Дренажный сток

Сток дренажных вод по коллекторно-дренажной сети измеряется объемом воды (м3), отведенной с дренируемой площади за определенный промежуток времени.

Дренажный сток – объем (или расход) воды, отведенный коллекторно-дренажной сетью (или отдельными ее элементами) с мелиорируемой территории за определенный период времени; выражается в л/с, м3/с, м3/га (за месяц, год и т.д.). Дренажный сток зависит от водопроницаемости грунтов, степени дренированности территории, глубины заложения коллекторно-дренажной сети, условий питания грунтовых вод, величины модуля дренажного стока и других факторов.

Для хлопковой зоны величина дренажного стока, при которой поддерживается благоприятное мелиоративное состояние земель, составляет 15-35% от водоподачи, или 1,5-10,0 тыс.м3/га в год.

Дренажный модуль (модуль дренажного стока) – количественная характеристика стока грунтовых вод с единицы дренированной площади (га). Модуль дренажного стока (qд) измеряется в л/с с 1 га.

Модуль дренажного стока используется для определения расчетных расходов дрен и коллекторов при условии поддержания оптимального мелиоративного режима.

Источник: Энциклопедия хлопководства (в двух томах). Том 1. А–М /
Ред. коллегия: С.М.Мирахмедов (гл. ред.) и др. – Ташкент, Главная редакция
Узбекской Советской Энциклопедии, 1985. – 544 стр.

При расчёте расстояний между дренами наряду с литологическим строением и проницаемостью почвогрунтов, учитывается модуль дренажного стока, установленный на основе водно-солевого баланса, как объём грунтовых вод (нагрузка на дренаж), подлежащий отводу с дренируемой территории для поддержания уровня грунтовых вод на необходимой глубине. Модуль дренажного стока означает расход (отведение) дренажной воды в единицу времени с одного гектара (л/сек/га). На орошаемых, подверженных засолению землях, среднегодовой модуль дренажного стока обычно составляет, 0,15 л/сек/га для тяжёлых, 0,20 л/сек/га для средних, 0,25 л/сек/га для лёгких грунтов.

Источник: А. Юсупов, Н. Рахимов, П.У маров. Пособие по дренированию орошаемых земель. Ташкент, 2012

Размеры поперечных сечений постоянных горизонтальных открытых дрен определяют гидравлическими расчетами. Расчетные расходы вычисляют по модулю дренажного стока наиболее напряженного периода расчетного года. Модулем дренажного стока называют расход воды, отводимый с единицы площади, л/(с га).

qдр = ΔWгррасч / 86,4 tрасч

где:

ΔWгррасч – объем грунтовых вод, подлежащий отводу за напряженный период расчетного года, м3/га;

tрасч – продолжительность расчетного периода, сут.

Источник: Мелиорация земель / А.И. Голованов, И.П. Айдаров, М.С. Григоров и др.;
Под ред. А.И. Голованова. – М.: Колос, 2011. – 824 с.

Методы определения дренажного стока

Дренажный сток для проектирования дренажа определяют несколькими методами. Среднегодовой и среднемесячный дренажный сток устанавливают на основе водобалансовых расчетов по формулам:

Д = (П - О) + (П1 - О1) + (Ос + Оо) + (В - С) – Ип – (И + Т) + Р

или Д = (П - О1) + αФк + q + Р

где:

Д – дренажный сток, м3/га;

П и О – соответственно приток и отток поверхностных вод, м3/га;

П1 и О1 – соответственно приток и отток грунтовых вод, м3/га;

Ос – атмосферные осадки, м3/га;

Оо – поверхностный сток, м3/га;

В – водоподача оросительной воды, м3/га;

С – сброс с поверхности полей, м3/га;

Ип – испарение поверхностных вод, м3/га;

И + Тр – испарение и транспирация, м3/га;

+ Р – подпитывание грунтовых вод напорными водами (+) или перетекание грунтовых вод вниз (-), м3/га;

Фк – фильтрационные потери из каналов, м3/га;

α – коэффициент, выражающий долю от фильтрации из каналов, идущую на питание грунтовых вод;

+ q – вертикальный влагообмен между почвенными и грунтовыми водами, м3/га.

