СПОСОБ ПРОТИВОЭРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ РЕЛЬЕФА НА ПОЛЬДЕРАХ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ ТРАВ Российский патент 2015 года по МПК E02B11/00 A01B13/16 

Изобретение относится к комплексной мелиорации агроландшафта и может быть применено для противоэрозионного обустройства пойм с уклонами земель по течению реки, подвергающихся длительным затоплениям.

Известен способ защиты склонов от эрозии, включающий поделку траншеи с валом, заполнение ее водопоглощающим материалом неорганического происхождения, размещение водоотводящих элементов по диагонали относительно основного уклона в противоположных направлениях и посадку древесных растений вблизи пересечения водопроводящих элементов, в верхней части склона закладывают лесную полосу, траншею с валом выполняют по нижней ее опушке, а водоотводящие элементы соединяют с траншеей и размещают в корнеобитаемом слое почвы на разных глубинах, используя для этого трубы с отверстиями, причем посадку древесных растений выполняют ниже мест пересечения труб, в зоне насыщения почвы влагой через отверстия труб (Авторское свидетельство СССР №1653553, кл. A01B 13/16, опубл. 07.06.1991).

Недостаток известного способа является то, что при длительном затоплении больших площадей появляется низкая эксплуатационная надежность из-за заиляемости траншеи осадками, выпадающими из затопленной воды и необходимости затем фильтрующего материала для сброса воды через трубы. Кроме того, система требует много фильтрующего материала по трассе траншеи и больших затрат при строительстве сбросных трубопроводов, так и при эксплуатации таких мелиоративных систем.

Известен также способ противоэрозионного дренажа склоновых земель, включающих обработку почвы поперек склона с образованием свалов и разъемных борозд и последующим выращиванием сельскохозяйственных культур в системе севооборота, посредством которых осуществляют задержание стока поверхностных вод, при этом сток избыточных поверхностных вод отводят закрытыми собирателями, установленными в одной вертикальной плоскости с ложбинами и впадающими в закрытый коллектор, размещенный вдоль склона, при этом расстояние Е между водоразделом и первым закрытым собирателем и между последующими закрытыми собирателями, при котором среднегодовой смыв почвы, средневзвешенный по севообороту, на верхней бровке траншеи шириной 1,0 м нижнего по склону закрытого собирателя не превышает средневзвешенный по севообороту нормы водной плоскости эрозии почвы, определяется по формуле, где учитывается и уклон склона (Патент РФ №24404557, кл. E02B 11/00, A01B 13/16, опубл. 20.01.2012).

Использование известного способа противоэрозионного дренажа склоновых земель для рельефа польдеровых земель, часто затопляемых, не может обеспечить из-за низкой эксплуатационной надежности, связанное с устройством закрытых собирателей, ограниченных пропускной способностью, когда необходимо сбросить водной поток с большой площади пойм рек. К тому же в известном способе необходимы трудоемкие и сложные гидравлические расчеты на площади между водоразделом и закрытым собирателем. Кроме того, эти площади использования, не могут находиться при длительном затоплении при попадании воды в толщу водоносного горизонта. Посадка растений также не учитывает большую влажность затопляемых площадей и отток большого количества воды в собиратели, чтобы предохранить почвы от эрозии. Все это вызывает необходимость в дополнительных эксплуатационных затратах.

Наиболее близким к изобретению является способ осушения польдеров, включающий последовательный сброс воды с площади польдера самотеком и механической откачкой, площади польдера разделяют на участки и сброс воды с них механической откачкой осуществляют поочередно с одновременным перепуском воды с участка на участок самотеком (Авторское свидетельство СССР №487980, кл. E02B 11/00, опубл. 15.10.1975).

