СПОСОБ СОЗДАНИЯ ОСУШИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2013 года по МПК E02B11/00 

Изобретение относится к осушительным мелиорациям земель, в частности к созданию осушительных систем на основе ресурсосберегающих технологий. Предлагаемое техническое решение (варианты) предназначено, прежде всего, для проведения осушительных мелиораций увлажненных участков, в том числе и зоны многолетней мерзлоты, с горизонтально-продольной и поперечной схемами осушения. Они применимы для создания новых и реконструкции эксплуатируемых, а также выведенных из хозяйственного оборота, осушительных систем. Наиболее рационально его применение при осушении земель по так называемой ландшафтной технологии мелиорации и при осушении торфа при разработке торфяных месторождений.

Кроме того, заявляемые технические решения могут также найти применение для осушения территории населенных пунктов, полос отвода линейных сооружений (автомобильные дороги, трубопроводы, линии электропередач), а также при обустройстве ландшафтов (улучшении территории), лесоразведении и т.д.

Известен способ создания осушительной системы в торфяниках, включающий смещение торфа в направлении от имеющихся каналов-осушителей к периферии примыкающих к ним водосборных полос и укладку с уменьшением толщины его по мере приближения к каналам [1] (аналог).

Способ позволяет сформировать уклоны дневной поверхности, а в зоне многолетней мерзлоты и мерзлотного водоупора, к каналам, превышающим таковые в исходном состоянии, т.е. существенно их увеличить. Избыточная влага поверхностным и грунтовым (в зоне многолетней мерзлоты - надмерзлотным) стоком беспрепятственно дренируется в каналы.

Известное техническое решение ограничено в применении, т.к. предназначено для осушения только торфяников, причем сравнительно мощных (не менее 30 см). При этом торфяной слой подвергается значительным нарушениям условий залегания и структуры, но не интенсивным гидротермическим мелиорациям, что негативно отражается на их свойствах, в первую очередь агрономических, включая снижение плодородия, и ускоренной сработке торфа. Кроме того, реализация известного способа требует значительных материальных затрат на выполнение большого объема земляных работ по перемещению и укладке торфяного слоя, а также восстановление почвенного плодородия.

В зоне многолетней мерзлоты, в местах срезки торфа на водосборных полосах активизируются процессы таяния многолетнемерзлых грунтов, сопровождаемые термокарстовыми просадками поверхности и переувлажнением почвогрунтов в начальный период эксплуатации системы. Ликвидация термокарстового микрорельефа, вызванного термокарстовым просадками, требует больших затрат на проведение земляные работ и восстановление плодородия почв.

Известен способ создания осушительной системы в зоне многолетней мерзлоты, включающий проходку максимально приближенных друг к другу линейных выемок, между которыми укладывают кавальеры и формируют условия для беспрепятственного сброса избыточной влаги с водосборных полос в каналы выравниванием микрорельефа [2] (аналог).

Известный способ недостаточно эффективен для осушения земель на слабонаклонной местности вне зоны многолетней мерзлоты, т.к. уклоны дневной поверхности водосборных полос к каналам остаются близкими к исходным. Почвогрунты в этом случае не подвергаются интенсивным гидротермическим мелиорациям, поэтому их свойства не меняются или незначительно меняются в лучшую сторону (влажность, степень оглеения и т.д.), а площадь, занятая под каналами, в 3 раза превышает таковую каналов с единичными линейными выемками.

Известен способ создания осушительной системы, включающий нарезку борозд с увеличением их глубины в направлении к уже имеющимся каналам-осушителям от минимальных - в наиболее удаленной части водосборной полосы, до максимальных значений в их устьях и проведение интенсивных гидротермических мелиораций почвогрунтов водосборных полос за счет выстаивания территории для улучшения агрономических свойств почвогрунтов, а также избирательного провоцирования тепловых просадок многолетнемерзлых грунтов под влиянием борозд различной глубины. В результате увеличения, в направлении к каналам, глубины сезонного протаивания и тепловых просадок при этом создаются дополнительные уклоны водоотводящих поверхностей (дневной и мерзлого водоупора в том же направлении [3] (аналог).

Известный способ не универсален и применим только в зоне многолетней мерзлоты, причем предназначен для создания осушительной системы с уже существующими каналами, без их углубления. Кроме того, создание осушительных систем по известному способу сопровождается значительными тепловыми просадками бровок каналов и поверхности приканальных зон, т.е. их глубина при этом уменьшается.

Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому техническому решению (варианты) способ создания осушительной системы, включающий отрывку и/или зачистку землеройной техникой каналов-осушителей единичных линейных выемок и укладку кавальеров и грунта зачистки в приканальной зоне и формирование условий для беспрепятственного сброса избыточной влаги с водосборных полос в каналы выравниванием микрорельефа водосборных полос кавальеров и/или грунта зачистки в приканальных зонах [4] (прототип).

Известный способ не обеспечивает формирование условий для беспрепятственного сброса избыточной влаги в каналы, т.к. при выравнивании кавальеров и грунта зачистки каналов на поверхности почвы создается дополнительный слой, который служит своего рода барьером для поверхностных и грунтовых вод. Уклоны водосборных полос поверхности в этом случае не только не возрастают, но даже немного уменьшаются, что препятствует отводу (сбросу) избыточных вод в каналы, способствуя их застою.

