Дренажные трубки из пластмасс применяют почти на всех континентах, но особенно широко в европейских странах и Японии. В Германии дренажные трубки из ПВХ часто покрываются защитными фильтрующими материалами, например, трубы из ПВХ с фильтрами из стиромуля + кокосовое волокно, соломы, штапельного волокна, кокосового волокна, торфа + штапельное волокно.
Применяют дренажные муфты из ПВХ с пенистым фильтром из полиуретана для труб диаметром 50 и 100 мм. Дренажные муфты используют на всех почвах.
Дренажные трубки укладывают с помощью различных дренажных машин-дреноукладчиков. Машины для укладки дренажных труб бестраншейным способом могут работать на влажных и даже мокрых почвах и на вспаханном поле. Скорость прокладки дренажа бестраншейными машинами в два-четыре раза выше скорости работы фрезерно-цепных дренажных машин.
Фрезерно-цепные дренажные машины разрабатывают траншеи, укладывают гончарные или пластмассовые дренажные трубы (с объемным фильтром или без него) и фильтрующий материал, могут также засыпать траншеи.
В суглинистых грунтах с малыми коэффициентами фильтрации (менее 0,1 м/сут) рекомендуют обсыпать дрены фильтрующими материалами Дреноукладчик может укладывать дрены из пластмассовых труб диаметром до 90 мм в минеральных почвах и торфяниках на глубину до 1,8 м.
Пластмассовый дренаж широко используют в Латвии. В Белоруссии, Украине и других республиках также применяют дренаж из пластмассовых труб. Однако практика эксплуатации дренажных сооружений свидетельствует, что наиболее эффективным является гончарный дренаж, а также дренаж из пористобетонных трубок. Кафедрой гидротехнических сельскохозяйственных мелиорации УИИВХ (Г. С. Потоцкий, Л. Ф. Кожушко) разработан и внедрен в производство эффективный бестраншейный способ укладки усовершенствованной гончарной трубки дреноукладчиком с использованием лазерного нивелира.
Весьма эффективен и перспективен дренаж из пористых материалов, в частности из пористых бетонов и его различных разновидностей, – керамзитобетон, асфальтобетон и т. д.
Пористобетонные трубчатые дренажные трубы бывают бескаркасными и каркасными, их изготовляют из различных материалов и конструкций. Фильтры из пористого бетона укладывают в ответственные гидротехнические сооружения. Оборудование горизонтальных дрен и вертикальных трубчатых колодцев фильтрами из пористого бетона дает большую экономию металла и камня, что снижает общую стоимость дренажа при высоком эффекте осушения.
Пористый бетон для изготовления дренажных труб применяют в строительстве и сельском хозяйстве (мелиорация) в США, Великобритании, Германии, Бельгии, и других странах.
Вертикальные системы осушения
Способ осушения с помощью вертикальных трубчатых, или шахтных, колодцев называют вертикальным дренажем, или вертикальной системой осушения, если имеется несколько таких колодцев. Вертикальные шахтные, или трубчатые, колодцы, из которых с помощью насосов откачивают воду, понижая уровень грунтовых вод, называют водопонижающими шахтными, или трубчатыми, колодцами. Если понижение уровня грунтовых вод происходит за счет их перелива из верхних водоносных горизонтов в нижний водоноглощающий с помощью трубчатых, или шахтных, колодцев, то такие колодцы называют поглощающими. Когда напор напорного водоносного горизонта снимается за счет скважин, работающих на самоизлив, такие скважины называют разгрузочными. Все перечисленные способы вертикального дренажа при соответствующих гидрогеологических условиях можно применять при осушении болот, заболоченных земель, торфяников. Благоприятные условия для вертикального дренажа – такие, при которых водоносными горизонтами являются обводненные пески (лучше всего средне- и крупнозернистые) мощностью 5,0-10 м и более. Эффективная мощность 15-25 м.
Для вертикальных систем осушения используют различные конструкции водопонижающих и водопоглощающнх трубчатых и шахтных колодцев.
Трубчатые водопонижающие колодцы или скважины в пределах водоносного горизонта или по длине 1/3 его мощности оборудуют специальными фильтрами, через которые вода поступает в такой колодец и затем из колодца насосом откачивается на поверхность. Происходит понижение уровней грунтовых вод (осушение). К фильтрам, которыми оборудуются водопонижающие или водопоглощающие скважины для осушения обводненных почв, предъявляют очень высокие требования, поскольку от правильного выбора конструкции фильтра зависят работа скважины и желаемый эффект водопонижения (осушения). Особенно важно создать совершенную конструкцию фильтра для осушения водоносного пласта, сложенного мелкозернистыми глинистыми песками с плохой водоотдачей. В таких условиях большие отверстия в фильтрах допускают пескование скважин, а слишком мелкие – создают значительное входное сопротивление, вследствие чего фильтр работает плохо.
