Способ борьбы с линейной эрозией Советский патент 1992 года по МПК A01B13/16 C09K17/00 

Изобретение относится к сельскому хо зяйству и может быть использовано в земледелии и ландшафтоведении для защиты склоновых земель от эрозионного разрушения, включая их последующую рекультивацию.

В борьбе с почвенной эрозией применяют защитные покрытия, состоящие из волокнистых материалов.

Волокнистые материалы наносят на защищаемую поверхность либо в виде массы коротких и не связанных в единую систему волокон, либо в виде связанного из штапе- лированных волокон листового нетканого полотна.

Недостатки данного способа проявляются при использовании его на склонах с целью закрепления промоины от дальнейшего размыва. Покрытие из свободных коротких волокон не выдерживает потоков воды. Вместе с рыхлым грунтом оно по частям размывается и смывается. Листовое покрытие из связанных штабелированных волокон из-за недостаточного сцепления с грунтом плохо удерживается на его поверхности, поэтому во избежание сноса ветром и смыва водой возникает необходимость в его дополнительной фиксации. Но и в этом случае вследствие неровности микрорельефа субстрата под него подтекает вода и оно частично или полностью смывается водными потоками, а грунт под ним продолжает размываться. Эффективность закрепления промоины от этого существенно снижается. Целью изобретения является повышение защитного действия противоэрозионного покрытия и упрощение его создания.

S

ел ел

Цель достигается тем, что в качестве волокнистого материала используют тексту- рированный штапельный жгут элементарных химических волокон, который расправляют в поперечном направлении до образования однослойного паутинообразного холста плотностью 15 г/м и выстилают им в направлении продольной оси эродированный участок с прилегающими к нему участками, не подвергнутыми эрозионному разрушению,

Предприятиями химических волокон в большом количестве производится в качестве промежуточного продукта, идущего на текстильную переработку, текстурирован- ный штапельный жгут, представляющий собой компактный пучок (до нескольких десятков тысяч) непрерывных и в то же время извитых элементарных химических волокон. Отрезок жгута, если попытаться расправить (растянуть) его в поперечном направлении, тотчас меняет свою структуру. Цепляясь друг за друга и переплетаясь между собой, составляющие его волокна образуют ажурную паутинообразную конструкцию-холст, элементы которого сохраняют преимущественно параллельное расположение. Объемность холста можно изменять в широких пределах, регулируя степень расправления жгута и добиваясь всевозможных переходов от двухмерной к трехмерной модификации. Жгут сравнительно легко расщепляется на более тонкие пучки волокон (из которых он и комплектуется в процессе изготовления), что позволяет регулировать параметры конструкции по ширине захватываемого ею участка.

Важнейшая особенность получаемого из жгутового волокна паутинообразного холста состоит в том, что он в силу тонины и извитости волокон вступает в прочное сцепление с любыми неровностями (шероховатостями) микрорельефа. Приложенный к грунту он в отличие от упомянутого листового нетканого полотна немедленно соединяется с ним по принципу репейника и, поскольку состоит из непрерывных нитей, связанных между собой воедино, не смещается под действием внешних сил (не смывается и не сдувается). Прочность сцепления еще больше возрастает после орошения покрытия. В этом случае волокна влипаются в размокший грунт. После высыхания происходит цементирование и образуется прочный композит, матричная основа которого (грунт) армирована и упрочнена переплетением волокон. Армирующая система связывает частицы грунта воедино, создавая силовой остов, воспринимающий нагрузку по достижении определенной деформации.

В силу этого разрушение грунта под действием эрозионных факторов останавливается.

Существенное значение при этом имеет

ориентация холста образующими его волокнами в направлении продольной оси промоины, т.е. в направлении водотока. В таком положении покрытие оказывает минимальное сопротивление водотоку. Стекающая

вода (при таянии снега или выпадении дождей) свободно скользит по ворсу. При этом не образуются турбулентные завихрения, способствующие размыву грунта и смещению покрытия вследствие повышенного силевого воздействия воды на обтекаемый объект, вероятность чего при поперечном расположении волокон возрастает.

Поскольку такое покрытие плотно взаимодействует по всей его поверхности контакта с грунтом, то в отличие от листового нетканого полотна вода под него не подтекает и око не нуждается также в дополнительном креплении от ветра. В то жевремя в отличие от массы коротких и не связанных

в единую систему волокон покрытие не размывается по частям, поскольку составляющие его элементы представляют единую взаимосвязь.