Недостатком известного способа является потребность в насосной станции и трубопровода большого диаметра. Способ потребляет много дефицитной и дорогой энергии. Все это требует больших затрат при строительстве, как и при эксплуатации таких мелиоративных систем. К тому же в известном способе снижение поверхностного стока связано с конкретной схемой мелиоративной системы, которая имеет поперечную схему, с регулирующей сетью, которая должна отводит воду с помощью интенсивного дренажа избыточных грунтовых вод, оставшихся в почве после спада поверхностного объема стока, при этом ее плановое расположение вызывает засорение грунтом и ее эффективная работа быстро прекращается, что приводит к ухудшению осушения затопляемой площади. Кроме того, отсутствует возможность промывки системы и она становится дорогой, и усложняет эксплуатационную надежность из-за невозможности использовать уклон поймы реки, когда уровень воды непосредственно в самом русле реки постепенно падает до минимального - это происходит в июне - августе месяце года; высота снижается до 3-х метров и более; река приобретает крутые берега и маловодный характер, особенно в средней и верхней зоне своего течения, то есть отсутствует, как таковой, подпор поймы со стороны впадения ее в другой водный источник, с которой отводится поверхностный сток воды, достаточно большой по расходу. Перепад горизонтов воды между уровнем в реке и поверхностью земли, соответственно резко возрастает, поэтому возможен смыв почвы в проводящие каналы, и они заиливаются осадками, выпадающими из смываемой почвы, и необходимость механизированной очистки проводящих коллекторов. Другим недостатком является, как правило, поверхностный рельеф, создаваемый известной поперечной схемой таких земель, и выращиваемые травы (растения), оказывается, не дополучают влаги в засушливый период при полном объеме сброса стоков из толщи дренажных вод. Таким образом, появляется ускоренная водная, как плоскостная эрозия почв, так и быстрый внутренний отток воды из почвы. При этом все эти факторы зависят от длины, ширины и уклона поймы.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в предотвращении размыва берегов проводящих каналов в результате эрозии и улучшении влагообеспеченности травостоя на сенокосно-пастбищных землях с положительными уклонами, а также снижении ущерба природе, эксплуатационных затрат и увеличении срока службы коллекторов. В общем, можно отметить, что задача, решаемая изобретением, заключается в повышении эффективности противоэрозионных мер на уклонных пойменных землях.

Технический результат, полученный от решения поставленной задачи, заключается в отводе избыточных поверхностных вод и повышении эффективности осушения за период отрастания трав за счет улучшения сброса грунтовых вод с территорий, подвергающихся длительным затоплениям, которые предназначены для выращивания трав для сенажа, создании мощного естественного слоя почвы и, как следствие, в повышении урожайности естественных сенокосов трав, выращиваемых в поймах рек, рельеф которых имеет уклон параллельно течению реки.

Поставленная в изобретении задача решена тем, что способ противоэрозионной защиты рельефа на польдерах для выращивания трав, включающий сброс воды с площади польдеров, разделяют на участки и сброс с них осуществляют проводящими каналами, площадь польдеров разделяют на полосовые ленты шириной 50-60 м друг от друга параллельно течению реки по продольной схеме, посредством которых осуществляют задержание стока поверхностных вод, дополнительно сток избыточных поверхностных вод и фильтрующий из толщи почвы отводят открытыми сбросными коллекторами, размещенных вдоль уклона реки, при этом осуществляя выпуск грунтовых вод из полосовых лент через пологие откосы коллектора с одновременной сомоочисткой их от накопившегося грунта за период затопления, коллектора которых размещены по границам полосовых лент, по берегам их на верхней бровке коллектора шириной 1,0 м высаживают почвозащитные кустарниковые насаждения, причем сбросные коллекторы соединяют с собирательным открытым сбросным каналом, в конце которого устраивают укрепляющее сооружение, при этом собирательный сбросной канал устраивается с уклоном вниз к реке с удалением от мест сбора дренажной воды, в таком месте, где отсутствует его влияние на подтопление коллекторов.

Кроме того, верхние бровки коллектора оставляют шириной 1,0 м вдоль длины размещения кустарниковых насаждений.

