Дренаж

Дренаж — естественное либо искусственное удаление воды с поверхности земли либо подземных вод. Земля часто нуждается в отводе грунтовых либо ливневых вод для улучшения агротехники, строительства зданий и сооружений.

Дренаж на орошаемых землях — это совокупность гидротехнических сооружений (труб, каналов, скважин, насосных станций и др.), с помощью которых обеспечивается понижение уровня и проточность почвенно-грунтовых вод и отвод их за пределы орошаемой территории.

Дренаж также применяется с целью защиты от проникновения воды в сооружения, сохранения и упрочнения оснований здания, снижения фильтрационного давления на конструкцию. Также дренаж необходим для поддержания площадок и дорог участка в сухом состоянии, предотвращения загнивания корневой системы высаженных растений, защиты фундамента и подвальных помещений от избыточной влаги. Локальные дренажные системы применяются в тех случаях, когда общее понижение уровня грунтовых вод на территории застройки не может дать необходимого эффекта или экономически не оправдано.

Для устройства дренажа разрабатывается проект дренажной системы. В соответствии с ним определяется место расположения дрен, глубина их залегания, уклоны, устройство каналов, подбор комплектующих изделий и материалов. В зависимости от уровня залегания грунтовых вод, приводящих к увлажнению территории, может быть выполнен дренаж поверхности участка (поверхностный дренаж) или глубинный дренаж.

Для осушения избыточно увлажнённых земель применяют осушительный дренаж; для борьбы с засолением земель в засушливых зонах — рассоляющий дренаж; для усиления газообмена в тяжёлых глинистых почвах — аэрационный дренаж (самостоятельно применяется редко).

Осушительный дренаж необходим на землях, где глубина залегания грунтовых вод меньше нормы осушения. В основном применяют горизонтальный систематический (равномерно распределённый на осушаемой территории) трубчатый дренаж — систему труб в виде сплошных дренажных линий. Грунтовая вода поступает в стыки между трубами или отверстия в трубах под действием разности напоров, в связи с чем глубина закладки дрен должна быть больше нормы осушения. Дренаж более интенсивно работает в "критические периоды" усиленного питания грунтовых вод — обычно весной и осенью.

Дрены при расстоянии между ними В (в м), глубине заложения b (в м) и диаметре d (в м) должны за t суток после снеготаяния отвести поступившие в почву талые воды и понизить поверхность грунтовых вод до нормы осушения а (в м); Н — запасы воды в снеговом покрове (в м3/га); Т — глубина залегания поверхности водоупора (в м); Д — дрены; Тр — траншеи; Р — давление, условно принимаемое за нуль. Обычно b принимают для минеральных почв = 1,1 м, для торфяников = 1,3-1,5 м. Расстояние между соседними дренами (в пределах 15-50 м) определяют по формуле:

где

Б1 — коэффициент учёта несовершенства дрен по степени вскрытия пласта ("висячесть"),

Г1 — то же по приёмной поверхности дрен (гончарных), т. е.

s — длина дренажной трубы (в м);

с — ширина стыковой щели или защиты стыков (в м);

H0 — средний действующий напор (в м);

q — средний за период модуль дренажного стока (в м/сут), определяемый балансовыми расчётами по количеству необходимой для отвода воды и сроку её отвода (обычно 0,5 < q < 1,5 л/сек с 1 га, причём 1 л/сек с 1 га = 1/116 м/сут);

к — коэффициент фильтрации (в м/сут).

Вода, поступившая в дрену, движется от истока её к устью, для чего дренажными линиям (не длиннее 150-200 м) придают уклон не менее 0,002. Из дрен вода поступает в открытые или закрытые (из труб) коллекторы (длина их не более 1000 м), а оттуда сбрасывается в магистральный канал и удаляется за пределы осушаемой территории.

