Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Особенности осушения болот в условиях глубокого сезонного промерзания

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Особенности осушения болот в условиях глубокого сезонного промерзания"

Государственный концерн по водохозяйственному строительству

«ВОДСТРОЙ»

Производственное объединение по изысканиям, исследованиям, проектированию и строительству водохозяйственных и мелиоративных объектов в СССР и за рубежом

СОВИНТЕРВОД

На правах рукописи

ГЛУШКОВА Нина Ильинична

УДК 624. 139:624. 152

ОСОБЕННОСТИ ОСУШЕНИЯ БОЛОТ В УСЛОВИЯХ ГЛУБОКОГО СЕЗОННОГО ПРОМЕРЗАНИЯ

Специальность 06.01.02 — мелиорация и орошаемое земледелие

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1990

Работа выполнена в Сибирском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

кандидат технических наук Э. А. Бишоф.

члсн-корреспондент ВАСХНИЛ, доктор технических наук, профессор Б. С. Маслов;

кандидат технических наук, доцент А. П. Тельцов.

Ведущая организация: институт «Востоксибгипроводхоз».

Защита состоится « £ 7 » 1990 года

на заседании специализированного совета К 099. 08. 01 по присуждению ученых степеней Производственного объединения но изысканиям, исследованиям, проектированию и строительству водохозяйственных и мелиоративных объектов в СССР и за рубежом (129344, Москва, ул. Енисейская, 2).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПО «Совинтервод».

Автореферат разослан « » ноября 1990 г.

Ученый секретарь специализированно^ совета, кандидат технических нау

Н. Т. ЗУБКОВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Необходимость изучения особенног-ей осушения болот в Средней Сибири обусловлена несколькими причинами: разнообразием природно-климатических услопий территории, неизученностью процессов преобразования этих условии в результате осушения, отсутствием научно-обоснованнчх рекомендаций по проектированию закрытого материального дренажа как средства, дополняющего открытую осушительную сзть на торфяных болотное, площади которых в пределах изучаемой террн ории составляют 0,69 млн.га.

Исследования выполнены в соответствен с заданием Министерства мелиорации и водного хозяйства ГСССР и тематическим планом Сибирского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации.

Целью диссвргациэнной работы является изучение особенностей работы осушительных систем на болотах Красноярского крал к Иркутской области и обоснование параметров закрытой регулирующей сети при наличии слоя г/ерзлеть в торфе,

Б задачи исследований входило:

- на основании теоретических и экспериментальных исследований разработать прогноз глубины промерзания а оттаивания турфов для районов юга Красноярского края (в зоне мелиоративного освоения) и Иркутской области;

- обосновать глубину заложения закрытого материелыгого дренажа;

- изучи1:и закономерности изменения теплофизкческих спойсть мерзлых и "ооффициента фильтрации оттаивающих торфов;

- на основании экспериментальных данных установить особенности работы дренажа в сеэонномерзлых торфах, обусловленных ого

низкой водопроницаемостью;

- обосновать экономическую эффективность разработанных рекомендаций при осушении торфяных болот в регионе.

Методика проведения исследований. Для решения поставленных задач были проведены теоретические и экспериментальные исследования в лабораторных и натурных условиях. Анализ экспериментальных данных и оценка достоверности полученных результатов осуществлялись методом корреляционного аьализа с привлечением ЭВМ. Аналитические методы исследований использовались для расчета прогноза глубины промерзания и оттаивания осушаемых торфяных массивов. Основные результаты исследований проверялись и уточнялись на опытной системе колхоза "Сибирь" Большемуртинского района Красноярского края путем измерения гидрологических характеристик дренажа и метеорологических элементов, нормирующих дренажный сток. В процессе экспериментальных исследований измерялись уровни грунтовых вод, влажность торфа над уровнем дрен, глубина промерн зания, оттаивания и температура торфов, определялись: объемная масса, полная и наименьшая влагоемкость, водопроницаемость и теплопроводность мерзлого торфа.

Эффективность работы дренажа оценивалась по уровням грунтовых вод на опытных участках.