Кроме того, почвогрунты в процессе создания осушительной системы не подвергаются интенсивным гидротермическим мелиорациям, поэтому плодородие почв не повышается, а наоборот, при перемешивании инертного материала кавальеров с почвенным слоем в приканальных зонах даже снижается.

В зоне многолетней мерзлоты недостатки известного способа увеличиваются в процессе создания и особенно после, в период эксплуатации системы, т.к. при выравнивании кавальеров на поверхности почвы в приканальной зоне создается дополнительное термическое сопротивление под ним оттаиванием почвогрунтов. В результате чего в приканальной зоне снижается глубина сезонного оттаивания, следовательно, тепловые просадки в этих местах по сравнению с остальной территорией. В связи с чем для водосборных полос характерен, как правило, не выпуклый, а вогнутый поперечный профиль.

Решаемые задачи:

- создание дополнительных уклонов водоотводящий поверхности водосборных полос к каналам, а в зоне многолетней мерзлоты и мерзлого водоупора;

- проведение интенсивных гидротермических мелиораций почвогрунтов в процессе создания системы, обеспечивающих улучшение их свойств, включая ликвидацию оглеения;

- предотвращение потерь (сохранение) почвенного плодородия.

Технический результат. Вне зависимости от целевого назначения предлагаемое техническое решение (варианты) позволяют улучшить дренаж и свойства почвогрунтов, включая ликвидацию оглеения, к концу периода создания системы, а на осушительных системах сельскохозяйственного назначения, к началу эксплуатации обеспечивается хорошая проходимость техники и более высокий по сравнению исходным уровень плодородия почв.

Достигается технический результат применением предлагаемого технического решения (вариант 1), включая формирование открытых каналов-осушителей в виде единичных линейных выемок с укладкой кавальеров на прилегающим к ним водосборным полосам и условий для беспрепятственного удаления избыточной влаги с водосборных полос выравниванием микрорельефа поверхности, нарезку от осей или внешних бровок (по отношению к водосборной полосе) создаваемых каналов, вдоль них, борозды через интервалы, равные их ширине с уменьшением глубины, от максимальных значений до минимальных, равных величине частного от деления максимальных глубин борозд к числу их на водосборных полосах и проводят интенсивные гидротермические мелиорации почвогрунтов полос путем выстаивания территории вплоть до ликвидации в них избыточного увлажнения и/или оглеения, а после смещения кавальеров с целиков в смежные борозды в направлении от осей или внешних бровок (по отношению к водосборной полосе) создаваемых каналов, формируют выпуклые поперечные профили водосборных полос.

На участках с льдистыми многолетнемерзлыми грунтами зоны многолетней мерзлоты при смещении кавальеров в борозды оставляют на целиках первые от осей или бровок формируемых каналов кавальеры и продолжают выстаивать вплоть до создания необходимых размеров каналов, после чего смещают оставшиеся кавальеры в смежные борозды.

По варианту 2, способ создания осушительной системы включает углубление (зачистку) открытых каналов-осушителей с укладкой зачищаемого грунта в приканальных зонах водосборных полос и формирование условий для беспрепятственного удаления избыточной влаги выравниванием микрорельефа поверхности, нарезают непосредственно от бровок реконструируемых каналов или на расстоянии, обеспечивающем устойчивость целика, вдоль них, борозды через интервалы, равные их ширине с уменьшением глубины, от максимальных значений до минимальных - равных величине частного от деления максимальных глубин борозд на число их на водосборных полосах, и проводят интенсивные гидротермические мелиорации почвогрунтов путем выстаивания территории вплоть до ликвидации в них избыточного увлажнения и/или оглеения, после чего смещают кавальеры с целиков в смежные борозды, в направлении от каналов, зачищают (углубляют) каналы и укладывают грунтовый материал зачистки в первые, от бровки каналов, борозды и формируют выпуклые поперечные профили поверхности водосборных полос.

Для сохранения почвенных ресурсов укладывают грунтовый материал зачистки в борозду с расчетом, чтобы сумма толщины слоев грунтового материала зачистки и почвенного материала кавальеров минимальной толщины равнялась глубине борозды, затем смещают оставшиеся на периферии водосборных полос кавальеры минимальной толщины в первую от канала борозду.

При наличии на водосборных полосах органического материала напочвенных покровов (кочки, мох, очес, кустарнички) его измельчают и укладывают на водосборных полосах с уменьшением толщины к каналам.

В зоне многолетней мерзлоты продолжают выстаивать территорию вплоть до создания необходимых уклонов поверхности водосборных полос, причем при необходимости смещают кавальеры в борозды последовательно, начиная от наиболее удаленных от них, а при наличии льдистых многолетнемерзлых грунтов выстаивают до тех пор, пока верхняя граница многолетнемерзлых грунтов на водосборных полосах не будет залегать в каждой точке поверхности на расстоянии не менее прогнозной глубины сезонного оттаивания в расчетные по теплообеспеченности годы. В случае развития термокарстовых понижений на водосборных площадях нарезают борозды только за пределами контуров понижений, на положительных элементах микрорельефа.