Снабженный им участок грунта немедленно стабилизируется в отношении дальнейшего размыва. Создаются условия, способствующие в последующем его задер- нению. Во-первых, паутина хорошо удерживает распространяющиеся естественным путем семена растений (в силу упомянутого эффекта сцепления). Во-вторых, она оказывает заметное сопротивление двулопаст- ным проросткам двудольных растений,

вызывает их деформацию и задержку роста, но в то же время нисколько не препятствует прорастанию однодольных, шиловидные всходы которых проходят сквозь паутину (прошивают ее). Так что формирование фитоценоза на защищенном участке идет в направлении преимущественного приживления дернообразующих растений. Это обстоятельство предполагает с целью интенсификации задернения специально

использовать посев дернообразующих трав (овсяница, костер и др.) перед наложением покрытия. Если на склоновых участках семена обычно смываются дождевыми потоками вместе с рыхлым грунтом, то при наличии

паутины они прочно удерживаются и прорастают. Прошивая и пришивая волокнистое покрытие к грунту, травы еще более усиливают анкерную связь с ним и, следовательно, почвозащитный эффект покрытия, ос юенно на сухих сыпучих грунтах, связь с

которыми волокнистого покрытия сама по себе может быть недостаточно сильной.

Начальные формы проявления линейной эрозии, т.е. образующиеся на склонах промоины, необходимо срочно стабилизи- ровать, закрепить от дальнейшего размыва, а известные операции по их полной ликвидации (засыпка грунта, выполаживание, за- дернение) произвести позднее в более удобное время. Если не принять своевре- менно предупредительные меры, промоина быстро прогрессирует в овраг и объем работ по его выполаживанию, как и ущерб земле, многократно возрастает.

Предложенное техническое решение позволяет осуществить эту задачу предельно простыми средствами и в удобной для исполнения форме. Трансформация отрезка жгута в паутинообразный холст и аппликация его на поврежденный участок грунта не представляют особого труда. Получаемое таким образом защитное покрытие легко привести в полное соответствие с размерами и формой защищаемого участка, поскольку эластичное паутинообразное по- крытие повторяет любые очертания рельефа, что одновременно упрощает операции по его созданию. Плотность защитного покрытия по заявленному способу можно регулировать при необходимости (в зависимости от величины водосбора, напора воды, физико-механических особенностей грунта и т.п. факторов) степенью расправления жгута в ходе операции, что недостижимо яри использовании извест- ных решений.

Для осуществления способа пригоден весь ассортимент (по линейной плотности) выпускаемых химической промышленностью жгутовых волокон. Он лежит примерно в интервале 0,11-1,67 текс и объединяется понятием элементарные химические волокна. Однако с приближением линейной плотности волокон к этим границам возникают нежелательные эффекты. С уменьшением линейной плотности волокон становится труднее трансформировать жгут в равномерную по распределению волокон структуру (возрастает эффект свойлачивания волокон). Одни участки структуры получают- ся с избытком волокон, тогда как другие - с их недостатком. С увеличением линейной плотности волокон падает их чувствительность к шероховатостям микрорельефа (эффективность сцепления с ним) и возрастает расход полимера на единицу площади. Эти отклонения практически мало заметны в интервале 0,33-1 текс. Отсюда не следует, од- нако, что волокна, выходящие за пределы этого интервала (но остающиеся в границах

понятия элементарные химические волокна), не могут быть использованы в целях осуществления предложенного решения.

Длина отрезка жгута, используемого при выстилке промоины, должна быть не менее длины промоины и даже превышать ее на 50-70 см с обеих сторон (для соединения волокнистого покрытия с участками грунта, еще не подвергшимися эрозионному разрушению, и предупреждения дальнейшего роста промоины по длине). В этом интервале отрезок жгута должен быть непрерывным. В противном случае не исключены размывание грунта на стыке более коротких отрезков, сдувание ветром участков покрытия, наложенных друг на друга (черепицеобразно), и т.п. нежелательные эффекты, Покрытие лишь тогда надежно удерживается на субстрате и, следовательно, решает задачу стабилизации промоины, когда оно представляет собой единую (на всей защищаемой поверхности) взаимосвязанную волокнистую систему.