На действующих системах коллекторно-дренажной сети дренажный сток определяют замерами расходов на гидрометрических постах или путем изучения работы отдельных ее элементов с целью установления величины модуля дренажного стока.

Модуль дренажного стока – количественная характеристика стока грунтовых вод с единицы дренированной площади (га). Модуль дренажного стока используется для определения расчетных расходов дрен и коллекторов при условии поддержания оптимального мелиоративного режима. Для районов хлопководства модуль дренажного стока составляет 0,15-0,40 л/с с 1 га; значения модуля дренажного стока определяют расчетным (аналитическим) и опытным (экспериментальным) методами.

Величина модуля дренажного стока изменяется во времени qд = f(t) в зависимости от действующего напора. Максимальные значения модуля дренажного стока наблюдаются в период промывных поливов, минимальные – в период сокращения или отсутствия питания грунтовых вод и снижения их уровня. Сопоставив расчетные значения модуля дренажного стока с фактическими, можно судить о необходимости увеличения интенсивности дренирования. Расчетные расходы дрен и коллекторов определяют по формулам:

Qд = qд * Ωд

Qк = qд * Ωк

где: Ωд – площадь, дренируемая дреной;

Ωк – площадь, дренируемая коллектором;

qд – расчетная величина модуля дренажного стока.

При проектировании коллекторно-дренажной сети выделяют мелиоративный (м) и эксплуатационный (э) периоды работы систем. Расчетные значения модуля дренажного стока в эти периоды различны. При этом qдм > qдэ. Усиление коллекторно-дренажной сети в мелиоративный период производится за счет создания временных дрен. Вопрос об экономически выгодном сочетании постоянных и временных элементов коллекторно-дренажной сети для установления необходимой интенсивности отвода грунтовых и подземных вод в периоды максимального притока их к дренажным сооружениям решается на основании значения модуля дренажного стока.

Источник: Энциклопедия хлопководства (в двух томах). Том 1. А–М /
Ред. коллегия: С.М.Мирахмедов (гл. ред.) и др. – Ташкент, Главная редакция
Узбекской Советской Энциклопедии, 1985. – 544 стр.

Утилизация дренажного стока

Возможность использования коллекторно-дренажных вод на орошение зависит от их качества. При отсутствии в воде токсичных солей и агрохимикатов дренажные воды можно подавать в оросительную сеть. Чаще всего такая возможность бывает при откачках подземных вод вертикальным дренажем. Кроме того, коллекторно-дренажные воды могут содержать элементы минерального питания растений и полезные микроэлементы в количестве, превышающем их содержание в речной воде, попавшие в подземные воды при неправильном хранении удобрений и внесении их избыточных доз. Такие воды имеют удобрительную ценность. Однако в этих же водах часто встречающимися токсичными веществами являются пестициды, вымываемые из почвы инфильтрационными водами.

Горизонтальный дренаж, работающий на засоленных землях, отводит воду высокой минерализации, которую можно только добавлять к оросительной воде, определяя необходимое соотношение минерализованной и пресной воды по содержанию иона, наиболее превышающее ПДК. В зависимости от гранулометрического состава почв коллекторно-дренажные воды при их минерализации менее 5...6 г/л используют на орошение непосредственно или разбавляют речной водой. При более высокой минерализации эти воды применяют для промывки засоленных земель, а также для поливов солеустойчивых растений-галофитов, выращиваемых для закрепления движущихся песков и применяемых в качестве коренных добавок.

Распространенный вариант утилизации дренажных вод – их испарение. Для этих целей используют специальные сооружения – искусственные пруды-испарители или естественные понижения для аккумуляции стока. Площадь пруда-испарителя определяют по объему дренажного стока, слою потерь воды на испарение и на фильтрацию. Недостаток этого метода — значительный отвод территории под пруды-испарители.