Кроме того, продольная схема размещения полосовых лент может дополнительно содержать тупиковые открытые концевые сбросы коллекторов, выполненные глубокими, с возможностью накапливать максимальный поверхностный сток и фильтрующий из толщи почвы, учитывая большое снижение уровня горизонта воды в реке в маловодные сухие годы.

Изобретение иллюстрируется чертежом, поясняющим предложенный способ.

На чертеже, фиг. 1, схематично изображена польдерная система для осуществления описываемого способа; на фиг. 2 приведен поперечный разрез по ширине полосовой ленты с открытыми сбросными коллекторами в вертикальной плоскости; на фиг. 3 приведен вариант схематичного выполнения тупиковыми открытыми концевыми сбросами коллекторов, план.

По ширине поймы по длине реки определяют границы периодического длительного затопления и контур площади 1. Затем в пределах известных границ измеряют ширину поймы от берега реки в сторону ее границы возможного подтопления и делают продольную схему объекта. Создают полосовые ленты шириной 50-60 м. Известными землеройными машинами прокладывают вдоль реки и с прямым уклоном параллельные открытые сбросные коллекторы относительно течения реки, выдерживая параллельную схему мелиоративной сети. Ширина коллектора по дну зависит от ширины рабочего органа механизма, которым она выполняется и может составлять не менее 1,0 м и более. Для лучшего поверхностного стока и выхода из толщи грунта коллектор выполняют с профилем трапециевидного сечения, большим основание вверх, верхние бровки коллектора остаются шириной 1,0 м вдоль его длины для размещения кустарниковых насаждений, с величиной заложения откосов, равной 1:2 или 1:3. Водопоглощаемость затопляемой площади зависит от фильтрационных свойств почвы в пойме реки. На основе географического положения и уклона поверхности периодически затопляемой площади это может влиять на нормы водной плоскостной эрозии почвы.

Концевые участки коллекторов 2 соединены с самотечным собирательным открытым каналом 3 с уклоном вниз и самотеком соединяют с рекой, в сторону удаления от мест сбора дренажной воды. На участках в местах подключения канала 3 в реку устраивают укрепляющие сооружения 4, предохраняющие размыв берега реки от впадающего потока с вышележащего каскада коллекторов 2 посредством самотечного собирателя открытого канала 3. Отрывку коллекторов 2 и самотечного открытого канала 3 производят не глубже водораздела уровня воды в реке, что позволяет не допускать влияние подпора речного стока воды с учетом влияния на декомпрессионную амплитуду колебаний уровня грунтовых от сложившихся почвогрунтов, освобожденных от подтопления площадей в летний период (июнь - август месяц). Создание двускатного профиля полосовых лент в сторону сбросных коллекторов 2 по верхней бровке шириной до 1,0 м укрепляют посадкой кустарниковых насаждений (растений), а сами стенки - откосы открытых коллекторов делаются пологими, что позволяет сохранить откосы коллекторов от разрушения, которые в первый год эксплуатации, после строительства, укрепляют посевами многолетних трав.

Протяженность водопоглощающего коллектора L зависит от следующих величин: величины заложения откосов m; расстояния l между коллекторами с полосовой лентой (картой); величины объема накопленных подземных вод Q в толще подземных вод и ее декомпрессионной амплитуды колебаний уровня, что зависит от фильтрационных свойств почвы; уклона i дна коллектора.