На защиту выносятся:

- схема расчета параметров дренажа с учетом слон сезонного промерзания - оттаивания;

- результаты исследований фильтрационных и теплофизических свойств мерзлых торфов;

- результаты исследований влияния интенсивности осушения на водно-воздушныП режим торфов;

- технико-экономическое обоснование параметров закрытого дренажа при осушении торфяных болот.

Научная новизна. Предложен расчет глубины заложения закрытого* дренажа в районах распространения сезонной мерзлоты на территории юга Красноярского края и Иркутской области. Обоснован мето" расчета и дан прогноз глубины промерзания и оттаивания осушаемых торфяных болот, осадки торфяной залежи при сбалансированном приходе и расходе вещества.

Установлена связь между коэффициентом фильтрации оттаивающего торфа со степенью заполненности его пор льдом и незамерз-шей водой.

На основе экспериментальных исследований обоснованы параметры дренажа в сезонномерзлнх торфах, выявлены основные особенности работы закрытой регулирующей сети применительно к региональным условиям, разработана модель расчета расстояний между дренами с учетом слоя сезонного промерзания - оттаивания.

Практическая ценность работы. Научно-обоснованный метод расчета параметров дренажа торфяных болот с учетом слоя сезонного промерзания позволяет повысить надежность работы закрытых осуаителышх систем, планировать объемы строительства дренажа в условиях глубокого сезонного промерзания с уточнением и обоснованием районов его возможного и эффективного применения. При проектировании осушительных систем на площади 500 гектаров «ы-бор способов осушения и рекомендованных автором методов расчета параметров дренажа позволили снизить сметную стоимость строительства на 116 тыс.руб.

Апробация работы и реализация результатов исследований. Материалы диссетрационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: "Повышение эффективности использования мелиорируемых земель в Сибири" в 1976 году и "Научные основы мелиорации зеиель при создании территориально-производственных комплексов в Сибири" в 1930 году (г.Красноярск), на за-

седании секции осуше:-:м отделения гидротехники и мелиорации ВАСХНИЛ (г.Тюмень, IS80 год), на производственном семинаре главных специалистов проектного института Востоксибгипроводхоз в 1979 году (г.Абакан).

Научные результаты работы использованы при проектировании осушительных систем в Красноярском крае.

Основные положения диссертации изложены в II опубликованных научных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографии, включающей 150 наименований. Основное содержание работы изложено на 132 страницах машинописного текста, иллюстрировано 13 рисунками, 12 таблицами, 8 приложениями.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дан анализ особенностей работы дренажа в условиях глубокого сезонного промерзания, методов назначения глубины его заложения и расстояний между дренами в различных областях Сибири и Дальнего Востока, В работах Б.С.Маслова, Э.А.Бишофа, А.И.Степанова, В.И.ШтккоЕа и других ученых получили отражение вопросы влияния сезонной мерзлоты на формирование дренажного стока и водный режим почв, исследованы процессы замерзания воды в полостях дрен при подтоплении дренажных линий, а также при миграции потока влаги к фронту промерзания. Показано, что закрытый материальный дренаж, заложенный ниже слоя сезонного промерзания, обеспечивает регулирование влагозаласов торфяных почв в любой период работы осушительной сети. Поэтому для обеспечения безотказной работы дрен необходимо прогнозирование глубины промерзания осушаемых болот с заданной обеспеченностью.

В результате анализа методов расчета мощности мерзлого слоя,

разработанных В.Л.Кудрявцевым, А.В.Папловым, Г.В.Порхаевым, Г.М. Фельдманом, Н.С.Ивановым, А.П.Доманицким и другими, установлено, что в неизученных условиях Средней Сибири многие расчетные формулы не могут быть использованы в связи с отсутствием достаточного объема информации о температуре, физических и теплофизических свойствах торфа, которые изменяются во времени в связи с осушением болот. Необходим метод расчета глубины промерзания осушаемых болот, позволяющий использовать имеющуюся в справочниках метеорологическую информацию.