Для ускорения отвода избыточных вод с водосборных полос смещение кавальеров в борозды проводят в начале на поперечниках шириной не менее ходовой системы применяемой землеройной техники (например, бульдозера), при этом расстояние зависит от степени увлажнения, в период выстаивания территории. После этого вдоль поперечно расположенных полос, от верхнего края полос, нарезают от создаваемых каналов, перпендикулярно им, временные линейные выемки с уменьшением глубины так, чтобы уровень их дна был не выше такового борозд, а после отвода сброса избыточной влаги из борозд смещают кавальеры во временные линейные выемки.

Положительный эффект заявляемого технического решения заключается в том, что в период создания осушительной системы, включая новые каналы или их зачистку (углубление), формируют уклоны дневной поверхности, а в зоне многолетней мерзлоты - мерзлого водоупора, превышающие таковые в исходном состоянии. В дополнение к этому за счет выстаивания территории происходят интенсивные гидротермические мелиорации почвогрунтового слоя, уменьшение влажности (например, в 1,3-1,8 раза) и повышение температуры (например, в 1,2-2,0 раза), что обусловливает ликвидацию в них избыточного увлажнения и/или оглеения. Известно, что в протаивающих почвогрунтах сезонно- и многолетнемерзлой зон, занимающих более 90% территории России, за счет сохранения, так называемых, посткриогенных макропор в результате ликвидации оглеения и связанных с ним негативных тиксотропных свойств, фиксируется резкий скачок водопроницаемости, которая возрастает на порядок и более [5], например коэффициент фильтрации супесей при этом увеличивается от 0,01 до 0,4-0,9 м/сут.

В результате и улучшения гидротермического режима почвогрунтов (кавальеры и целик между бороздами) на переувлажненных и заболоченных землях оптимизируются агрофизические (строение, гранулометрический (микроагрегатный) состав, порозность и др.) и некоторые агрохимические (повышение рН, степени насыщенности основаниями, преобладание окислительной обстановки) свойства почв. Так в результате имеющей здесь место оптимизации гидротермических процессов трансформации органического вещества, состав гумуса лучше, уже соотношение C:N, а доля гуминовых кислот, связанных с кальцием, устойчивыми полуторными окислами, возрастает [6].

Таким образом, в процессе строительства по предлагаемому способу (варианты), существенно улучшается дренаж и повышается плодородие почв водосборных полос.

Предлагаемый способ создания осушительной системы поясняется схемами на фигурах 1, 2, 3, 4, 5.

На фигуре 1 изображены схематические поперечные разрезы избыточно увлажненного участка, отражающие последовательность операций создания осушительной системы (вариант 1): 1А - поперечный разрез водосборных полос, прилегающих к создаваемым каналам, с исходным положением дневной поверхности 1, почвенного (органогенного) слоя 2 и нанесенными на нем осями проектируемых открытых осушительных каналов 3; 1Б - в начальной стадии процесса создания системы, включая нарезку каналов 4 от их осей 3 и формированием борозд 5, кавальеров 6 (минимальной толщины - 7) с уменьшением глубины борозд от максимальных (М) до минимальных (m); 1B - после смещения кавальеров в смежные борозды в сторону, противоположную создаваемым каналам, и выравнивания микрорельефа поверхность водосборных полос занимает положение 9, которое существенно отличается от исходной поверхности водосборных полос 1.

На фигуре 2 изображены схематические поперечные разрезы избыточно увлажненного участка, отражающие последовательность операций создания осушительной системы (вариант 1) в зоне многолетней мерзлоты; 2А - поперечный разрез водосборных полос, прилегающих к создаваемым каналам, с исходным положением дневной поверхности участка 1, почвенного слоя 2, верхней границы многолетнемерзлых грунтов 8, залегающей на глубине (h) и осей открытых осушительных каналов 3; 2Б - начальной стадии создания системы, включая нарезку борозд максимальной глубины (М) на месте создаваемых каналов 4 (вдоль их осей 3), и борозд 5 с уменьшением глубины от максимальных (М) до минимальных (m), причем борозды максимальной глубины устраивают с наибольшим приближением дна к верхней границе многолетнемерзлых грунтов, кавальеров 6; 2В - в период интенсивных гидротермических мелиораций почвогрунтов, конечной стадии процесса выстаивания территории с нарезанными бороздами 5 и кавальерами 6 (минимальной толщины - 7) и верхней границей многолетнемерзлых грунтов, занимающих положение 10; 2Г - в конечной стадии создания системы, в процессе которой верхняя граница многолетнемерзлых грунтов 10 становится несколько выше, примерно на величину (n), занимая положение 11, а дневная поверхность водосборных полос занимает положение 9, причем глубина залегания многолетнемерзлых пород при новом их положении каждой точки составляет некую величину (k), которая в конце периода проведения гидротермических мелиораций, почвогрунтов (Н) уменьшается на величину (n). В то же время глубина сезонного протаивания (k) к концу проведения гидротермических мелиораций будет не меньше величины, так называемой, нормативной, минимально необходимой для предотвращения таяния льдистых, просадочных, грунтов в процессе эксплуатации системы, в годы расчетной теплообеспеченности.

