Каналы требуют постоянного ухода, так как зарастают водной растительностью, а их берега – сорняками. Они создают неудобства при механизированной обработке земли. Сейчас открытые каналы применяют главным образом для предварительного осушения болот, чтобы отвести воду из верхних слоев залежи и обеспечить осадку торфа и его уплотнение, а также в качестве временной меры для осушения сенокосных угодий и предварительного осушения перед укладкой закрытого материального дренажа.
Развитие технического прогресса способствовало развитию методов и способов осушения, новых технических средств осушения и конструкций осушительных устройств, а также технологии их изготовления, разработке и внедрению новых машин, устройств и приспособлений для механизации строительства осушительных систем в различных природных условиях.
Осушение заболоченных земель и болот осуществляется системой открытых каналов и с помощью закрытых дрен (горизонтальный дренаж), посредством водопонижающих скважин (вертикальный дренаж), а также различных комбинаций средств осушения. Открытые каналы располагают в плане с учетом использования сельскохозяйственных и дождевальных машин.
На глубоких открытых каналах, врезающихся в слой хорошо водопроницаемых песков, залегающих под торфом, желаемого результата при шлюзовании не достигают, поскольку в этом случае водопроницаемые пески служат большой естественной пластовой дреной, но которой вода уходит в водоприемник. В подобных случаях делают неглубокие открытые каналы (глубиной до 1,5-1,6 м) через 500-1000 м и укладывают малоуклонные дрены (0,0005).
Откосы каналов часто разрушаются, особенно в местах высачивания воды на откос. При этом происходит его размыв, оплывание и т. д. Для предотвращения таких явлений, в частности, если канал проходит в мелкозернистых песках, его дно и стенки нужно крепить пористобетонными плитами, задерживающими мелкие частицы грунта и предохраняющими канал от заиления и разрушения. На сильно оплывающих и заливаемых участках открытые каналы заменяют лотками из пористого бетона.
Способ осушения открытыми каналами получил широкое распространение при мелиорации торфяных почв и пойменных минеральных земель, когда осушенные земли используют под естественные луга и сенокосы. Среднее расстояние между открытыми каналами 200-400 м. Способ осушения открытыми каналами широко применяют в Украинском Полесье. На минеральных землях этот способ неэкономичен, так как требует густой сети каналов.
Открытые каналы часто строятся в сочетании с закрытым дренажем (комбинированные системы), особенно с кротовым.
Кротовый дренаж
Кротовый дренаж применяют преимущественно для улучшения водных свойств тяжелых глинистых почв. Он перспективен при использовании в нечерноземных областях и при осушении болот и заболоченных земель. Этот способ дренажа наиболее простой и дешевый. Специальную кротовую машину, или дренажный плуг, оснащенную вертикально закрепленным ножом (или с небольшим наклоном) с расположенным спереди рыхлителем, протаскивают в почве трактор, или канатная тяга, за рыхлителем следует конусообразный уширитель. Кротовый дренаж применяют в сочетании с закрытыми дренами или открытыми каналами – так называемый комбинированный дренаж.
Кротовые дрены способствуют растрескиванию грунта, что повышает его водопроницаемость, понижает избыточную влажность верхних слоев почвы и не позволяет в дождливые периоды скапливаться воде на более плотном нижнем слое. Таким образом, кротовый дренаж улучшает не только водные свойства почв, но и их структуру. Кротовые дренажные ходы играют роль регулирующих дрен и выпускаются либо в закрытые трубчатые горизонтальные дрены, либо в открытые канавы.
Концы кротовых ходов при выпуске их в открытую канаву делают из гончарных или асбестоцементных труб. В глинистых почвах кротовый дренаж может сохраняться до 10 лет и более, в легких почвах – три-пять лет, в песчаных неустойчивых почвах и в жидких торфяных кротовый дренаж без крепления стенок неприменим.
При соединении кротовых дрен с гончарными трубами следует сначала делать открытую траншею коллектора, затем проводить кротовые дрены, впадающие в эту траншею, после чего укладывать гончарные трубы, соединять их с выходами кротовых дрен и засыпать траншеи.
На торфяных почвах кротовые дрены устанавливают при степени разложения торфа не более 45%. Дрены делают кротодренажными машинами. Диаметры дрен 5-12 см в минеральных грунтах и 10-25 см – в торфах на глубине 70-100 см с уклоном 0,002-0,004, расстояние между дренами 2-15 м, длина кротовых дрен до 170 м.
Слой дренажного стока под влиянием кротования увеличивается в два-три раза.
Для получения нужной формы кротовой дрены кротодренажная машина должна продвигаться с такой скоростью, при которой частицы грунта, образующие свод дрены, успевают оклеиваться, а вытесняемые вода и воздух уходят в полость дрены.
Предельные скорости кротоводренажных машин в границах 0,7-3 км/ч, в торфяных грунтах скорость выше, чем в минеральных. В системах с двусторонним регулированием водно-воздушного режима расстояния между кротовыми дренами 5-10м. Кротовые дрены закладывают на глубину 70, 90, 100 см от поверхности земли.