При таком расположении водозадерживающих препятствий, поверхностный сток, сразу весь не переливается через верхнюю бровку коллекторов по обе стороны полосовых полос шириной 50-60 м, и воды поглощаются в толщу грунтовых вод, а другая часть воды стекает медленно в открытые сбросные коллекторы ручейками, т.е. концентрируется приколлекторной кустарниковой полосы в полосовой ленте затопляемой площади, при этом одновременно вода, проникая вглубь почвы (в ее толщу), накапливается на водозадерживающей полосовой площади с кустарниковой растительностью размещенных по берегам бровок коллекторов, в результате чего уменьшаются потери питательных веществ, находящихся воде, и происходит накапливание влаги в почве, что необходимо для лучшего развития естественных сенокосных трав в период их созревания (июль - август месяц), когда уровень в реке начинает падать, а берега ее становятся достаточно высокими (более 3 м). Это обеспечивает расширение воспроизводство плодородие почвы и повышение урожайности трав на сенокосно-пастбищных землях.

Просочившаяся сквозь откосы (стенки) коллекторов вода очищается от растворенных загрязняющих ингредиентов и за счет фильтрации с полосковых лент (карт) по обе стороны, тем самым увеличивается влагообеспеченность для роста трав на полосковых лентах, в частности, в тех случаях, когда наступает большой температурный режим - в летний период с наступлением сухого лета.

Вариант выполнения тупиковыми открытыми концевыми сбросами коллекторов (фиг. 3) имеют искусственное углубление в виде накопителей-емкостей, располагаемых ниже полосковых лент с уклоном вниз в сторону естественного рельефа поймы. В зависимости от фильтрационных свойств почвогрунтов поймы накопленная вода после полосовой ленты вода в течение некоторого времени (в летний период) впитывается и поступает в толщу подземных вод, и далее фильтруется в реку, когда уровень горизонта воды от берега реки понижается на заданной (например, 4 м и более) глубине от поверхности поймы. Снижение воды в концевой части коллекторов будет осуществляться за счет снижения УГВ в реке в зависимости от маловодного сезона наступления сухого лета.

Вода из почвы просачивается через пологие откосы и отводится коллекторами 2 с уклонами, и с накоплением избыточного количества воды сбрасывается по собирательному каналу 3, это способствует их промывке большим расходом воды, что устраняет опасность полного заиления, при этом скорости течения должны быть меньше критических, не заиляемые, которые определяются расчетным путем по известным в гидравлике формулам и по строительным нормам (в соответствие со СНиП).

Пример (практические наблюдения)

Практика показала, например, что в р. Нерль до ее впадения в реку Клязьма, Владимирская область, на расстоянии до 5 км, образует пойму шириной до 500 м с крутыми берегами, с выраженным выше уклоном по течению реки, которая может использоваться для предложенного способа и исключить водную плоскостную эрозию почвы для сбора трав хорошего качества.

Использование предлагаемого способа противоэрозинной защиты рельефа на польдерах обеспечивает перехват и части поглощения поверхностного стока, водные потоки которых возникают после половодья рек (их спада до минимального уровня), то есть там, где сами реки входят в свое естественное созданное русло реки, вдоль границы приколлекторных кустарниковых полос, имеющих продольные уклоны, с эрозионными объектами (сенокосно-пастбищная пойма), предотвращение размыва берегов рек и бровок коллекторов; повышение влагообеспеченности полосовых лент затопляемой площади после медленного спада уровня в реке за счет воды, просачивающейся через капиллярную скважность - вода поглощается и поступает в толщу подземных вод, и проходит инфильтрацию по корням кустарниковых насаждений, излишки которой также выходят через пологие откосы открытого коллектора постепенно за период отрастания луговых трав под сенокосно-пастбищное использование; уровень грунтовых (УГВ) вод будет снижаться, соответственно, будет использоваться аккумулирующая площадь пойм, влияющая на рост травостоя, при этом предложенный способ обеспечивает расширение воспроизводство плодородия почвы и повышение урожайности трав на затопляемых польдерах.

Таким образом, использование полосовых лент, ограниченных коллекторами с пологими откосами и предусмотренных дополнительных полос для кустарниковых насаждений, которые обеспечивает укрепление корнями почвы с возможностью исключения быстрого максимального поверхностного стока длительной повторяемости и очистку поверхностного стока от взвесей и загрязняющих ингредиентов на полосовой ленте (карте) с капиллярной скважностью при сложившейся толщи водоносного горизонта и почвы, при этом непосредственно сам уровень в реке постепенно спадает до минимального уровня в зависимости от сезонности года и жаркого лета.