Один из методов утилизации сбросных и коллекторно-дренажных вод оросительных систем – естественное вымораживание. Опреснение дренажных вод этим методом основано на эффекте разделения замерзающей минерализованной воды на пресные кристаллы и рассол, последний отделяется (фильтруется) из ледяного массива в начальной стадии весеннего таяния. Пресная вода получается в результате таяния массива после отвода остаточных рассолов. Для проведения вымораживания дренажный сток в теплое время года аккумулируется в бассейне. С наступлением зимы он самотеком поступает на опреснительные площадки, представляющие собой обвалованные участки (чеки), где происходит намораживание льда. После образования слоя льда мощностью 0,5-0,6 м подледную воду сбрасывают в пруд-испаритель. Туда же подают первые порции воды, образовавшиеся при таянии льда весной. Опресненную воду хорошего качества аккумулируют.

Для уменьшения фильтрационных потерь с поверхности опреснительных площадок рекомендуется создание в них противофильтрационного экрана из промороженного на глубину 5-10 см предварительно увлажненного грунта. В летний период чеки используют в сельскохозяйственном обороте.

Источник: skyrage.ru

Использование дренажных вод для разных целей

Коллекторно-дренажные воды, являясь сопутствующим побочным продуктoм орошаемого земледелия, могут служить и дополнительным резервом для использования в качестве источника орошения солеустойчивых с/х культур, в качестве водных объектов для поддержания биологического разнообразия, рыбного промысла и охоты, в рекреационных целях для отдыха людей и в других хозяйственных целях.

Однако их загрязненность остатками минеральных удобрений и ядохимикатов, используемых в сельском хозяйстве, существенно ограничивает возможность повторного хозяйственного использования коллекторно-дренажных вод. Сбор, транспортировка и отвод дренажных вод сопряжено с огромными затратами материальных средств.

Формирование огромного объема коллекторно-дренажного стока в современных условиях, в основном, связано с низкой эффективностью используемых способов и техники полива, технологий орошения с/х культур. Согласно научным рекомендациям при высокотехнологичном ведении орошаемого земледелия объем формируемого дренажного стока не должен превышать 10% объема подаваемой воды на поля орошения. Однако, из-за огромных непроизводительных потерь оросительной воды, доля КДВ от объема стока, подаваемого на орошение, составляет 20-55%. Если учесть, что не вся орошаемая территория в регионе обеспечена коллекторно-дренажной сетью и в особенности в горных областях, где в основном функционирует так называемый «сухой дренаж», то очевиден факт огромных затрат воды на каждый орошаемый гектар и значительные удельные величины дренажного стока. Это попросту нерациональное использование речных вод и её перевод из хорошего качества в разряд антропогенно загрязненных вод.

Поэтому при разработке мероприятий по устойчивому управлению дренажными стоками в первую очередь усилия должны быть направлены на водосбережение и повсеместное сокращение непроизводительных потерь оросительной воды и соответственно удельного дренажного стока с орошаемого гектара и в целом сокращению объема КДВ.

В начальные периоды интенсивного расширения площади орошаемых земель и массового строительства коллекторно-дренажных систем получило широкое распространение отвод дренажных вод в стволы рек в целях повторного их использования. Такое «повторно-прокатное» использование водных ресурсов, предусмотренное в прежних «схемах» и проектах Комплексного использования водных ресурсов, обосновывалось необходимостью увеличения оросительной способности речных стоков (располагаемых водных ресурсов). В схемах комплексного использования водных ресурсов бассейна Аральского моря, составленных проектными институтами, за счет повторного использования возвратных вод прогнозировалась возможность повышения оросительной способности речных стоков до 15-20%.

Однако развитие орошаемого земледелия в Центральной Азии за последние десятилетия показало, что «повторно-прокатное» использование располагаемых водных ресурсов через стволы рек допустимо только до определенного предела возврата КДВ, за чертой которого оно наносит большой ущерб не только питьевому водоснабжению, но и другим отраслям народного хозяйства и, особенно развитию агропромышленного комплекса, приводя к ухудшению качества речных вод.