Отрезок жгута необходимо и достаточно расправлять в поперечном направлении до образования однослойного холста, что и будет соответствовать паутинообразному состоянию волокнистого покрытия Если используемый жгут настолько объемен (по количеству элементарных химических волокон промышленность выпускает различные жгуты), что после его расправления на ширину промоины, включая закраины, остается избыток материала, то последний отщепляют продольно для последующего использования или же жгут предварительно расщепляют аналогичным образом на более тонкие пучки волокон (из которых он и комплектуется в процессе изготовления) с выделением пучка волокон, достаточного для образования требуемого по ширине однослойного холста. Объем необходимого пучка волокон легко определяется на месте экспериментально в зависимости от морфометри- ческих параметров промоины. Особой точности в дозировании волокон при этом не требуется. Важно, чтобы образовалась однослойная (двухмерная) структура - холст, способная всей поверхностью контактировать с защищаемым субстратом. А для этого достаточна плотность холста, равная 15 г/м ..

Способ осуществляется в следующем порядке..

Берут отрезок текстурированного штапельного жгута элементарных химических волокон, длина которого несколько превышает длину промоины с тем, чтобы края защитного покрытия выступали за пределы промоины по длине на 50-70 см. Этот отрезок расправляют (растягивают) в поперечном направлении до образования ажурного паутинообразного холста, который свободно, без натяжения накладывают на эродиро- ванную поверхность, повторяя ее очертания, а также захватывая при этом не затронутые эрозией запредельные участки грунта (в том числе и по ширине промоины на 30-50 см), ориентируя покрытие составляющими его волокнами в направлении продольной оси промоины, т.е. водотока. При этом происходит сцепление паутины с неровностями микрорельефа грунта. Для усиления этого эффекта целесообразно орошение покрытого участка с последующим прикатыванием. При этом внутренний слой волокон покрытия соединяется с размокшим почвогрунтом и монолитизируется с ним в процессе высыхания.

Тем самым промоина стабилизируется, ее дальнейший размыв прекращается, и в таком законсервированном состоянии она может оставаться до того, как появится возможность ее окончательной доработки, предусматривающей выполаживание. Если промоина не глубока и расположена на пахотных землях, то перед ее выполаживани ем волокнистое покрытие удаляют во избежание помех почвообрабатывающим механизмам. Затем осуществляют засыпку промоины грунтом и прочие операции в соответствии с существующими правилами. В иных случаях засыпку грунта производят поверх покрытия, затем осуществляют посев дернообразующих трав, после чего вторично наносят аналогичное покрытие с последующим орошением или без негр в зависимости от характера грунта. .

В тех случаях, когда засыпка промоины грунтом не предусматривается (размеры промоины столь малы, что этим можно пренебречь) или же ее восстановление, включающее засыпку грунта, отодвигается на более поздние сроки, посев дернообразующих трав целесообразен и перед наложением основного покрытия.

Защитное покрытие временно выполняет функции дернины. По мере прорастания трав происходит естественное задернение стабилизированного участка. При этом жгутовое волокнистое покрытие может функционировать в течение нескольких лет, в зависимости от прочностных показателей волок нообразующе го полимера, до полной его деструкции под действием естественных факторов. Тем самым удается не только приостановить развитие линейной эрозии, но и осуществить полное восстановление размытых участков на склонах.

Испытание способа, подтверждающее его эффективность, проведено на отвалах вскрышных пород (суглинки), где после дождей обычно возникают многочисленные

параллельные промоины. Для чистоты и точности опытов пользовались смоделированными промоинами, имевшими стандартные параметры: длина 2 м, ширина 30 см, глубина 15 см. Из них были скомплектованы различные варианты опытов, результаты которых отражены в табл. 1-3.

В табл. 1 дана сравнительная эффективность предлагаемого и известного способов по стабилизации промоин от дальнейшего

размыва. Использованы волокна линейной плотностью 0.33 текс.

Из данных табл. 1 следует, что цель изобретения достигается как при использовании гидрофобных, так и при использовании

гидрофильных химических волокон (варианты 1 и 2). При норме расхода волокон менее 15г/м наблюдается снижение противоэро- зионной эффективности покрытия (варианты 6 и 7), тогда как при норме расхода

20 г/м и более эффективность покрытия остается на уровне 15 г/м2 (варианты 8 и 9). В табл. 2 дана сравнительная эффективность предлагаемого и известного способов при восстановлении промоины (по пп. 2 и 3

формулы). Использованы полиэфирные волокна линейной плотностью 0,33 текс. Промоины предварительно стабилизированы по п. 1 формулы. Для сплошного посева дернообразующих трав использована смесь

семян овсяницы луговой и костра безостого 2 г/м2.