Изменение теплофизических свойств мерзлых торфов связано с изменением влагозапасов и объемной массы торфа в процессе осушения и сельскохозяйственного использования болот. Показано, что интенсивность изменения этих свойств существенно отличается от имеющихся в литературе даншлх по другим районам и поэтому требу-етг уточнения.

Для учета влияния мощности слоя сезонного промерзания в расчетный период действия осушительной системы необходим также прогноз глубины оттаивания. Использование существующих расчетных зависимостей затруднительно в связи с отсутствием данных о теплообмене почвы с атмосферой в неизученных районах Средней Сибири.

Мощность слоя сезонного промерзания, его влажность и температура существенно влияют на параметры закрытой регулирующей гч-ти: глубину заложения дрен и расстояние между ними. Как показали исследования Н.Л.Калюжного, В.Д.Комарова, К.К.Павловой существует критическая температура и критическая влажность почвы, при которой в почве образуется "запирающий слой", затрудняющий внутрипочвеиный сток. Покг.зяно, что мерзлый слой торфа не является водоупором, и дан рнялиз зорисмостей для расчета коэффициента фильтрации оттоиЕгющего торфа.

Приводится характеристика объекта исследований - опытной

системы в колхозе "Сибирь" Болыяемуртинского района Красноярского края. Для проведения экспериментальных работ было заложено 9 вариантов с расстояними между дренами 10, 20 и 30 метров и глубиной их заложения 1,1; 1,2; 1,3^метра.

Дренаж выполнен из пластмассовых гофрированных труб диаметром 80 мм с шестью рядами отверстий. Засыпка дрен производилась вынутым из Страшен грунтом, перемешанным с почвенным слоем, в качестве присыпки использовались песчано-гравийная смесь и слабо разложившийся торф. Ширина траншеи по дну составляет 0,5 м.

Физические свойства исследуемых торфов приведены в таблице I.

Таблица I

Физические свойства торфов на опытной системе колхоза "Сибирь"

Глубина отбо_ра проб,см Объемная масса, кг/м3 Гигроскопическая влага, % Зольность, Степень разложения, /ч Плотность, кг/м3

20...30 50...60 90...100 480 420 290 6,79 9,58 8,03 65,17 64,61 41,51 не опред. не опред. 32 1410 1450 1370

Во второй главе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований глубины промерзания и оттаивания осушаемых торфяных болот, даны методы расчета и прогноза этих величин для районов Средней Сибири, приведены результата экспериментального определения объемной массы торфа и её изменение во временя под влиянием осадки и сработки торфа, обоснован метод расчета глубины заложения дрен в сезонномерзлых торфах.

Минимальная глубина заложена г дрен в районах распространения еезсннеЯ мерзлоты равна

где А

I*

А к

- глуина залоленип дренажа;

- глубина промерзания торфяных болот;

- величина сработки торфяной залежи за период эксплуатации системы.

Используя основные предпосылки В.С.Лукьянова для расчета глубины промерзания однородной торфяной залежи, получено уравнение вида

где

а

~с(г

с[ ь,

/

а<р

Й

«Л

т

(2)

- скорость продвижения границы промерзания;

- тепло кристаллизации злаги, равное \V-_p ;

- влажность тор|а в долях от объема;

- удельное тепло кристаллизации воды в торфе;

- температура поверхности снега и талого торфа, соответственно;

; £ „ _ А • Р„ ,

с1 Г

й<Р

\У

5»

к^Лт

■л

о

г\т

Ку,, - термическое сопротивление мерзлого слоя торфа; С

- мощность мерзлого слоя;

.<ии.эффективней коэффициент теплопроводности мерзлого торфа, снега и талого торфа соответственно;

- термическое сопротивление снежного покрова;

- термическое сопротивление талого торфа;

- толщина снежного покрова;

- величина расчетной области, равная 4...Ь^т . Начальные условия:

£>? , ул, - j о Граничные условия:

К с. /»с

Л

в

гд« T ¿ - температура воздуха.

Показано, что теоретическая модель адекватно описиваст экспериментальные данные, полученные на опытной системе колхоза "Сибирь1,1 а также: других районов Красноярского края.