В настоящее время, кроме осуществления организационных и технических мер по улучшению режима водопотребления в орошаемом земледелии и с тем, чтобы максимально сократить объемы, образуемых возвратных сбросно-дренажных вод, могут быть предложены следующие варианты управления и размещения, формируемых в бассейне Аральского моря дренажно-сбросных вод:

  • использование КДВ в местах их формирования на полив солеустойчивых с/х культур, в том числе путем смешивания с речной водой;
  • использования КДВ в зоне магистральных отводящих трактов для орошения солеустойчивых с/х культур на легких пустынно-песчаных и других почв;
  • организованный отвод с культурной зоны дренажно-сбросных вод в искусственные накопители вод и использование этих водоемов для разведения рыбы, отдыха и в спортивных целях; здесь также может быть предусмотрен отвод дренажно-сбросных вод в озера дельты рек Амударья и Сырдарья для создания обводненных зон и сохранения биологической продуктивности и экологического равновесия;
  • в перспективе может быть рассмотрен вариант использования дренажно-сбросных вод путем их опреснения на различные нужды, в том числе для орошения с/х культур.

Источник: Акмаммедов М. Устойчивое управление дренажными водами на трансграничном уровне

Избранная библиография

Монографии и брошюры

Усманов А.У. - Использование минерализованных вод на орошение (1987) 

Якубов Х.Э., Якубов М.А., Якубов Ш.Х. - Коллекторно-дренажный сток Центральной Азии и оценка его использования на орошение (2011) 

Статьи

Ажибекова З.А. - Использование коллекторно-дренажных вод для орошения сельскохозяйственных угодий в Кыргызской Республике (2016) 

Ачоян Ж.А., Казарян А.А. - Влияние состояния дренажной сети на модуль стока грунтовых вод (2003) 

Духовный В.А., Ходжибаев Н.Н. - Проблемы совместного использования подземных вод на орошение земель в бассейне Аральского моря 

Евжанов Х.Н. - Очистка и повторное использование коллекторно-дренажных вод (2009) 

Капустян А.С. - Обоснование объема и технические приемы использования дренажных вод на локальных оросительных системах (2016) 

Маматов С., Умаров Х. - Использование сточных вод на орошение - один из путей смягчения дефицита оросительной воды в условиях Узбекистана (2010) 

Матрасулов Д., Кулматов Р.А. Моделирование и усовершенствование методов мониторинга коллекторно-дренажного стока Республики Узбекистан (2007) 

Мусаев А.И. - Эколого-геохимическая оценка оросительных вод по водородному показателю (2010) 

Назармамедов О. - Технология биоинженерной очистки дренажных вод Туркменистана от ядохимикатов (2007) 

Николаенко А.Н., Кавокин А.А., Максименко В.П. - Моделирование рециклинга коллекторно–дренажных вод для орошения почв (2015) 

Пулатов Я.Э., Алиев И.С. - Ирригационное водоотведение и пути использования коллекторно-дренажных вод (2002) 

Реджепов О., Гурдов А. - Использование коллекторно-дренажных вод для освоения пустынно-песчаных почв в Туркменистане (2007) 

Серикбаева Э.Б. - Экологически безопасный режим орошения люцерны при поливе сточными водами (2007) 

Сейтказиев А.С. - Методические основы использование коллекторно-дренажных вод в условиях дефицита водных ресурсов (2010) 

Усманов А.У., Бекмуратов Т.У - Особенности элементов техники полива при орошении подземной водой 

Широкова Ю.И. - Оценка качества речных и дренажно-сбросных вод республик Центрально-Азиатского региона для целей ирригации (2002) 

Эмих В.Н. - Дренаж в потоке грунтовых вод через завесу (2002) 

Нормативно-методическая и справочная информация

Руководство по использованию дренажных вод на орошение сельскохозяйственных культур и промывки засоленных земель (1986) 

Требования к нормам орошения и дренирования при использовании на орошение минерализованных вод (1989)