По типу материала, из которого изготавливают фильтры, их разделяют на металлические и неметаллические. На металлические фильтры расходуется большое количество металлических труб и дефицитных цветных и черных металлов, поэтому необходимо там, где только возможно, заменять их на равноценные или более эффективные неметаллические.
Вертикальные трубчатые дренажные колодцы могут быть оборудованы пористобетонными фильтрами – бескаркасными и на каркасе из перфорированных труб различных материалов или стержней. Каркас может быть зацементирован в монолите фильтра; блоки фильтров свободно надеваются на тот или иной каркас и, наоборот, каркас можно надевать на блок фильтра.
Трубчатые дренажные колодцы с пористобетонными фильтрами можно применять и в качестве поглощающих колодцев, когда вода из вышележащего водоносного горизонта перепускается в нижележащий (под водоупором) поглощающий горизонт.
Немаловажное значение имеет своевременный отвод поверхностных вод с объектов осушения, особенно из замкнутых понижений и придорожных зон. Для осушения дренажем в пределах замкнутых понижений проектируют сгущенную дренажную сеть, а при наличии глубоких замкнутых понижений (при водосборной площади больше 5 га) для отвода поверхостных вод предусматривают фильтры-поглотители, через которые поверхностные воды поступают в дренажную сеть. В Прибалтике строят фильтры колодезного типа из железобетонных колец с водоприемными отверстиями, крышками и днищами. В Германии для осушения отдельных мульд и понижений применяют поглощающие колодцы.
В качестве поглотителей можно применять шахтные колодцы, собранные из пористобетонных или из железобетонных колец с пористобетонными окнами. Иногда вода из блюдцеобразных понижений (особенно после снеготаяния) перекачивается насосами.
Опытным путем установлено, что применение вертикального дренажа не приводит к неравномерности осушения площадей, воронки депрессии существуют только в непродолжительные периоды откачек. Все процессы по осушению, водопонижению и орошению сельскохозяйственных угодий на базе вертикального дренажа легко автоматизировать. Оптимальная норма осушения на системах вертикального дренажа поддерживается периодическим включением и отключением дренажных скважин.
Подача воды на увлажнение в общем случае может осуществляться но трем схемам:
из каналов, наполняемых из скважин, через подземные или поверхностные трубопроводы к дождевальным машинам («Волжанка», «Фрегат», «Днепр» и др.);
из бассейнов суточного регулирования по той же сети;
непосредственно из скважин в дождевальные машины по подземным трубопроводам.
Скважины вертикального дренажа размещают так, чтобы они обеспечивали равномерное осушение земель, необходимые дебиты и позволяли использовать дождевальную технику. В системах вертикального дренажа важнейшие параметры – глубина скважин и их диаметр с учетом фильтров. Конструкции скважин, фильтров, насосов и другого оборудования выбирают из расчета наибольшей надежности и экономичности. Сочетание вертикальных скважин небольшой глубины (25-50 м) с широкозахватной дождевальной техникой типа «Фрегат», «Днепр», «Волжанка» дает возможность создать экономичные, весьма оперативные мелиоративные системы двустороннего действия.
Польдерные системы
Польдерными системами осушения называются такие системы, в которых осушаемая территория защищена от затопления насыпными валами. Польдериый способ осушения позволяет управлять удалением стока с обвалованной территории и использовать воду в засушливые периоды на увлажнение почвы. На заболоченных почвах, подстилаемых песчаными отложениями с хорошей водопроницаемостью мощностью до 25-30 м, применяется комбинированная схема осушения – сеть открытых каналов, проложенных через 400-600 м, и впадающих в них малоуклонных или бсзуклонных дрен, что позволяет уменьшить глубину каналов.
Кроме естественных условий, пригодных для строительства польдерных систем, такие условия можно создавать при помощи деятельности человека. Особенно расширяется строительство польдсрных систем зимнего незатопляемого типа. Польдерные системы летнего затопляемого типа проектируют в исключительных случаях – для использования земель под посевы многолетних трав, выдерживающих длительное затопление.
Дамбы обвалования располагают либо вокруг всей польдерной площади, либо ограждают территорию лишь со стороны реки. Дамбы строят из минерального грунта. Длина дамб на 1 га польдерной площади составляет 9-18 м с объемом насыпи 200-950 м3/га. На польдерных системах площадью менее 500 га высоту дамбы проектируют из расчета 5% обеспеченности, а при площади более 500 га – не менее 1 %.
Дамбы обвалования некоторых польдерных систем в поймах таких крупных рек, как Припять, Днепр, Десна и Днестр, могут затем войти в общую систему противопаводковой защиты.