Из данных табл. 2 следует, что заявленный способ (варианты 3 и 4) обладает суще- ственными преимуществами по

восстановлению промоины с использованием засыпки ее грунтом и посева дернообразующих трав по сравнению с известным способом (варианты 5 и 6).

В табл. 3 дана противоэроэионная оценка элементарных химических волокон, различающихся по, линейной плотности и гидрофобнрсти (по методу Швебса), которая проведена на склоне крутизной 9° с нормой расхода волокон 15 г/м .

Из данных табл. 3 следует, что эрозионная устойчивость грунта, стабилизированного элементарными химическими волокнами (варианты 1-5), резко возрастает в сравнении с открытым грунтом (вариант 6).

С другой стороны, эффективность волокон, различающихся по линейной плотности (варианты 1-3) и по гидрофобности (варианты 1 и 4), находится в этом отношении практически на одном уровне (различия между ними по эрозиоиной устойчивости не существенны).

Формула изобретения 1. Способ борьбы с линейной эрозией, включающий создание на повреждённом участке склона защитного покрытия из волокнистых материалов, отличающийся тем, что, с целью повышения защитного действия противоэрозионного покрытия и упрощения его создания, в качестве волокнистого материала используют текстуриро- ванный штапельный жгут элементарных химических волокон, который расправляют в поперечном направлении до образования

однослойного паутинообразного холста плотностью 15 г/м2 и выстилают им в направлении продольной оси эродированный участок с прилегающими к нему участками, не подвергнутыми эрозионному разрушению.

2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что на предварительно нанесенное противоэрозионное покрытие наносят

грунт, а затем операцию создания противоэрозионного покрытия повторяют.

3.Способ по пп. 1 и 2, от личающий- с я тем, что перед созданием противоэрозионного покрытия производят посев дернообразующих трав.

Использование: для защиты склоновых земель от эрозионного разрушения. Сущность изобретения заключается в выстилании на эродированный участок в направлении его продольной оси с прилегающими к нему участками, не подвергнутыми эрозионному разрешению, текстурированного штапельного жгута элементарных химических волокон, предварительно расплавленного в поперечном направлении до образования однослойного паутинообразного холста плотностью 15 г/м , Кроме того, возможно нанесение грунта на предварительно нанесенное противоэрозионное покрытие с последующим повторением операции создания противоэрозионного покрытия, а также посев дернообразующих трав перед созданием противоэрозионного покрытия. 2 з.п. ф-лы, 3 табл. СО с

Норма расхода волокон 15 г/ Предлагаемый

1Гидрофобные полиэфирные волокна

2Гидрофильные вискозные волокна

Известный

3Покрытие из свободных отрезков волокон

4Покрытие из листового нетканого материала

5Без покрытия

Норма расхода волокон, г/м , по предлагаемому способу

610

75

820

925

На исходом уровне

На исходном уровне

99,3±15,7 И,112,8 7±2,9

87120,57,5 + 1,45,5+2,2

105,4 + 21,9 9 + 1,76,411,9

25,4+5,7 4,3±0,7 3,1 + 0,9 37,1 + 7,9 6,6±1,6 4,5+ПЗ

На исходном уровне

На исходном уровне

Вариант

Способ покрытия

1Засыпка промоины грунтом

Предлагаемый

2П.1 ф-лы + посев дернообра- зующих трав

3П.1 формулы + волокнистое покрытие

k Пп. 1 и 2 формулы волокнистое покрытие

Известный

5Пп.1.и 2 формулы + покрытие из свободных отрезков волокон

6Пп. 1 и 2 формулы + покрытие из листового нетканого материала

Эффективность покрытия

Грунт смыт до волокнистого покрытия вместе с семенами трав

Грунт сохранен на исходном уровне

Грунт сохранен на исходном уровне. Семена проросли в количестве 4,1 /см , что соответствует норме высева. Всходы трав свободно прошли сквозь покрытие

Грунт смыт вместе с меменами до волокнистого покрытия

Грунт смыт на . Семена проросли в количестве 0,9/см , что ниже нормы высева

Таблица 3