На фигуре 3 изображены поперечные разрезы водосборных полос избыточно увлажненного участка, отражающие последовательность операций создания осушительной системы по варианту 1; 3А - схематический поперечный разрез с исходным положением дневной поверхности 1 и почвенного слоя 2, верхней границы многолетнемерзлых грунтов 8, залегающей на глубине (h) и внешних, по отношению к водосборным полосам, бровок проектируемых открытых осушительных каналов; 3Б - начальной стадии создания системы, включающей нарезку от внешних бровок (по отношению к водосборной полосе) создаваемых каналов 4, борозд 5, создаваемых с уменьшением глубины от максимальных до минимальных до минимальных кавальеров 6, от максимальных до минимальных 7; 3В - конечной стадии проведения интенсивных гидротермических мелиораций (выстаивание территории) с положением верхней границы многолетнемерзлых грунтов 10, включая операцию по смещению в противоположном направлении от каналов 4 кавальеров 6 в смежные борозды 5; 3Г - конечной стадии создания осушительной системы с границей многолетнемерзлых грунтов 11, положение которой становится несколько выше на всей полосе и особенно после отсыпки автодорожной насыпи 14.

Создаваемая осушительная система предназначена для строительства в ее центральной части автодорожной насыпи 14, при этом осушение основания дороги и полосы отвода благоприятным образом отражается на устойчивости насыпи дороги, за счет формирования под дорогой защитного (теплоизолирующего) слоя из не льдистых (непросадочных) грунтов.

На фигуре 4 изображены схематические поперечные разрезы водосборных полос, отражающие последовательность операций создания (реконструкции) осушительной системы по варианту 2, причем в наиболее сложном случае - зоне многолетней мерзлоты; 4А - схематический поперечный разрез с исходным положением дневной поверхности 1, почвенного слоя 2, кавальеров 1а, вынутых при проходке каналов 4а, перемешанных с почвой, и исходной верхней границей многолетнемерзлых грунтов 8, залегающей на глубине (h); 4Б - начальной стадии операций создания системы, включая нарезанные на некотором расстоянии от канала 4а борозды 5 с уменьшением глубины от максимальных до минимальных целик, расположенный между первой бороздой и каналом 12; 3В - конечной стадии гидротермических мелиораций почвогрунтов - выстаивание территории с положением верхней границы многолетнемерзлых грунтов 10, после зачистки, углублении, каналов 4а и укладки вынутого при этом грунта 13 в первую от канала борозду 5, смещения и перекрытия сверху борозды почвенным слоем кавальеров минимальной толщины 7; 4Г - конечной стадии создания (реконструкции) системы с границей многолетнемерзлых грунтов 11, положение которой становится несколько выше, на величину (n), дневной поверхности водосборных полос - 9, причем глубина залегания верхней границы многолетнемерзлых грунтов в каждой точке полосы составляет некую величину (k), которая меньше таковой в конце периода проведения гидротермических мелиораций почвогрунтов (Н), но не меньше, так называемой, нормативной глубины сезонного протаивания почвогрунтов в годы расчетной теплообеспеченности эксплуатируемой системы.

На фиг.5 показана схема (вид сверху) фрагмента создаваемой осушительной системы в период проведения дополнительных мероприятий по ускорению отвода избыточных вод, например, в дождливые периоды (п.9 и п.16).

Для этого в период выстаивания территории устраивают на поперечных полосах шириной, составляющей не менее ходовой системы применяемой землеройной техники (например, бульдозера) через определенные расстояния, в зависимости от степени увлажнения водосборных полос смещают кавальеры 6 в смежные с ними борозды 5, после чего нарезают от каналов 4 или 4а, перпендикулярно им, временные линейные выемки 15 с уменьшением глубины так, чтобы уровень их дна был не выше такового конца борозд 5, а после сброса избыточной влаги смещают кавальеры 16 во временные линейные выемки 15.

Пример. В избыточно увлажненной зоне островной мерзлоты, на побережье Охотского моря Магаданской области, на 2-х межканальных полосах создаваемой (реконструируемой) осушительной системы проводились работы по созданию осушительной системы по предлагаемому способу (варианты).

Одна часть системы (межканальные полосы) сложена многолетнемерзлыми грунтами, другая - сезонно мерзлыми. Оба участка реконструкции характеризуются близкими параметрами: мощность торфа около 35 см, уклоны местности 0,008-0,009. На всех участках были отрыты каналы по горизонтально-продольной схеме осушения. Глубина каналов по проекту 1,1-1,2 м, а до начала реконструкции она составляла 0,5-0,6 м. Расстояние между каналами 66 м. Торф подстилается тонкозернистым песком.

Работы проводились на осушительных системах, созданных по способу-прототипу, которые находятся в неудовлетворительном, практически непригодном для эксплуатации состоянии. Так, грунт кавальеров существующих каналов, построенных по традиционной технологии осушения (способ прототип), разравнивали в приканальной полосе шириной до 12-12 м с формированием невысоких, до 12-16 см возвышений. На обоих участках характерно переувлажнение почв, участке №2 - заболачивание.

На участке №2 в результате меньшей величины тепловых просадок в приканальных зонах, под грунтовым слоем разровненных кавальеров, поперечный профиль межканальных полос стал вогнутым с уклонами от каналов к центру межканальной полосы 0,004. Тепловая просадочность многолетнемерзлых грунтов составляет в среднем - 31 см на 1 м оттаявшего слоя. Глубина залегания многолетнемерзлых пород на участке №2 составляет от 64-68 см (ср. 66 см) у каналов и до 74-79 см (ср. 77 см) в центральной части межканальной полосы.

Участки №1 и №2 заняты под улучшенные сенокосные угодья. На них произрастают местные многолетние злаковые травы, однако в связи с вторичным заболачиванием началась их деградация лугов, заготовка сена здесь сопряжена с большими трудностями.

