Сельскохозяйственная дренажная система — это система, посредством которой вода отводится на или в почву для повышения сельскохозяйственного производства культур . Она может включать любую комбинацию контроля ливневых вод , контроля эрозии и контроля уровня грунтовых вод .
Хотя в сельском хозяйстве используется более двух типов дренажных систем, существуют два основных типа: (1) поверхностный дренаж и (2) подземный дренаж.
Рисунок 1 классифицирует различные типы дренажных систем. Он показывает полевые (или внутренние) и основные (или внешние) системы. [2] Функция полевой дренажной системы заключается в контроле уровня грунтовых вод, тогда как функция основной дренажной системы заключается в сборе, транспортировке и утилизации воды через водосброс или водовыпуск. В некоторых случаях проводится дополнительное различие между коллекторными и основными дренажными системами. Полевые дренажные системы различаются на поверхностные и подземные полевые дренажные системы.
Иногда (например, на орошаемых , затопленных рисовых полях ) требуется форма временного дренажа, при которой дренажная система может функционировать только в определенных случаях (например, в период сбора урожая). Если позволить ей функционировать непрерывно, будет потеряно чрезмерное количество воды. Поэтому такая система называется контролируемой или контролируемой дренажной системой .
Однако чаще всего дренажные системы должны функционировать как можно более регулярно, чтобы предотвратить чрезмерное заболачивание в любой момент времени, и именно эта регулярная дренажная система используется чаще всего. В сельскохозяйственной литературе ее иногда также называют «системой дренажа для облегчения».
Обычные поверхностные дренажные системы, которые начинают функционировать, как только выпадает избыточное количество осадков или применяется орошение, работают полностью под действием силы тяжести . Они состоят из переформированных или реформированных поверхностей земли и могут быть разделены на:
Пластовые и ступенчатые системы могут иметь гребни и борозды.
Проверенные поверхностные дренажные системы состоят из контрольных затворов, размещенных в насыпях, окружающих плоские бассейны, такие как те, которые используются для рисовых полей на равнинных землях. Эти поля обычно затоплены и нуждаются в осушении только в определенных случаях (например, во время сбора урожая). Проверенные поверхностные дренажные системы также встречаются на террасных землях, используемых для риса. [3]
В литературе не так много информации можно найти о связях между различными регулярными системами поверхностного дренажа полей, об уменьшении степени заболачивания и о сельскохозяйственных или экологических эффектах. Поэтому трудно разработать обоснованные сельскохозяйственные критерии для регулярных систем поверхностного дренажа полей. Большинство известных критериев для этих систем касаются эффективности методов выравнивания земель и перемещения земли. [4]
Аналогичным образом, сельскохозяйственные критерии для систем поверхностного дренажа не очень хорошо известны.
Как и системы поверхностного дренажа, системы подземного дренажа также можно разделить на обычные и контролируемые (управляемые).
Когда дренажный сброс происходит полностью под действием силы тяжести, оба типа подземных систем имеют много общего, за исключением того, что проверенные системы имеют контрольные затворы, которые могут открываться и закрываться в зависимости от необходимости. Они могут сэкономить много воды для орошения. [ 5] Проверенная дренажная система также уменьшает сброс через основную дренажную систему, тем самым снижая затраты на строительство.
Когда сброс происходит путем откачки , дренаж можно проверить, просто не эксплуатируя насосы или сократив время откачки. На северо-западе Индии эта практика повысила эффективность орошения и сократила количество необходимой оросительной воды, и не привела к какому-либо чрезмерному засолению . [6]
Системы подземного полевого дренажа состоят из горизонтальных или слегка наклонных каналов, прорытых в почве; они могут быть открытыми канавами , траншеями, заполненными хворостом и почвенным колпаком, заполненными камнями и почвенным колпаком, заглубленными трубчатыми дренажами, плиточными дренажами или кротовыми дренажами, но они также могут состоять из ряда скважин.
Современные заглубленные дренажные трубы часто состоят из гофрированных, гибких и перфорированных пластиковых (ПЭ или ПВХ) труб, обернутых оболочкой или фильтрующим материалом для улучшения проницаемости вокруг труб и предотвращения попадания частиц почвы, что особенно важно в мелкопесчаных и илистых почвах . Оболочка может состоять из синтетического волокна ( геотекстиля ).
Полевые дренажи (или отводы ) сбрасывают воду в коллектор или основную систему либо самотеком, либо с помощью насосов .
Колодцы (которые могут быть открытыми или трубчатыми ) обычно откачиваются насосами, но иногда их подключают к дренажным системам для слива самотеком.
