В геотехнической инженерии контроль уровня грунтовых вод представляет собой практику контроля высоты уровня грунтовых вод с помощью дренажа . Его основное применение - на сельскохозяйственных угодьях (для повышения урожайности сельскохозяйственных культур с использованием сельскохозяйственных дренажных систем ) и в городах для управления обширной подземной инфраструктурой , включающей фундаменты крупных зданий, подземные транспортные системы и обширные инженерные коммуникации ( сети водоснабжения , канализации , ливневой канализации ). водостоки и подземные электрические сети ).
Подземный дренаж земель [1] направлен на контроль уровня грунтовых вод в первоначально заболоченных землях на глубине, приемлемой для целей, для которых используется земля. Глубина грунтовых вод с дренажем больше , чем без него.
При осушении сельскохозяйственных земель целью контроля уровня грунтовых вод является установление глубины уровня грунтовых вод (рис. 1), которая больше не будет негативно влиять на необходимые сельскохозяйственные операции и урожайность сельскохозяйственных культур (рис. 2, выполненный с помощью модели SegReg, см . страница: сегментированная регрессия ).
Кроме того, дренаж земель может помочь контролировать засоление почвы . Гидравлическая проводимость
почвы играет важную роль при проектировании дренажа.
Разработка критериев сельскохозяйственного дренажа [3] необходима для того, чтобы дать проектировщику и менеджеру дренажной системы цель, которую необходимо достичь с точки зрения поддержания оптимальной глубины уровня грунтовых вод.
Оптимизация глубины грунтовых вод связана с выгодами и затратами на дренажную систему (рис. 3). Чем меньше допустимая глубина уровня грунтовых вод, тем ниже стоимость установки дренажной системы для достижения этой глубины. Однако понижение изначально слишком небольшой глубины путем осушения земель влечет за собой побочные эффекты . Их также необходимо принимать во внимание, включая затраты на смягчение негативных побочных эффектов. [3]
Оптимизация конструкции дренажа и разработка критериев дренажа рассматриваются в статье, посвященной дренажным исследованиям .
На рисунке 4 показан пример влияния глубины дренажа на засоление почвы и различные параметры орошения/дренажа, смоделированный программой SaltMod . [4]
Исторически осушение сельскохозяйственных земель начиналось с рытья относительно неглубоких открытых канав, куда поступал как сток с поверхности земли, так и отток грунтовых вод . Следовательно, канавы выполняли как поверхностную, так и подземную дренажную функцию.
К концу 19 - началу 20 века стало считаться, что канавы мешают сельскохозяйственным работам, и канавы были заменены заглубленными рядами глиняных труб (черепиц), каждая плитка длиной около 30 см. Отсюда и термин « плиточный дренаж ».
С 1960 года начали использовать длинные гибкие гофрированные пластиковые трубы ( ПВХ или ПЭ ), которые можно было эффективно укладывать за один раз с помощью траншейных машин . Трубы могут быть предварительно обернуты материалом оболочки, например синтетическим волокном или геотекстилем , который предотвратит попадание частиц почвы в канализацию.
Таким образом, осушение земель стало 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 дренажные проекты были перепроектированы [5] , в то время как негативные побочные эффекты для окружающей среды игнорировались. В кругах, заботящихся об окружающей среде, профессия осушения земель получила плохую репутацию, иногда справедливо, иногда неоправданно, особенно когда осушение земель путали с более обширной деятельностью по рекультивации водно-болотных угодий . В настоящее время в некоторых странах тенденция к жесткому курсу изменилась. Далее были введены контролируемые или контролируемые дренажные системы, как показано на рисунке 5 и обсуждаются на странице: Дренажная система (сельское хозяйство) .
Проектирование систем подземного дренажа с точки зрения расположения, глубины и расстояния между дренами часто выполняется с использованием уравнений подземного дренажа с такими параметрами, как глубина дренирования, глубина уровня грунтовых вод, глубина почвы, гидравлическая проводимость почвы и дренажный сток. Дренажный сток учитывается из сельскохозяйственного водного баланса .
Вычисления можно проводить с использованием компьютерных моделей, таких как EnDrain, которые используют гидравлический эквивалент закона Джоуля в электричестве. [6]
Подземный дренаж грунтовых вод может осуществляться и насосными скважинами ( вертикальный дренаж в отличие от горизонтального ). Дренажные колодцы широко использовались в рамках Программы контроля и восстановления солености (SCARP) в долине Инда в Пакистане . Хотя опыты оказались не слишком успешными, нельзя сбрасывать со счетов возможность использования этого метода в районах с глубокими и проницаемыми водоносными горизонтами. Расстояние между колодцами на этих территориях может быть настолько широким (более 1000 м), что установка систем вертикального дренажа может оказаться относительно дешевой по сравнению с горизонтальным подземным дренажем (дренаж трубами, канавами, траншеями на расстоянии 100 м и менее). Для проектирования поля скважин для контроля уровня грунтовых вод может оказаться полезной модель WellDrain [7] .
Классификацию дренажных систем можно найти в статье Дренажные системы (сельское хозяйство) .
Большинству сельскохозяйственных культур необходим уровень грунтовых вод на минимальной глубине. [10] Для некоторых важных продовольственных и волокнистых культур была проведена классификация [11] , поскольку на меньшей глубине урожайность этих культур снижается. [12]