Для осушения минеральных почв используют в основном гончарные дренажные трубы диаметром 4-10 см, длиной 33 см. Их укладывают на дно траншей (или на дощатый стеллаж в неустойчивых грунтах) впритык одна к другой (ширина стыка не более 1-2 мм), обкладывают фильтрующимся материалом (мох, стекловолокно, стеклоткань) и траншею засыпают землёй. Срок службы гончарного дренажа 50-80 лет. На торфяниках его можно использовать только после предварительного осушения участков открытыми каналами; здесь также применяют деревянный дренаж: дощатый — из труб прямоугольного сечения, сбитых из досок с оставлением продольной щели. Перспективен пластмассовый дренаж: пластмассовые трубы с продольными щелями или округлыми отверстиями укладывают в отрытую траншею или формуют вслед за дренёром — бестраншейный дренаж, позволяющий полностью механизировать его прокладку. На землях с плохой водопроницаемостью, чтобы ускорить отвод поверхностных вод и верховодки, применяют систему закрытых собирателей: в расположенную поперёк склона траншею глубиной 0,8-1 м укладывают гончарные трубы и засыпают землёй, взятой из верхнего пахотного слоя, или другим водопроницаемым материалом. Длина собирателей 150-200 м; расстояние между ними 30-60 м.

Рассоляющий дренаж применяют для понижения уровня грунтовых вод, отвода промывных вод и борьбы с засолением орошаемых земель, расположенных в засушливых зонах. В его работе различают мелиоративный период (1-3 года), во время которого рассоляют 1-2-метровый слой и отводят засолённые грунтовые воды, и эксплуатационный, когда поддерживают достигнутые результаты. На орошаемых землях применяют горизонтальный и вертикальный рассоляющий дренаж. Наиболее целесообразен горизонтальный относительно глубокий (около 3 м) постоянный систематический трубчатый дренаж, дополняемый в мелиоративный период открытыми каналами глубиной около 1 м на расстоянии примерно 20-50 м. Дрены из гончарных, асбестоцементных или пластмассовых труб (последних 2 вида с отверстиями) укладывают в траншею, обсыпают отсортированным гравием и засыпают вынутым грунтом. Длина их желательна до 1 км, уклон дна не менее 0,001, расстояние между дренами 150-400 м. Решающее условие успешной работы горизонтального рассоляющего дренажа — бесподпорная работа дренажной сети и нормальный сброс дренажных вод в водоприёмник. При необеспеченном самотёчном сбросе устраивают насосные станции.

Дренажная система

Дренажная система — инженерно-техническое сооружение, предназначенное для сбора и удаления инфильтрованных и грунтовых вод.

Дренажная система — разветвленная структура расположенных по всему периметру участка или сооружения и связанных друг с другом труб (дрен) и дренажных колодцев, предназначенная для защиты территории от избыточной влаги.

При помощи дренажной системы решается задача регулирования водного баланса почвы.

Составляющие дренажной системы

Дренажные трубы (дрены) — главный и основной элемент дренажной системы, выполняют функцию водоприема и водоотведения, необходимого для осушения местности.

В этом случае дренаж — это разветвленная система взаимосвязанных труб (дрен), которые укладывают с уклоном в сторону водоприемника (канала, кювета, водоёма, дренажного колодца) вокруг или вдоль сооружения (участка). Каждая из дрен имеет на стенках специальную сеть отверстий, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Такая система труб впитывает воду из грунта и отводит её за пределы участка.

Использование дренажных труб позволяет решить проблему защиты территории и находящихся на ней строений от повреждений, связанных с избыточной влажностью (мерзлотой, образованием плесени, луж и весенних наледей), предотвратить затопление подвальных и цокольных помещений, загнивание корневой системы растений.

Дренажные трубы можно разделить на такие основные категории:

Асбоцементные трубы. Для использования этих труб в качестве дренажных в их верхней половине делаются пропилы шириной 3-7 мм, расположенные в шахматном порядке с шагом 100-200 мм (в зависимости от характеристик грунта).

Керамические трубы изготавливаются из глины с возможным применением добавок. Существуют варианты с перфорацией, щелевыми отверстиями и рифлёной внешней поверхностью (желобки способствуют увеличению поглотительной способности).

Полимерные трубы — трубы из полиэтилена высокого или низкого давления (ПВД или ПНД).

Трубы из пористых материалов (керамзитостекло, пластобетон) отличаются тем, что вода просачивается в них через поры в стенках, а не сквозь специальные отверстия.

Укладка дренажных труб происходит согласно заранее разработанному плану дренажной системы. Минимальный уклон дренажной трубы по строительной норме составляет в глинистых грунтах — 2 мм, а в песчаных — 3 мм на погонный метр. На практике для нормального стока воды уклон трубы делают 5-10 мм на погонный метр. В соответствии с этими требованиями выкапываются траншеи, дно которых выравнивают и утрамбовывают мелким щебнем (создается фильтрующий слой).