Мощность мерзлого слоя в весенний период вычисляется как разность величин j:м и , где ^т - глубина оттаивания, вычисленная по уравнению

-- 4с * «>

£

где хэ

£ - степень черноты поверхности почвы; Ы. - коэффициент теплообмена; В - суммарное излучение (норма радиации); fuaif- начальная величина оттаявшего слоя.

Устш влоно, что в лесостепной части Красноярского края возможно образование на осушенных болотах многолетней мерзлоты мощностью до 60...80 см, а также линз мерзлых торфов. Расчет подтверждается данными акспериментальных исследований болот ora Красноярского края.

При сбалансированном ириходе и расходе вещества осадка торфа во времени под действием осушения вичислдетсл по зависимости И.М.Нестеренко

гДе Ко и f¡0 - соответственно объемная масса и мощность слоя торфа до осадки; , & Р>гр _ объемная масса торфа после осадки и величина осадки торфа.

Значение Yj рассчитывается по полученной нами окспари-

ментальной зависимости

гг, = П + (5/

На основании прогноза глубины промерзания и осадки торфа, установлена нецелесообразность осушения болот горизонтальным закрытым дренажем в степной части Красноярского края.

В третьей главе излагаются результаты экспериментальных исследований теплофиэических и фильтрационных характеристик мерзлого торфа.

Изменение величины порового пространства, влажности, структуры и минерализации торфа в процессе его осушения и использования влияет на теплофизические свойства мерзлого торфа. Была поставлена задача оценить пределы изменения коэффициента теплопроводности торфа, находящегося в мерзлом состоянии. Исследования проводились на образцах с объемной массой, изменяющейся в пределах от 138 до 215 кг/м3 и от 331 до 578 кг/мэ. С-татисческий анализ рядов показал, что коэффициент теплопроводности не является инвариантным относительно объемной массы в пределах её изменения от 138 до 573 кг/м3. Поэтому полуцены две экс.лериментальнкэ зависимости для расчета эффективного значения коэффициента теплопроводности мерзлого торфа, адекватно описывающие полученные данные:

для У = 138—210 кг/м3

= ипе0-0^ , (б)

для у =331...578 кг/м3

Им = 2,23г°-04и/ , (7)

Показано, что осадка торфа, прогнозируемая по ранее приведенной зависимости (5), незначительно повлияет на изменение Л/ц в процессе осушения болот. Теплопроводность существенно зависит

от влажности образцов. Совместный анализ формул (б) и (7) позволяет утверждать, что влияние объемной массы на величину Я/и при влажности образцов менее ЛЬ% незначительно. С увеличением содержания влаги в образцах более плотно сложенного торф,а теплопроводность его увеличивается быстрее, и при влажности 60$ разница между вычисленными по формулам (б) и (7) значениями 3м составляет 13%.

Установлено, что в диапазоне температур ,2°С, на-

блюдаемом на опытной системе в весенний период после снеготаяния, большая часть воды в торфе находится в незамерзшем состоянии: \fJni/ = 0,95...0,90. При этом лед сохраняется в наиболее крупных порах и капиллярах. Льдистость, отношение массы льда к массе всей воды в образце, зависит от первоначальной влажности торфа и находится в пределах 3...7&. Уменьшение пористости мерзлого торфа за счет кристаллов льда, находящегося в наиболее крупных порах, обусловливает снижение водопроницаемости его но сравнению с талым.

Коэффициент фильтрации мерзлого (оттаивающего) торфа определялся в латунных цилиндрах диаметром 71 мм и высотой 191 и . Температура образцов ъ процессе опытов определялась с помощью термопар, вводимых в образец через отверстия в стенкз цилиндра, точность измерения составляла - 0,1°С. Образцы промораживались в холодильной камере при температуре -21°С, а затем выдерживались в камере до полного выравниэания температур в объеме образца при 1 ~ -0,2...0°С. Опыт проводился в специальном изготовленном термостате. Коэффициент фильтрации талого торфа определялся на тех же образцах после их оттаивания. Образцы промачивались снизу для удаления защемленного воздуха, затем цилиндр с образцом заряжался сосудом Мариотта. Опыт проводился по мс". эдике ВСЕГШГЕО.