Подземный дренаж скважинами часто называют вертикальным дренажем, а дренаж каналами — горизонтальным дренажем, но более понятно говорить о «полевом дренаже скважинами» и «полевом дренаже канавами или трубами» соответственно.
В некоторых случаях подземный дренаж может быть достигнут просто путем разбивания медленно проницаемых слоев почвы путем глубокой вспашки ( подпочвообразование ), при условии, что подпочва имеет достаточный естественный дренаж. В других случаях сочетание подпочвообразований и подпочвенных дренажей может решить проблему.
Основные дренажные системы состоят из глубоких или мелких коллекторов, а также основных дренажных систем или дренажных систем.
Глубокие коллекторные дренажи требуются для систем дренажа подземных полей, тогда как мелкие коллекторные дренажи используются для систем дренажа поверхностных полей, но их также можно использовать для насосных подземных систем. Глубокие коллекторы могут состоять из открытых канав или заглубленных трубопроводов.
Термины «глубокие коллекторы» и «мелкие коллекторы» относятся скорее к глубине уровня воды в коллекторе ниже поверхности почвы, чем к глубине дна коллектора. Глубина дна определяется как глубиной уровня воды, так и требуемой пропускной способностью.
Глубокие коллекторы могут либо сбрасывать воду в глубокие магистральные дренажи (то есть дренажи, которые не получают воду напрямую из полевых дренажей, а только из коллекторов), либо их вода может перекачиваться в дренажную систему.
Утилизаторы — это основные дренажи, в которых глубина уровня воды ниже поверхности почвы не ограничена минимумом, и уровень воды может быть даже выше поверхности почвы, при условии, что сделаны насыпи для предотвращения затопления. Утилизаторы могут обслуживать как подземные, так и поверхностные системы дренажа полей.
Глубокие магистральные дренажи могут постепенно стать дренажными, если им придать меньший уклон, чем уклон земли вдоль дренажа.
Технические критерии, применяемые к основным дренажным системам, зависят от гидрологической ситуации и типа системы. [7]
Конечной точкой основной дренажной системы является гравитационное водосбросное сооружение [8] или насосная станция . [9]
Системы поверхностного дренажа обычно применяются на относительно ровных территориях с почвами с низкой или средней инфильтрационной способностью или на территориях с интенсивными осадками, которые превышают нормальную инфильтрационную способность, в результате чего на поверхности почвы часто происходит заболачивание.
Системы подземного дренажа используются в тех случаях, когда проблема дренажа в основном связана с неглубоким залеганием грунтовых вод.
При одновременном заболачивании поверхности и грунта необходима комбинированная система поверхностного и грунтового дренажа.
Иногда система подземного дренажа устанавливается в почвах с низкой инфильтрационной способностью, где проблема поверхностного дренажа может настолько улучшить структуру почвы и инфильтрационную способность, что система поверхностного дренажа больше не требуется. [10]
С другой стороны, может случиться и так, что система поверхностного дренажа настолько уменьшит пополнение запасов грунтовых вод , что проблема подземного дренажа значительно уменьшится или даже исчезнет.
Выбор между системой подземного дренажа с помощью труб и канав или трубчатых колодцев является скорее вопросом технических критериев и затрат, чем сельскохозяйственных критериев, поскольку оба типа систем могут быть спроектированы для удовлетворения тех же сельскохозяйственных критериев и достижения тех же преимуществ. Обычно трубчатые дренажи или канавы предпочтительнее колодцев. Однако, когда почва состоит из плохо проницаемого верхнего слоя толщиной в несколько метров, покрывающего быстро проницаемую и глубокую подпочву , колодцы могут быть лучшим вариантом, поскольку требуемое для труб или канав расстояние между дренажами будет значительно меньше, чем расстояние для колодцев.
Когда земля нуждается в системе подземного дренажа, но соленые грунтовые воды присутствуют на большой глубине, лучше использовать неглубокую, близко расположенную систему труб или канав вместо глубокой, широко расположенной системы. Причина в том, что более глубокие системы производят более соленые стоки, чем неглубокие системы. Экологические критерии могут тогда запретить использование более глубоких систем.
В некоторых проектах дренажа можно обнаружить, что предусмотрены только основные дренажные системы. Сельскохозяйственные земли в таком случае, скорее всего, все еще будут страдать от проблем с дренажем полей. В других случаях можно обнаружить, что системы дренажа полей неэффективны, поскольку нет адекватной основной дренажной системы. В любом случае установка дренажных систем не рекомендуется.
Анализ положительных и отрицательных (побочных) эффектов дренажа и оптимизация конструкции дренажа в соответствии с процедурами проектирования дренажа обсуждаются в статье « Исследования дренажа» .