Создание новых осушительных систем осуществлялось путем формирования новых каналов в центре (середине) осушительных полос и углублением (зачисткой) существующих каналов.

В центральной части межканальных полос на участке №2 характерны замкнутые понижения термокарстового происхождения глубиной до 25-35 см.

В конце августа на обоих опытных участках начали осуществляться опытные работы в производственных масштабах по предлагаемому способу (варианты). Для улучшения дренажа на обеих межканальных полосах (систем) формируют дополнительные осушительные каналы в центре межканальных полос и зачищают каналы с устройством водосборных полос по предлагаемому техническому решению. При реконструкции (создании) осушительных формируют необходимые уклоны водоотводящих поверхностей водосборных полос и осуществляют оптимизацию свойств почвогрунтов для улучшения дренажа, плодородия почв и проходимости сельскохозяйственной техники.

Расстояния между осью создаваемых и бровками реконструируемого (углубляемого) канала составляет 33 м, ширина водосборных полос каналов - 16 м, поэтому на них нарезают 8 борозд шириной 1 м и через интервал 1 м.

Для этого в середине июля на участке №1, а на участке №2 в конце августа, когда мощность оттаявшего слоя достигнет около 65 см, у оси проектируемых и бровок углубляемых каналов нарезают борозды. Борозды нарезают непосредственно от осей и внешних бровок (по отношению к водосборной полосе) создаваемых и от бровок существующих каналов (на расстоянии 0,5 м), вдоль них, болотно-кустарниковым плугом ПБН-100 с уменьшением глубины в направлении от каналов, к периферии водосборных полос. Первую борозду максимальной глубины нарезают на всю мощность сезонно-талых почвогрунтов - 65 см. Борозды минимальной глубины нарезают на периферии водосборных полос, причем глубина борозд равна частному от деления максимальной глубины на число борозд на водосборных полосах, т.е. 65/8=8 см.

На участке №2 с термокарстовыми понижениями глубиной 25-35 см борозды нарезают только на положительных элементах рельефа.

После нарезки борозд начинается процесс интенсивных гидротермических мелиораций почвогрунтов (кавальеры и целики, расположенные между бороздами).

На участке №2 со второй половины теплого периода начинается процесс избирательных тепловых просадок по мере возрастания глубины борозд, т.е. формирование уклонов мерзлого водоупора и дневной поверхности в сторону каналов.

В связи с интенсивными дождями в конце августа для ускорения сброса влаги через 100 м устраивали поперечники шириной около 2,0 м, обеспечивающей проход бульдозера, а также устройство на них борозд и кавальеров (см. фиг.5). Для этого смещали кавальеры 6 бульдозером в смежные борозды 5 в направлении от каналов 4 или 4а. После чего вдоль нижних концов борозд 5 нарезали временные линейные выемки 15 с уменьшением их глубины в направлении от каналов-осушителей к центру межканальных полос болотно-кустарниковым плугом ПБН-100 с укладкой кавальеров 16 на поверхность межканальной полосы. Дно временных линейных выемок 15 располагалось на уровне дна впадающих в них борозд 5, поэтому глубина ее изменяется от 65 см (в первой от каналов-осушителей) до 8 см в восьмой.

На участке №1 почвогрунты кавальеров и целиков в середине сентября осушены, избыточное увлажнение и оглеение отсутствует, поэтому смещают кавальера в смежные бороды в сторону, противоположную каналам (существующим и вновь формируемым).

На участке №2 на следующий год в конце периода выстойки (начало сентября) на территории глубина сезонного протаивания (залегания многолетней мерзлоты) увеличивается на 80-86 см (у канала) и до 20-25 см на периферии водосборных полос (центральной части межканальных полос). В результате этого сформировался теплоизолирующий «защитный» слой, предотвращающий протаивание многолетнемерзлых пород в аномально теплые годы с расчетной теплообеспеченностью (для мелиоративных систем - 10%) - 73-77 см (0,73-0,77 м). Разница тепловых просадок у каналов и в центре межканальных полос составляет 32-36 см (0,32-0,36 м), поэтому дополнительные уклоны составят приблизительно 0,02.

Уклоны поверхности водосборных полос на участке №1 и №2 к каналам в результате создания осушительных систем (по предлагаемому техническому решению увеличились приблизительно на 0,04 (Δh/L или 0,65 м/18,0 м).

Таким образом, дополнительные уклоны поверхности водосборных полос на участке №1 - 0,04, а на участке №2 - 0,06 (0,04+0,02), многолетнемерзлые грунты залегают глубже, чем граница сезонного протаивания на водосборных полосах в период эксплуатации осушительной системы в год с 10% обеспеченностью (0,72-0,76 м).

Объем первой борозды от реконструируемого канала - 0,65 м³ на 1 пог.м, что позволяет укладывать в нее зачищаемый грунт при углублении каналов-осушителей в объеме 0,5-0,6 м³ с одной стороны их. Внедрение предлагаемого технического решения на всей реконструируемой осушительной сети и укладке при этом грунта зачистки каналов с двух сторон, то в сумме объем зачищаемого грунта может составить 1,0-1,2 м³ на 1 пог.м. Такого объема вполне достаточно для ремонта (углубления) большинства каналов-осушителей дренирующей сети.

