В геотехнической инженерии контроль уровня грунтовых вод — это практика контроля высоты уровня грунтовых вод с помощью дренажа . Его основные применения — на сельскохозяйственных землях (для повышения урожайности с использованием сельскохозяйственных дренажных систем ) и в городах для управления обширной подземной инфраструктурой , которая включает фундаменты больших зданий, подземные транзитные системы и обширные коммунальные сети ( водопроводные сети , канализация , ливневые стоки и подземные электрические сети ).
Подземный дренаж земель [1] направлен на регулирование уровня грунтовых вод на изначально заболоченных землях на глубине, приемлемой для цели, для которой земля используется. Глубина уровня грунтовых вод с дренажем больше , чем без него.
В дренаже сельскохозяйственных земель целью контроля уровня грунтовых вод является установление глубины уровня грунтовых вод (рисунок 1), которая больше не будет отрицательно влиять на необходимые сельскохозяйственные операции и урожайность (рисунок 2, созданный с помощью модели SegReg , см. страницу: сегментированная регрессия ).
Кроме того, дренаж земель может помочь в контроле засоления почвы . Гидравлическая проводимость
почвы играет важную роль в проектировании дренажа.
Разработка критериев сельскохозяйственного дренажа [3] необходима для того, чтобы дать проектировщику и управляющему дренажной системой цель, которую необходимо достичь с точки зрения поддержания оптимальной глубины уровня грунтовых вод.
Оптимизация глубины уровня грунтовых вод связана с выгодами и затратами на дренажную систему (рисунок 3). Чем меньше допустимая глубина уровня грунтовых вод, тем ниже стоимость дренажной системы, которую необходимо установить для достижения этой глубины. Однако снижение изначально слишком мелкой глубины путем осушения земель влечет за собой побочные эффекты . Их также необходимо учитывать, включая затраты на смягчение негативных побочных эффектов. [3]
Оптимизация конструкции дренажа и разработка критериев дренажа обсуждаются в статье, посвященной исследованию дренажа .
На рисунке 4 показан пример влияния глубины дренажа на засоленность почвы и различные параметры орошения/дренажа, смоделированные программой SaltMod . [4]
Исторически дренаж сельскохозяйственных земель начинался с рытья относительно неглубоких открытых канав, которые принимали как сток с поверхности земли, так и отток грунтовых вод . Таким образом, канавы имели как поверхностную, так и подземную дренажную функцию.
К концу 19-го века и началу 20-го века стало очевидным, что канавы являются помехой для сельскохозяйственных работ, и канавы были заменены закопанными линиями глиняных труб (плиток), каждая плитка длиной около 30 см. Отсюда и термин « плиточный дренаж ».
С 1960 года начали использовать длинные, гибкие, гофрированные пластиковые ( ПВХ или ПЭ ) трубы, которые можно было эффективно установить за один проход с помощью траншейных машин . Трубы можно было предварительно обернуть оболочкой из материала, такого как синтетическое волокно и геотекстиль , который предотвращал попадание частиц почвы в дренажи.
Таким образом, дренаж земель стал мощной отраслью. В то же время сельское хозяйство стремилось к максимальной производительности, поэтому установка дренажных систем шла полным ходом.
В результате крупномасштабных разработок многие современные проекты дренажа были перепроектированы , [5] в то время как негативные экологические побочные эффекты были проигнорированы. В кругах, обеспокоенных окружающей средой, профессия дренажа земель приобрела плохую репутацию, иногда справедливо, иногда неоправданно, особенно когда дренаж земель путали с более всеобъемлющей деятельностью по рекультивации водно-болотных угодий . В настоящее время в некоторых странах тенденция жесткой линии изменилась на противоположную. Кроме того, были введены контролируемые или управляемые дренажные системы, как показано на рисунке 5 и обсуждается на странице: Дренажная система (сельское хозяйство) .
Проектирование систем подземного дренажа с точки зрения компоновки, глубины и расстояния между дренажами часто выполняется с использованием уравнений подземного дренажа с такими параметрами, как глубина дренажа, глубина уровня грунтовых вод, глубина почвы, гидравлическая проводимость почвы и сброс дренажа. Сброс дренажа определяется из сельскохозяйственного водного баланса .
Расчеты могут быть выполнены с использованием компьютерных моделей, таких как EnDrain, которая использует гидравлический эквивалент закона Джоуля в электричестве. [6]
Подземный дренаж грунтовых вод также может быть выполнен с помощью насосных скважин ( вертикальный дренаж, в отличие от горизонтального дренажа). Дренажные скважины широко использовались в Программе контроля засоленности и рекультивации (SCARP) в долине Инда в Пакистане . Хотя опыт не был слишком успешным, осуществимость этой технологии в районах с глубокими и проницаемыми водоносными горизонтами не следует сбрасывать со счетов. Расстояние между скважинами в этих районах может быть настолько большим (более 1000 м), что установка систем вертикального дренажа может быть относительно дешевой по сравнению с горизонтальным подземным дренажем (дренаж трубами, канавами, траншеями на расстоянии 100 м или меньше). Для проектирования поля скважин для контроля уровня грунтовых вод может быть полезна модель WellDrain [7] .
Классификация дренажных систем приведена в статье Дренажная система (сельское хозяйство) .
Большинству культур необходим уровень грунтовых вод на минимальной глубине. [10] Для некоторых важных продовольственных и волокнистых культур была создана классификация [11], поскольку на меньшей глубине урожайность культур снижается. [12]