Показано, что зависимость В.Я.Кулика адекватно описывает экспериментальные данные

А/т, , 1Р-1.-В4 ) Ч

где Кч и ^т - коэффициент фильтрации мерзлого и талого торфа, соответственно; и - динамическая вязкость воды при температуре

проведения опыта и при £ -0°С; С - параметр, приблизительно равный 8; I - льдистость; Р- пористость; ВЗ- влажность завяд.лия.

Получена экспериментальная зависимость вида А'т_ _ . - 6. Я И/огн. - 2. 4 )л/огн

Км ~ ьг - > (0)

где \а/отн - относительное содержание влаги в почве в долях от полной влагоемкости (ПВ). Установлено, что в диапазоне влажности 0,7...О,8 ПВ коэффициент фильтрации мерзлого торфа (¿~-0°С) уменьшается в 3...5 раз по сравнению с Н^т . При значении и/яг,у>0,9 мерзлый торф в описываемом диапазоне температур становится практически водонепроницаемым (рис.).

Образование "запирающих" слоев, т.е. верховодки наблюдается на экстенсивно осушенных болотах.

В четвертой главе излагаются результаты полевых исследований различных вариантов осушения торфяного болота закрыт! м дое-нажем, открытыми каналами, приводится сравнительная оценка их воздействия на водный режим метрового слоя грунта.

На основании нчблюдений за уровнями грунтовых вод, дренажным стоком, осадками, испарением и влажностью торфа в различные

периоды-работы осушительной системы установлено, что водорегулирующее действие дренажа особенно, существенно в весенний и осенний периоды. Дренаж обеспечивает низкую влажность торфа перед началом промерзания, вследствие чего снижается льдистость его по сравнению с недренированными и экстенсивно дренированными торфами, что способствует впитыванию талых вод весной и равномерному распределению влаги по профилю.

Кт\и

/ч

/4

/Я

/О

а

—

- —

_

1

и/ег^

а.з. же ал /.о

Рис. Зависимость К ¡у,/ К/ч от величины относительной влажности \л/огн. мерзлого торфа при температуре -0,2...0°С (I) и температуре - 0,5°С (2)

Относительная влажность керзлого торфа гюред снеготаянием на осушенных болотах зависит от величины снежного покрова и

близка ГШ нп болоте со снежным покроьом '¿..Л см. При глубине снега 20...30 см миграционный поток з период промерзания увеличивает относительную влажность почны до уровня 0,85ПВ на нижней границе слоя промерзания. Пороьое пространство неосушенного торфа полностью заполнено льдом.

Таблица 2

Относительная влажность торфа (в долях от ИВ) н конце периода промерзания

. Период Глубина отбора проб, см Глуби- Высота

наблюдений, ------------------- на про- снежно-

год 5 10 20 30 40 60 100 мерза- го пок-

ния.см рова, см

Неосушенное болото

1974. ..1975 1,00 0,90 0,98 0,55 0,90 0,91 1,00 35 35

Осушенное болото (опытные участки)

1Э74. ..1975 0,910,82 0,85 0,92 1,00 0,79 0,66 150 2

1976. ..1977 0,47 0,61 0,83 0,88 0,74 0,64 0,58 30 65

1977. ..1978 0,64 0,68 0,74 0,85 0,62 0,61 0,80 35 55

Влажность мерзлого слоя торфа в расчетный весенний период на дренированных участках, на всех вариантах опытов, находится в пределах 0,70...0,75 ПВ, т.е. ниже критической. На экстепсиипо дренированном участке (открытая осушительная сеть) влажность мерзлого торфа равна и выше критической (0,85 ПВ), что обусловливает появление запирающих слоев и надмерзлотной верховодки.

В летний период влажность торфа в метровом слое на осушенных дренажем участках зоштсит от соотношения осадков и испарения. Дефицит влаги в остроэаоуголивые периода достигает 160 мм на участках, осушенных дренажем с междренным расстоянием 10 м и глубиной заложения доен 1,2 м, Плизний к оптимальному режим

влажности торфов складывается на участках с междренным расстоянием 30 м.