Глубина вновь созданного канала на участке №2 за счет термокарстовых просадок составила 0,90-0,95 м, что вполне достаточно для отвода избыточной влаги с нешироких водосборных полос.

На участке №1 с сезонно-мерзлыми почвогрунтами глубина создаваемого канала составляет около 0,60-0,65 м при ширине 2,0 м, что недостаточно для эффективного отвода избыточной влаги с водосборных полос, поэтому для его углубления нарезку борозд через интервалы, равные их ширине, повторяют с уменьшением глубины от максимальной у канала до минимальной на периферии водосборных полос. В связи с большей устойчивостью грунтов ненарушенного сложения на создаваемом канале болотно-кустарниковым плугом нарезают от бровки канала первую борозду. После этого смещают кавальеры в смежные борозды от каналов и зачищают каналы с укладкой вынутого грунта в первую борозду так, чтобы поверх грунта зачистки можно было уложить кавальер минимальной толщины. Смещают кавальер минимальной толщины в первую борозду поверх грунта зачистки. Глубина канала при двусторонней укладке на водосборные полосы составит не менее 1,0-1,2 м, что несколько превышает необходимые размеры.

Кроме зачистки создаваемых каналов на участке №1 производилось углубление (чистку) реконструируемых каналов с укладкой вынутого при этом грунта на участках №1 и №2 в оставшуюся, первую от канала, борозду максимальной глубины. При этом у существующих в исходном состоянии каналов заполняют борозды грунтом не полностью, а до отметки ниже дневной поверхности на 8 см и смещают кавальеры минимальной толщины (8 см), оставшиеся на периферии водосборных полос в борозды бульдозером с косым отвалом последовательным перемещением его параллельно каналам.

Последней операцией создания осушительных системы (клеток) на обоих участках является выравнивание микрорельефа и формирование выпуклых поперечных профилей межканальных полос бульдозерами, скреперами, длиннобазовыми планировщиками. Перед планировкой измельчают активными фрезерными орудиями (типа ФБН) верхний слой почвы по всей поверхности водосборных полос, включая оставшиеся на поверхности центральных частей вновь созданных межканальных полос (клеток), кавальеры минимальной толщины.

На участке №2 за счет тепловых просадок на положительных элементах рельефа в процессе создания осушительной системы осушены (ликвидированы) замкнутые понижения в центральной части межканальной полос, что благоприятствовало улучшению общего дренажа водосборных полос.

Таким образом, на осушительных системах (клетках), участков №1 и №2 достигнуто улучшение дренажа, коренное преобразование агрономических свойств почв, включая ликвидации остаточного оглеения, т.е. созданы благоприятные экологические условия возделывания большинства культур. В связи с ограниченными тепловыми ресурсами побережья Охотского моря наиболее рационально создание долговременных луговых угодий из произрастающих ранее на этих участках местных дикорастущих злаков (арктогростис, вейник, бекмания восточная и др.).

Кроме описанных выше приемов после смещения кавальеров в борозды укладывали измельченный активными фрезерными орудиями органический материал напочвенных покровов (кочки кустарнички, очес) с увеличением толщины слоя к центру межканальной полосы слоем от нуля (у каналов) до 12 см (в центре межканальных или на периферии водосборных полос). Это позволяет создать более выпуклый поперечный профиль с дополнительными уклонами поверхности водосборных полос.

Сопоставительный анализ заявленного технического решения (варианты) и прототипа показывает, что совокупность существенных признаков, включающая нарезку линейных выемок через интервалы, равные их ширине вдоль трасс создаваемых - и/или бровок существующих каналов с постепенным уменьшением их глубины от максимальных значений, у осей и/или бровок каналов, до минимальных, наиболее удаленных от них, равных частному от деления максимальных глубин выемок на число их и последующее смещение кавальеров в смежные с ними борозды в противоположную сторону от каналов-осушителей является новым и не известны из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию изобретения «новизна».

Благодаря особой технологии нарезки линейных выемок и ликвидации их путем смещения кавальеров в смежные борозды в сторону, противоположную от каналов-осушителей, и достигается создание дополнительных, по сравнению с исходным рельефом, уклонов поверхности межканальных полос для отвода поверхностных и грунтовых вод без известного (традиционного) приема перемещения землеройной техникой с нарушением структуры и строения почвогрунтов и проведение при этом интенсивных гидротермических мелиораций, а также создания необходимого уровня осушения вплоть до коренного преобразования агрономических свойств почв, включая ликвидацию оглеения в период создания системы, обеспечивает «неочевидность» получения положительного результата. Новое свойство способа явным образом не следует из существующего уровня техники, а совокупность признаков отличает заявляемое изобретение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «изобретательский уровень».

Сравнительный анализ заявленного технического решения на соответствие критерию изобретения «положительный эффект» показывает, что нарезка линейных выемок вдоль осей проектируемых каналов строящейся и/или бровок существующих каналов создаваемой (реконструируемой), мелиоративных систем через интервалы, равные их ширине с постепенным уменьшением их глубины, от максимальных значений, у трасс или бровок каналов, до минимальных, наиболее удаленных от них, по сравнению с прототипом обеспечивает одновременно создание дополнительных уклонов поверхности межканальных полос и интенсивные гидротермические мелиорации почв. За счет этого избыточная влага из кавалеров и целиков беспрепятственно стекает в линейные борозды, что способствует быстрой аэрации (осушению) и снижению степени оглеения почв, т.е. созданию требуемого уровня дренажа и улучшению их агрономических свойств уже в период создания системы, к началу ее эксплуатации, т.е. достигается «положительный эффект».