Диаметр уширителя при создании кротовых дрен на минеральных почвах должен быть 80-100 мм и на болотных 120-200 мм.
В Германии для устройства кротового дренажа используют специальные плуги, состоящие из ножа с рыхлящим лемехом, или рыхлителем, и навесного уширителя, представляющего собой конусообразное тело. Кроме того, при осушении торфяных болот со степенью разложения менее 45-50% и мощностью торфа более 1-1,5 м применяют щелевой дренаж. Это вертикальные щели шириной 16 см, вырезанные в почве для сбора и отвода воды, глубина щелей 80-100 см. Их делают дренажно-дноковой машиной ДДМ-5 на глубину до 1,2-1,4 м, а также машинами ДШ-1,2 и ДШ-1,4. Длина щелей 200-300 м, расстояние между ними 20-45 м с минимальным уклоном 0,001. Щелевые дрены выводят так, как и кротовые.
Кротовый дренаж с креплением стенок можно применять на любых почвах, в том числе и на легких. Стенки кротовых дрен рекомендуют крепить пористобетонной смесью, что повышает производительность дрен.
Закрытый горизонтальный дренаж
Закрытый горизонтальный дренаж имеет преимущества перед открытыми каналами, главное из них – сокращение потерь земель под каналы и удобство при эксплуатации полей.
Дренажная система (сеть) состоит из регулирующих (всасывающих, собирательных) дрен и проводящих дрен, или коллекторов, по которым собранная вода отводится в закрытый или открытый коллектор и далее в водоприемник.
Для обеспечения нормальной работы гончарного дренажа стыки трубок обсыпали фильтрующим материалом. Долгое время для этого использовали торф, а в настоящее время применяют явно не эквивалентные заменители – стеклохолсты, стекловату и другие стекломатериалы. За рубежом при хорошо развитой химической промышленности для защиты дрен от заиления широко используют гравий, щебень, шлак котельный, песчано-гравпйную смесь (ВНР, Финляндия, Франция, Австрия, Греция, Голландия, Великобритания и др.), а также маты из ржаной соломы, стружки, опилок, фрезерный торф, измельченный еловый хворост, камыш и другие материалы. В странах Запада наметилась тенденция отказа от применения стекломатериалов. Стекловата и другие стекломатериалы – загрязнители почвы и воды. Они загрязняют их мельчайшими частицами стекла. Вода становится опасной для питья. Кроме того, работа с таким материалом, когда при его укладке подымается мельчайшая стеклянная пыль, представляет опасность для дыхательных путей, и рабочим приходится работать в противогазах и длинных резиновых перчатках.
Исходя из условий охраны здоровья людей и окружающей среды, такие материалы для дренажа не следует рекомендовать.
В России, Беларусии, в странах Балтии осушительно-увлажнительные системы строились с применением материального, в основном гончарного, дренажа – наиболее эффективного способа осушения.
В России закрытым дренажем осушено свыше 35% общей площади осушенных земель. Для закрытого дренажа используют главным образом гончарные трубы (99% общей площади), однако применяют и пластмассовые. При этом сохраняется и открытая сеть. Чтобы обеспечить устойчивость откосов осушительных каналов, широко используют крепление их местными строительными материалами и железобетонными плитами. Большое развитие получают осушитсльно-увлажнительные системы. Если позволяют условия, то строят польдерные системы с применением обвалования и механической откачки воды.
Для стыкования дренажных гончарных трубок разработаны различные конструкции муфтовых соединений.
При строительстве дренажных систем особое внимание необходимо уделять планировке местности и регулированию поверхностного стока на тяжелых почвах, засыпать различные ямы, впадины и блюдцеобразные понижения.
Осушаемые поля должны быть хорошо подготовленными для прохождения всех сельскохозяйственных машин с ранней весны до поздней осени. Механизация полевых работ – решающий фактор при определении оптимальной интенсивности осушения болот и заболоченных земель.
В больших глубоких понижениях следует устраивать поглощающие трубчатые и шахтные колодцы. Эффективность закрытого дренажа повышается при глубоком рыхлении на его фоне почв и устройстве кротовых дрен, что особенно нужно при осушении уплотненных почв.
Недостаточная интенсивность осушения в многоводные годы приводит к тому, что осенью невозможно убрать урожай, а весной затягиваются сроки сева.
Кроме гончарных трубок, для дренажа применяют трубы и фильтры из искусственных материалов. Более 25 лет назад стало известно об использовании в водоснабжении пластмассовых напорных труб. Дренажные трубки изготовляют в основном из поливинилхлорида. На трубках делают отверстия с таким расчетом, чтобы суммарная площадь водовыпускных отверстий на 1 м длины была не менее 6 см2 при .номинальном диаметре трубки 40 мм, при диаметре 50 мм – не менее 8 см2 и более 50 мм – не менее 10 см2.