Монтаж системы труб производится с применением соединительных элементов — муфт, переходников, тройников, колен. Дрены засыпают несколькими слоями водопроницаемых материалов (например геотекстиль) — сначала располагается промытый щебень или гравий, затем песок, а сверху укладывают вынутый ранее грунт. Толщина обсыпок колеблется в среднем от 100 до 300 мм (чем менее водопроницаем окружающий грунт, тем толще засыпка). Чтобы не допустить заиливания дрен и засорения перфорации, используют фильтры из геотекстиля (при мелиорации песчаного и супесчаного грунта) или кокосового волокна (если осушаются глинки, суглинки, торфяники).

При необходимости увеличения пропускной способности системы в траншею можно уложить комбинации из нескольких дренажных труб разных диаметров.

Дренажные колодцы располагаются в местах поворотов труб, задавая направления стекающей воде, или становятся водосборниками. Также дренажные колодцы являются пунктами технического обслуживания. В частности, через них осуществляется промывка дренажных труб.

Дренажные насосы, предназначенные для откачки воды, применяются, когда удаление скопившихся сточных вод из дренажной системы невозможно естественным путем. Такие насосы устанавливаются в дренажные колодцы и приспособлены для работы в погруженном состоянии — их электрическая часть водонепроницаема и надежно изолирована. Модели насосов различаются по производительности (скорость откачки), которая определяется в кубометрах в час. Ещё один важный момент — диаметр выпускного патрубка насоса. Чем больше этот диаметр, тем выше максимальный размер твердых частиц, пропускаемых насосом.

Основные виды дренажа

Пластовая дренажная система укладывается в основании защищаемого сооружения непосредственно на водоносный грунт. При этом она гидравлически связана с трубчатой дреной (подземный искусственный водоток для сбора и отвода грунтовых вод), расположенной с наружной стороны фундамента на расстоянии не менее 0,7 метра от плоскости стены здания. Пластовая дренажная система защищает сооружение как от подтопления грунтовыми водами, так и от увлажнения капиллярной влагой. Пластовый дренаж широко применяется при строительстве подземных сооружений, возводимых на слабопроницаемых грунтах, а также при дренировании «горячих» цехов трасс теплосети и дымоходов (попадание влаги в которые, даже в капиллярном виде, недопустимо).

Пристенная дренажная система состоит из дренажных труб (с фильтрующей обсыпкой), уложенных на водоупорный грунт с наружной стороны сооружения. Пристенный дренаж применяется, как правило, в тех случаях, когда основание сооружения находится на водоупорном грунте.

Кольцевая дренажная система располагается по контуру защищаемого здания или участка. Действие кольцевого дренажа основано на понижении уровня грунтовых вод внутри защищаемого контура, что обеспечивает защиту от подтопления подземных сооружений и частей зданий. Глубина этого понижения зависит от заглубления труб, галерей или фильтрующей части скважин относительно зеркала грунтовых вод, а также от размеров защищаемого контура. Кольцевые дрены располагаются на некотором удалении от сооружения, благодаря этому они могут быть установлены уже после его возведения. В этом отношении кольцевой дренаж выгодно отличается от пластового, который может быть установлен только одновременно со строительством сооружения.

Типы дренажа по конструктивным особенностям

Горизонтальный дренаж представляет собой систему трубчатых или галерейных дрен, канав и лотков. Трубчатые дрены — сочетание дренажных труб с одним или несколькими слоями фильтрующей обсыпки. Эти слои устраиваются для того, чтобы избежать заклинивания труб частицами осушаемого грунта. Для надзора за трубчатыми дренами сооружаются смотровые колодцы. Галерейные дрены — это трубы с большим поперечным сечением с отверстиями для приема воды и обсыпкой. Канавы применяют, главным образом, в небольших поселках, где допустимо поддерживать уровень грунтовых вод на глубине до 1,5 метра. В устойчивых грунтах канавы выполняются, как правило, в виде траншей с откосами, а в неустойчивых — конструкций из сборного железобетона.

Вертикальный дренаж — система скважин, объединенных коллектором, через который вода откачивается насосным агрегатом или отдельным насосом на каждой скважине.

Комбинированный дренаж — сочетание дрены и ряда самоизливающихся скважин.