Таким образом, благодаря особой технологии создания осушительной системы к началу ее эксплуатации обеспечивается: улучшение свойств почвогрунтов, создание дополнительных уклонов поверхности межканальных полос к каналам-осушителям. Это позволяет существенно повысить дренированность и продуктивность территории систем при минимальном объеме земляных работ и нарушении почвенного слоя, т.е. обосновать экологичность и экономичность заявляемого технического решения.

Предлагаемый способ создания осушительной системы можно многократно воспроизвести при осушении земель в зоне избыточного увлажнения, причем даже на мало уклонной местности с получением технического результата - обеспечение благоприятных экологических условий возделывания культур на территории осушительных систем за счет коренного улучшения агрономических свойств почв и дренажа.

Таким образом, реализация предлагаемого технического решения свидетельствует об его осуществимости, возможности решения поставленных задач и получении положительного технического результата. Простота и универсальность реализации способа позволяют получить положительный технический эффект как при создании новых, так и восстановлении плодородия почв, повышение продуктивности на территории реконструируемых и выведенных из хозяйственного оборота осушительных систем.

Источники информации

1. Авт. свид. №1189936. Способ осушения торфяников в зоне многолетней мерзлоты, опубл. в Бюл. изобр. №41, 07.11.85 (аналог).

2. Патент РФ №1762436. Осушительный канал в зоне многолетней мерзлоты. Опубл. в БИ №45-46, 1993. Опубл. в Бюл. избр. 15.12. 95. №45-46, 1993 (аналог).

3. Патент РФ №2380 480. Способ осушения земель в зоне многолетней мерзлоты. Заявка 2007141435.07.11.2007. Опубл. в Бюл. изобр. №3 20. 05. 2009 (аналог).

4. Система земледелия Магаданской области. Магадан: Магаданское кн. изд-во, подписан к печати 25.03.1983. - С.42-48 (прототип).

5. Пугачев А.А., Ухов Н.В. Роль циклов промерзания оттаивания в генезисе почв Северо-Востока // Тезисы докладов Межд. Конф. "Ритмы природных процессов в криосфере Земли" (10-15 мая, 2000, Пущино). - Пущино: Совет по криологии Земли, 2001. - С.150-151.

6. Оганесян А.Ш., Ухов Н.В. Аккумуляция и трансформация органических и органоминеральных веществ в нативных и окультуренных ландшафтах Магаданской области // Тезисы докладов Межд. конф. "Аккумуляция и трансформация вещества и энергии в криосфере Земли" (1-5 июня, 2001, Пущино). - Пущино: Совет по криологии Земли, 2001. - С.144-145.

Изобретение относится к осушению избыточно увлажненных земель, включая зону многолетней мерзлоты. Способ по первому варианту включает формирование открытых каналов-осушителей в виде единичных линейных выемок и укладку их в приканальной зоне и создание условий для беспрепятственного сброса избыточной влаги с водосборных полос в каналы выравниванием микрорельефа поверхности. При этом от осей и внешних бровок по отношению к водосборной полосе создаваемых каналов, вдоль них, нарезают борозды. Борозды нарезают через интервалы, равные их ширине с уменьшением глубины, от максимальных значений до минимальных - равных величине частного от деления максимальных глубин борозд на число борозд в пределах водосборных полос. Проводят интенсивные гидротермические мелиорации почвогрунтов полос путем выстаивания территории вплоть до ликвидации в них избыточного увлажнения и/или оглеения. После чего смещают кавальеры с целиков в смежные борозды, в направлении от осей и внешних бровок по отношению к водосборной полосе создаваемых каналов, формируя выпуклые поперечные профили поверхности водосборных полос. Способ по второму варианту включает углубление (очистку) открытых каналов-осушителей с укладкой зачищаемого грунта в приканальной зоне и формирование условий для беспрепятственного сброса избыточной влаги в каналы выравниванием микрорельефа водосборных полос. При этом непосредственно от бровок реконструируемых каналов или на расстоянии, обеспечивающем устойчивость целика, между каналами и ближайшими бороздами, вдоль них, нарезают борозды. Борозды нарезают так же, как и в первом варианте, после чего проводят интенсивные гидротермические мелиорации почвогрунтов путем выстаивания территории вплоть до ликвидации в них избыточного увлажнения и/или оглеения. Смещают кавальеры с целиков в смежные борозды, в направлении от каналов. Зачищают (углубляют) каналы. Укладывают грунтовый материал зачистки в первые, от бровки канала, борозды и формируют выпуклые поперечные профили поверхности водосборных полос. Улучшается дренаж и свойства почвогрунтов, включая ликвидацию оглеения, в период создания системы. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 пр.

