизонты и формированию в них верховодки, оказывает сильное противодействие её внедрению в тонкие поры.

Н,см 0 -- - - - - - - - - - - - - - - - - ########### - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 20 - - - - - - - - - - - - - - - - - ############# - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ################## - - - - - - - - - - #####- - - - - - - 40 ########### ############################################### ################################################################ ################################################################  60 ################################################################ ################################################################ ################################################ -- -- ####  80 ####### ######### #######################  - - - - - - - - - - # - - 100 - - - - ### - - - - ####### ##### - - - - - - - - - - - - - - - 120 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 140- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ######## - - - - - - - ######## ВЗ - (0,9 ПВ - ПВ) - - - - - - - ПВ, верховодка Рисунок 1 Положение верховодки во влажный год в профиле дерново- подзолистой глееватой почвы. (Зайдельман , 1969)

При изучении режима влажности дерново-подзолистых неоглеенных и глубокооглеенных почв в сухие годы после выпадения дождей наблюдалось отчётливое увеличение влажности в их нижних горизонтах, причём влажность вышележащих слоёв почвенного профиля в течение длительного периода остаётся меньше предельной почвенной влаги (ППВ) и влажности разрыва капиляров (ВРК).

Другими словами наблюдается явление миграции гравитационной влаги через слои почвы с неизменно высокой аккумулирующей способностью, при этом происходит значительное увлажнение нижних горизонтов при влажности верхних ниже ППВ. Данное явление можно объяснить следующим образом : в сухой период, при выпадении ливневых дождей, на поверхности почвы формируется сток, несущий влагу в нижние слои почвы. При этом гравитационная влага, не успевая увлажнить верхние горизонты, попадает в трещины (или свободные корневые хода) сухой почвы и быстро проходит в нижние слои почвенного профиля. Гравитационная влага, попавшая в глубокие слои сухой почвы по крупным трещинам, впитывается влагоёмкой толщей.

Если почва сырая, то гравитационная влага застаивается в вертикальных глубоких каналах и обусловливает оглеение их стенок (при этом создаются мощные вытянутые оподзоленные языки).

Миграция влаги по трещинам наиболее отчётливо проявляется, по видимому, в дерново-подзолистых глубокооглеенных почвах (Зайдельман, 1969).