Установлено, что уровни грунтовых вод на участках, осушенных дренажем, в весенний период располагаются на 80...100 см от поверхности. К началу проведения полевых работ на болоте (вторая декада мая) уровни, равные норме осушения, устанавливаются на варианте В=30 м, /| =1.20 м. В течение летнего периода УГВ находятся на отметках 100 л более сантиметров от поверхности на всех вариантах опытов при выпадении осадков 2$ обеспеченности. Па контрольных вариантах В=100 м,Я =1.2 м в такие периоды наблюдается кратковременное (2...5 суток) затопление слоя 0...50 см. Наиболее оптимальные УГВ устанавливаются на варианте В=30 м, // =1.2 м.

Основным расходным элементом баланса влаги в период вегетации является суммарное испарение. Доля дренажного слоя в формировании водного режима в метровом слое торфяной залежи составляет за годы наблюдений 4...от суммы осадков. Распределение месячных сумм дренажного стока по отношению к суммам осадков за те же периоды показано в таблице 3.

Таблица 3

Отношение величины слоя дренажного стока к осадкам (.%), 1979 год

Расчетный интервал времени Схема осушения --*--•--------------------

^мал"' июнь июль август сентябрь

В = 10 м = 1,2 м 3,0 12,0 20,0 0,0 6,0

В = 20 м = 1,2 м 1,0 3,0 9,0 13,0 3,0

В = 10 м . = 1,2 м 0,5 3,0 5,0 10,0 4,0

Анализ полученных соотношений показывает, что по мэре увеличения расстояний ме?ду дренами дренажный сток уменьшается и вырав-

нивается по времени. Наибольший дренажный сток на участках, осушенных по схеме В = 10 м, Ь = 1,2 м, наблюдается в июле, т.е. в период наибольшего дефицита влажности почвы. Мерзлый слой торфа уменьшает дренажный сток в З...Ю раз. Показано, что главной отличительной особенностью действия дренажа в условиях глубокого сезонного промерзания болот является создание благоприятного водного режима почв в предзимний период. Дренаж обеспечивает возможность впитывания и пропуска части талых вод через слой мерзлого торфа, поэтому на дренажных участках надм^рзлотная верховодка отсутствует.

В пятой главе построена модель расчета расстояний между дреками на основе схематизации области фильтрации, дан экономический анализ расчета параметров дренажа с учетом слоя сезонного лремер-зания.

Для анализа влияния периодически появляющейся неоднородности в толае торфа - мерзлого слоя, на расстояния ;ежду дренами схематизирована область фильтрации: в расчетный весенний период она состоит ис трех слоев от поверхности почвы до глубины заложения дрен Л или водоупора Т: талого слоя мощностью ГП{ = ^т .мерзлого гг\ц = ^ - ^т и подстилающего талого слоя мощж.отью ля3 = Н - или т3 - Т - ^Расчет расстояний между .дренами проводился по известному уравнению С.5.Аверьянова для установившейся фильтрации при условии, что мощность талого слоя за расчетный период остается постоянной! В = 2 \/ в ' И• гп-х,- ос

/ с!> ''

гда В - расстояние между дренами;

Кв - коэффициент фильтрации толщи;

Н - напер над дреной;

/77-)- расстояние от дрен до зодоулсра;

у, - притсчность к дрене; - расчетный диаметр дрены;

оС - коэффициент на несовершенство дрены.

Формула применима -Ш— ^ 3 т<£>

Исходные данные для расчета •. т= 1,7...4,б м; 0,4... 10 м/сут; ^ = 0,002.. .0,006 м/сут;

0,5. ..0,9 м; ^ = 0...0.7 м; # = 0,5. ..1,3 ы; = 0,3 м.

Степень влияния мерзлой прослойки определялась через коэффициент П = &// В

где - расстояние между дренами в трехслойной среде;

В2 - расстояние между дренами, рассчитанное для однородной

толщи торфа (без учета мерзлоты). Результаты расчета показаны в табл.4.