1. Способ создания осушительной системы, включающий формирование открытых каналов-осушителей в виде единичных линейных выемок и укладку их в приканальной зоне и условий для беспрепятственного сброса избыточной влаги с водосборных полос в каналы выравниванием микрорельефа поверхности, отличающийся тем, что нарезают от осей и внешних бровок по отношению к водосборной полосе создаваемых каналов, вдоль них, борозды через интервалы, равные их ширине с уменьшением глубины, от максимальных значений до минимальных, равных величине частного от деления максимальных глубин борозд на число борозд в пределах водосборных полос, и проводят интенсивные гидротермические мелиорации почвогрунтов полос путем выстаивания территории вплоть до ликвидации в них избыточного увлажнения и/или оглеения, после чего смещают кавальеры с целиков в смежные борозды, в направлении от осей и внешних бровок по отношению к водосборной полосе создаваемых каналов, формируя выпуклые поперечные профили поверхности водосборных полос.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зоне многолетней мерзлоты выстаивают территорию далее, вплоть до создания необходимых размеров каналов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для сохранения почвенных ресурсов укладывают грунтовый материал зачистки в борозду с расчетом, чтобы сумма толщины слоев грунтового материала зачистки и почвенного материала кавальеров минимальной толщины равнялась глубине борозды, и смещают оставшиеся на периферии водосборных полос кавальеры минимальной толщины.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зоне многолетней мерзлоты выстаивают территорию далее, до создания необходимых уклонов поверхности водосборных полос.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зоне многолетней мерзлоты на участках с льдистыми многолетнемерзлыми грунтами выстаивают территорию системы до тех пор, пока верхняя граница многолетнемерзлых грунтов на водосборных полосах не будет залегать от их поверхности на расстоянии не менее прогнозной глубины сезонного оттаивания в расчетные по теплообеспеченности годы.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зоне многолетней мерзлоты при наличии термокарстовых понижений на водосборных полосах нарезают борозды только за пределами их, на положительных элементах микрорельефа.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зоне многолетней мерзлоты, для увеличения уклонов водоотводящих поверхностей водосборных полос, смещают кавальеры в борозды последовательно, начиная с наиболее удаленных от каналов, по мере достижения необходимых уклонов поверхности водосборных полос.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зоне многолетней мерзлоты при наличии на водосборных полосах органического материала напочвенных покровов (кочки, мох, очес, кустарнички) перед нарезкой борозд его измельчают и укладывают на водосборных полосах с уменьшением толщины к осушительным каналам.

9. Способ создания осушительной системы, включающий углубление (очистку) открытых каналов-осушителей с укладкой зачищаемого грунта в приканальной зоне и формирование условий для беспрепятственного сброса избыточной влаги в каналы выравниванием микрорельефа водосборных полос, отличающийся тем, что нарезают непосредственно от бровок реконструируемых каналов или на расстоянии, обеспечивающем устойчивость целика, между каналами и ближайшими бороздами, вдоль них, борозды через интервалы, равные их ширине с уменьшением глубины, от максимальных значений до минимальных, равных величине частного от деления максимальных глубин борозд на число их на водосборных полосах, и проводят интенсивные гидротермические мелиорации почвогрунтов путем выстаивания территории вплоть до ликвидации в них избыточного увлажнения и/или оглеения, после чего смещают кавальеры с целиков в смежные борозды, в направлении от каналов, зачищают (углубляют) каналы и укладывают грунтовый материал зачистки в первые, от бровки канала, борозды и формируют выпуклые поперечные профили поверхности водосборных полос.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что для сохранения почвенных ресурсов укладывают грунтовый материал зачистки в борозду с расчетом, чтобы сумма толщины слоев грунтового материала зачистки и почвенного материала кавальеров минимальной толщины равнялась глубине борозды, и смещают оставшиеся на периферии водосборных полос кавальеры минимальной толщины.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что в зоне многолетней мерзлоты выстаивают территорию далее, до создания необходимых уклонов поверхности водосборных полос.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что в зоне многолетней мерзлоты на участках с льдистыми многолетнемерзлыми грунтами выстаивают территорию системы до тех пор, пока верхняя граница многолетнемерзлых грунтов на водосборных полосах не будет залегать от их поверхности на расстоянии не менее прогнозной глубины сезонного оттаивания в расчетные по теплообеспеченности годы.

13. Способ по п.9, отличающийся тем, что в зоне многолетней мерзлоты при наличии термокарстовых понижений на водосборных полосах нарезают борозды только за пределами их, на положительных элементах микрорельефа.

14. Способ по п.9, отличающийся тем, что в зоне многолетней мерзлоты, для увеличения уклонов водоотводящих поверхностей водосборных полос, смещают кавальеры в борозды последовательно, начиная с наиболее удаленных от каналов, по мере достижения необходимых уклонов поверхности водосборных полос.

15. Способ по п.9, отличающийся тем, что в зоне многолетней мерзлоты при наличии на водосборных полосах органического материала напочвенных покровов (кочки, мох, очес, кустарнички) перед нарезкой борозд его измельчают и укладывают на водосборных полосах с уменьшением толщины к осушительным каналам.

16. Способ по п.9, отличающийся тем, что для ускорения отвода избыточных вод в период выстаивания территории смещают кавальеры в смежные с ними борозды на поперечниках водосборных полос, шириной, составляющей не менее ходовой системы применяемой землеройной техники (например, бульдозера) через определенные расстояния, в зависимости от степени увлажнения, после чего нарезают от создаваемых каналов, перпендикулярно им, временные линейные выемки с уменьшением глубины так, чтобы уровень ее дна был не выше дна борозд, а после сброса избыточной влаги смещают кавальеры во временные линейные выемки.