Изобретение относится к комплексной мелиорации агроландшафта и может быть применено для противоэрозионного обустройства пойм с уклонами земель по течению рек, подвергающихся длительным затоплениям. Способ включает сброс воды с площади польдеров, которые разделяют на полосовые ленты шириной 50-60 м. Вдоль реки прокладывают с прямым уклоном открытые сбросные коллекторы 2 между полосовыми лентами. Для лучшего поверхностного стока и выхода из толщи грунта воды коллекторы 2 выполняют профилем трапециевидного сечения большим основанием вверх. Верх бровки коллекторов 2 остается шириной 1,0 м, вдоль его длины размещают кустарниковые насаждения. Выпуск грунтовых вод из полосовых лент осуществляют через пологие откосы коллекторов 2 с одновременной самоочисткой их от накопившегося грунта. Краям полосовых лент придают двускатный профиль в виде пологих откосов открытых сбросных коллекторов 2 с положительным уклоном параллельно течению реки. По границам полосовых лент, а именно по бровкам коллектора шириной 1,0 м, высаживают почвозащитные кустарниковые насаждения. Коллекторы 2 соединяют с собирательным открытым сбросным каналом 3 с уклоном вниз к реке в сторону удаления от мест сбора дренажной воды в таком месте, где отсутствует его влияние на подтопление коллекторов. В конце сбросного канала 3 устраивают укрепляющие сооружения 4. Такая технология позволит выполнить отвод избыточных поверхностных вод и гравитационной воды из толщи почвенного слоя, выровнить плодородие сенокосов-пастбищных земель между открытыми сбросными коллекторами, создать мощный травостой и, как следствие обеспечить расширение воспроизводства плодородия и повысить урожайность трав, выращиваемых на польдерах, подвергающихся длительным затоплениям. При сбросе излишков воды верховодки при затоплении площадей кустарниковые насаждения позволяют осуществлять сброс воды ручейками в коллекторы, а положительный уклон коллекторов параллельно течению реки позволяет провести эффективную прочистку потоком воды полости коллекторов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ противоэрозионной защиты рельефа на польдерах для выращивания трав, включающий сброс воды с площади польдеров, которую разделяют на участки и сброс с них осуществляют проводящими каналами, отличающийся тем, что площадь польдеров разделяют на полосовые ленты шириной 50-60 м друг от друга параллельно течению реки по продольной схеме, посредством которых осуществляют задержание стока поверхностных вод, дополнительно сток избыточных поверхностных вод и фильтрующий из толщи почвы отводят открытыми сбросными коллекторами, размещенными вдоль уклона реки, при этом осуществляя выпуск грунтовых вод из полосовых лент через пологие откосы коллекторов с одновременной самоочисткой их от накопившегося грунта за период затопления, коллекторы которых размещены по границам полосовых лент, по берегам их на верхней бровке коллектора шириной 1,0 м высаживают кустарниковые насаждения, причем сбросные коллекторы соединяют с собирательным открытым сбросным каналом, в конце которого устраивают укрепляющие сооружения, при этом собирательный сбросной канал устраивается с уклоном вниз к реке в сторону с удалением от мест сбора дренажной воды в таком месте, где отсутствует его влияние на подтопление коллекторов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что верхние бровки коллектора оставляют шириной 1,0 м вдоль его длины для размещения кустарниковых насаждений.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что продольная схема размещения полосовых лент может дополнительно содержать тупиковые открытые концевые сбросы коллекторов, выполненные глубокими, с возможностью накапливать максимальный поверхностный сток и фильтрующий из толщи почвы, учитывая большое снижение уровня горизонта воды в реке в маловодные сухие годы.