Таблица 4

Влияние сезонномерзлого слоя торфа на расстояние между дренами

№№ • т, 1 Тт, Кт, Хм, 9-, /Се /77

пп м /и а ' м м/сут м/сут м/сут м/сут

I 2 ГУ о 4 5 6 г» ✓ 8 9

I 1,7 0,5 0,2 5,0 1.0 0,006 4,9 ' 0.78

2 1.7 0,8 0,5 5,0 1,0 0,002 5,1 0,77

3 1,7 0,8 0,5 10,0 2,0 0,002 10,3 0,77

4 1,7 0,8 0,3 0,4 0,08 0,006 0,32 0,68

5 1,7 0,9 0,0 10,0 2,С 0,002 5,4 0,57

6 2,5 0,5 0,2 5,0 1.0 0,006 8,4 0,81

7 2,5 0,9 0,7 5,0 1.0 0,006 9,5 0,87

6 2,5 0,9 0,6 10,0 2,0 0,002 16,8 0,82

9 3,5 0,9 0,7 10,0 2,0 0,006 28,0 0,90

10 3,5 0,9 0,2 10,0 2,0 0,006 20, С 0,74

II 4,5 0,9 0,7 10,0 2,0 0,006 38,0 0,92

12 4,5 0,9 0,2 10,0 2,0 0,006 29,0 0,78

Анализ показывает, что Абсолютная ошибка определения междрен-ных расстояний ь случае, если неоднородность (мерзлый слой) в

расчетах не учитывается, может достигать 43%. Установлено, что при расчете дренажа в мощных торфах (2,0 м и более), если прогнозируемая мощность сезонномерзлого слоя а весенний период не превышает 0,3 м, его в расчетах можно не учитывать, абсолютная ошибка в определении междренного расстояния при этом не превышает 8-13$. При расчете дренажной сети в торфах средней мощности и маломощных в любом случае слой мерзлого торфа следует рассматривать как неоднородность,- значительно влияющую на величины междренных расстояний. Поскольку мощность залежи большинства болотных массивов Красноярского края и Иркутской области варьирует в значительных пределах как в целом по территории, так и в пределах одного массива, существующий метод введения поправок (коэффициентов) на учет слоя сезонного промерзания при назначении расстояний между .дренами не может быть использован.

На примере Шарыповской осушительной системы показано, что применение предлагаемой методики расчета дренажа в сеэонномерз-лых торфах, учитывающей особенности конкретного массива, в сравнении с существующим методом, прэдусиатривнящим введение поправки 1,5, на уменьшение расстояний между дренами, снизило удельные затраты на строительство закрытой осушительной сети на 11%. Экономический эффект в расчете на один гектар осушаемой площади составляет 94,5...206 руб/га за счет сокращения количества дрен.

ВЫВОДЫ

Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы:

I. Характерной особенностью, которую необходимо учитывать при расчете основных параметров дренажа, является глубокое сезонное промерзание и позднее оттаивание осушаемых торфяных бо-

лот на большей части территории Красноярского края и Иркутской области. Выбран метод расчета сезонного промерзания и оттаивания торфов и дан прогноз изменения отих величин в пределах изучаемой территории. Установлено, что глубина сезонного промерзания осушаемых торфяных болот изменяется от 0,4 м до 1,3 м. В лесостепной зоне возможно образование многолетнемерзлых слоев на глубине 0,8 - 0,9 м.

2. Пространственная изменчивость саличины оттаивания торфлн-ных массивов, осушенных дренажем, незначительна при условии спланированное™ поверхности почвы. Тепловые ресурсы обеспечивают оттаивание 0,8-0,9 м торфяной залежи.

3. Установлена величина осадки торфа под влиянием осушения при сбалансированном приходе и расходе вещества. Глубина заложения закрытого материального дренажа в пределах освоенной сельскохозяйственной зоны Красноярского края и Иркутской области зависит от суммы двух величин: глубины промерзания и осадки торфа. Показало, что глубина заложения дренажа в рассматриваемой зоне увеличивается с севера на юг, и в подтаежной зоне она должна быть не менее 1,1 м, в лесостепной - не менее 1,3 м.