Дренаж гидротехнических сооружений (плотины, шлюзы и другое)

Дренажные системы устанавливают, обычно, в низовой части гидротехнических сооружений. В земляных плотинах дренаж выполняют в виде различных устройств, например, таких, как:

  • дренажная призма в низовом откосе;
  • дренажный тюфяк внутри плотины;
  • ленточный и трубчатый дренажи в её основании.

В бетонных плотинах, возведённых на скальном основании, дренаж представляет собой систему вертикальных дрен, впадающих в продольные галереи; из них вода выводится в нижний бьеф. В бетонных плотинах на нескальном основании применяется дренаж с использованием обратных фильтров.

Избранная библиография

Монографии и брошюры

Гребенников В.Н. - Дренаж засоленных земель (1968) 

Дренаж в бассейне Аральского моря в направлении стратегии устойчивого развития (2004) 

Дренаж сельскохозяйственных земель / Под ред. Д.Н. Лютина (1964) 

Калантаев В.А. - Дренаж орошаемых земель и методы его интенсификации (1984) 

Костяков А.Н. - Основы мелиораций (1960) 

Мурашко А.И. - Сельскохозяйственный дренаж в гумидной зоне (1982) 

Наращивание потенциала для стратегии в области дренажа в бассейне Аральского моря (2003) 

Решеткина Н.М., Якубов Х.И. - Вертикальный дренаж (1978) 

Шестаков В.М. - Теоретические основы оценки подпора, водопонижения и дренажа (1965) 

Эггельсманн Р. - Руководство по дренажу (1984) 

Юсупов А., Рахимов Н., Умаров П. - Пособие по дренированию орошаемых земель (2012) 

Якубов Х.И., Насонов В.Г. - Дренаж на орошаемых землях (1987) 

Статьи

Гамаюнов Н.И. , Шержуков Б.С. - О снижении пьезометрических напоров в подстилающих дренируемые грунты водоносных горизонтах (1962) 

Данатаров А., Ашыров С.Ч. - Плотность почвы как один из критериев глубины ее обработки в условиях Туркменистана (2011.) 

Духовный В.А. - Дренаж и наша программа мелиоративного усовершенствования (2003) 

Духовный В.А., Якубов Х.И., Умаров П.Д. - Дренаж и контроль засоления: обзор проблем в Центральной Азии (2005) 

Духовный В.А., Якубов Х.И., Умаров П.Д. - Взаимосвязь между орошением и дренажем (2005) 

Капустян А.С. , Пономаренко Т.С. - Совершенствование нормативно-методического обеспечения эксплуатации дренажа на оросительных системах (2011) 

Развитие дренажных систем, эффективность и оценка их технического состояния и пути повышения эксплуатационной надежности на современном уровне (2003) 

Умаров П.Д., Тучин А.И. - Опыт создания дренажных систем и элементы их моделирования (2002) 

Хегай В.В. - Современные проблемы эксплуатации дренажных систем (2003) 

Чембарисов Э.И., Лесник Т.Ю., Махмудов И.Э., Рахимова М.Н. - Формирование коллекторно-дренажных вод на орошаемых землях Ташкентской области (2015) 

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

Якубов Х.И. - Мелиоративные режимы и оптимизация их параметров с учетом природно-хозяйственных условий. Роль оптимальных мелиоративных режимов в повышении продуктивности земель и воды (2003) 

Нормативно-методическая и справочная информация

Инструкция по эксплуатации коллекторно-дренажной сети, САНИИРИ (1984) 

Методические указания по расчету элементов конструкции скважин вертикального дренажа, САНИИРИ (1985) 

Методические рекомендации по комплексному анализу эффективности орошаемого земледелия, САНИИРИ (1998) 

Мелиоративные машины и оборудование, САНИИРИ (1985) 

Положение о техническом обслуживании и ремонте внутрихозяйственной мелиоративной системы и сооружение на ней в Узбекской ССР, САНИИРИ (1987) 

Рекомендации по технологии промывок трудномелиорируемых засоленных почв Узбекистана с применением мелиоративной обработки и химмелиорантов, САНИИРИ (1986) 

Руководство по восстановлению дебитов скважин вертикального дренажа механическим способом, САНИИРИ (1988) 

Руководство по современным способам ирригации и мелиорации, методам ведения сельского хозяйства в аридных зонах, потребляющих минимальное количество водных ресурсов (2011) 

Ресурсы