4. Показано, что изменение объемной массы торфа в результате его уплотнения существенно не влияет на теплофизические свойства мерзлого торфа, изменение термических характеристик связано с уменьшением влагосодержания залежи. Установлены экспериментальные зависимости для расчета эффективного коэффициента теплопроводности мерзлого торфа., определены льдистость и количество неза-мерзшей вода в диапазоне температур от 0°С до-21°С.

5. Установлена зависимость для расчета коэффициента фильтрации оттаивающего (мерзлого) торфа в диапазоне температур 0°С

- 0,2°С, адекватно описывающая экспериментальный ряд. Показано, что коэффициент фильтрации мерзлого торфа уменьшается в 3...

5 раз в сравнении с тальм, если влагосодержание его не превышает 0,8 ПВ. Влажность мерзлого слон торфа в расчетный весенний период

на всех вариантах опытов находится в пределах 0,7___0,75 ПВ, т.е.

ниже критической. На экстенсивно др&нировьнном участке, осушенном каналами, влажность мерзлого торфа равна и вше критической, что обусловливает появление запирающих слоев и надмсрзлотной верховодки.

6. В течение вегетационного периода наиболее благоприятный водный режим устанавливается на участках, осушенных разреженным дренажем по схеме: глубина заложения 1,2 м, расстояние между дренами 30 м, что обусловлено особенностями климатических условий изучаемых районов, значительным преобладанием испарения над осадками в первой половине периода, в результате чего в метровом слое торфа создаются значительные водоаккумулирующие емкости.

В весенний период дренаж отводит незначительное количество излишней влаги, его водорегулирующее действие наиболее эффективно в осенний период. Дренаж обеспечивает возможность впитывания и пропуска части талых вод через слой мерзлого торфа, создавая водоаккумулирующие емкости перед началом его промерзания.

7. При расчете дренажа в сезонномерзлых мощных торфах слой сезонной мерзлоты можно не учитывать, если его мощность не превышает 0,3 м (глубина промерзания 0,5...0,6 м), абсолютная ошибка расчета при этом не превышает 8...13%. При расчете дренажной сети, закладываемой в торфах средней мощности и маломощных,слой мерзлого торфа следует рассматривать как неоднородность, значительно влияющую »а расчетные величины междренных расстояний.

0. Применение разработанной схемы расчета параметров дренажа с учетом сезснпоморз.иого слоя позволило получить экономический эфЛект 94,5 - 206 руб/га за счет снижения затрат на строительство и эксплуатацию.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах автора:

1. Влияние мерзлоты на работу осушителей. - Сб. "Совершенствование гидротехнического строительства и мелиорации в Сибири". Вып. I. - Красноярск, 1976, с.10-16.

2. Некоторые особенности осуиения болот лесостепной части Красноярского края. - Сб. "Повышение эффективности использования мелиорируемых земель в Сибири". Тез. докл. на научно-технической конференции. - Красноярск, 1976, с.186-166.

3. Теплофизические свойства низинных мерзлых торфов в связи с их осушением. ~ Сб. "Особенности гидротехнического и мелиоративного строительства в Сибири". - Красноярск, 1976, с.49-55 (в соавторстве).

4. Расчет глубины промерзания и оттаивания ереднемощчых торфов. - Сб. "Гидротехническое строительство и мелиорация в Сибири? - Красноярск, 1979, с.43-50.

5. Осушение сезонномерзлотных почв дренажем. - Сб. "Гидро-геологомелиоративные исследования с Сибири". ~ Красноярск, 1980,

6. О расчете глубины заложения дренажа и расстояний ме;хду дренами в сезонномерзльи торфах. - Сб. "Осушение и освоение мерзлотных почв Сибири". - Красноярск, 1981, с.3-8.

7. 0 способах осушения, освоения и сельскохозяйственного использования болотных почв Средней Сибири". Тез. докл. на научно-производственной конференции "Пути повышения продуктивности мелиорированных торфяных почв и выработанных торфяников" . - Киров, 1933, с.7-9.

8. Расчет параметров дренажа в сезончомерзлых торфах. -Гид-готехшиа к мелиорация, 1985, № Zt с.44-45.

с.97-102.