Плановое и вертикальное положение осушительной или осушительно-увлажнительной сети зависит от типа поймы и ее сельскохозяйственного использования. Правильный выбор схемы мелиорации поймы гарантирует долговечность работы, простоту эксплуатации и создание необходимого водного режима для получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.
Для всех типов древнеозерных заболоченных пойм характерно неудовлетворительное состояние рек-водоприемников. Как правило, при мелиорации древнеозерных пойм реки регулируют, а при мелиорации пониженно-равнинных пойм не регулируют, и вода отводится с них самотеком или с помощью механического водоподъема.
Регулирование реки-водоприемника при мелиорации древнеозерных пойм — основное мероприятие по коренному изменению неблагоприятного водного режима.
Для нешироких пойм, сложенных хорошо фильтрующими грунтами, когда притока грунтовых или грунтово-напорных вод с водосбора нет или он играет незначительную роль в избыточном увлажнении пойм, можно ограничиться одним регулированием водоприемника и ограждающей сетью. Ho в большинстве случаев, кроме регулирования водоприемника, требуется система осушительных и увлажнительных мероприятий, которые различны для разного типа пойм.
На древнеозерных поймах намывного аллювиального питания (I тип) основное мероприятие — регулирование водоприемника, в результате чего увеличиваются пропускная способность русла, весенние паводковые воды быстрее сходят с поймы, прекращается затопление летне-осенними паводками, понижаются уровни воды в реке в вегетационный период, а вслед за этим и грунтовые воды на пойме, которая становится пригодной для обработки сельскохозяйственными машинами и возделывания культурных растений.
Избыточные воды из тальвегов и пониженных участков поймы отводят выборочными закрытыми дренами или открытыми каналами (с учетом расположения полей севооборота, фильтрационной способности и устойчивости грунтов) или систематической регулирующей сетью.
Поступающие с водосбора на пойму поверхностные воды перехватывают нагорными или нагорно-ловчими каналами. В весенний период, когда допускается затопление поймы, вода из нагорных каналов должна поступать на пойму и обогащать ее питательными веществами. Если паводок запаздывает, затопление поймы не допускается, тогда воду из нагорных каналов отводят за пределы поймы. Бывшие русла притоков в пределах поймы регулируют и используют для отвода воды с поймы или ликвидируют.
На заторфованных поймах для борьбы с пожарами, которые могут привести к выгоранию значительных залежей торфа, нужно проводить оградительные каналы, даже если по условиям осушения они не требуются. Каналы в конце и начале соединяются с руслом реки. Поступление воды в оградительные каналы регулируют шлюзами. В засушливое время каналы используют для увлажнения поймы.
Таким образом, для этого типа пойм основными методами осушения являются ускорение отвода паводковых вод и понижение уровня послепаводковых грунтовых вод, достигаемые:
- регулированием реки-водоприемника; устройством выборочно закрытых или открытых таль-веговых каналов для отвода воды из западин и понижений поймы;
- перехватом и регулированием поступления вод притоков, поверхностных и почвенных вод на пойму с водосбора нагорными или нагорно-ловчими каналами;
- планировкой поверхности пойм — засыпкой стариц, озер, отдельных западин и понижений и срезкой небольших бугров и возвышенностей для обеспечения интенсивной работы сельскохозяйственных машин;
- борьбой с пожарами на заторфованных участках пойм, подачей воды из нагорных каналов;
- устройством систематической регулирующей сети на отдельных пониженных участках со слабопроницаемыми грунтами при значительной ширине полей.
На древнеозерных поймах грунтового питания (II тип) методы осушения состоят и уменьшении продолжительности весеннего паводкового и прекращении летнего паводкового затопления, перехвате поступающих с водосбора грунтовых вод и понижении уровня грунтовых вод на пойме.
В этом случае регулируют водоприемник для пропуска паводковых вод с заданными продолжительностью, сроками и глубинами затопления поймы и понижение бытового и других уровней в реке в соответствии с предъявляемыми требованиями.
Расчетом проверяют действие отрегулированного водоприемника. Если он обеспечивает понижение уровня грунтовых вод на необходимую глубину в разные периоды использования поймы, то другие мероприятия не проводят. Это обычно относится к поймам небольшой ширины, сложенным хорошо фильтрующими грунтами, с небольшим притоком грунтовых вод. Для перехвата вод притоков, грунтовых вод с водосбора и борьбы с пожарами проводят нагорно-ловчие каналы.
Если при совместном их действии не достигается необходимого понижения уровня, то дополнительно проводят один или несколько глубоких каналов или глубоких дрен по пониженным местам поймы, где грунтовые воды близко расположены к поверхности. Донья каналов должны врезаться, а дрены закладываться в подстилающий торфяную залежь хорошо фильтрующий грунт, в котором течет грунтовый поток.
Если уровни воды в водоприемнике нельзя понизить на глубину, обеспечивающую бесподпорную работу глубоких каналов при самотечном сбросе воды, а применение насосных станций экономически не оправдано или мощность торфа небольшая, то применяют закрытый дренаж или открытую сеть меньшей глубины, в зависимости от использования отдельных участков поймы. Воду из понижений (озер, западин, стариц), в которых она застаивается, подпитывает грунтовые воды и повышает их уровень, удаляют отдельными дренами или открытыми каналами или же эти понижения засыпают.
На древнеозерных поймах грунтовонапорного питания (III тип) осушение проводят регулированием водоприемника в соответствии с предъявляемыми к нему требованиями. По границе поймы и склона, в местах выклинивания или наибольших пьезометрических уровней грунтово-напорных вод проводят ловчие каналы (дрены) для перехвата и понижения пьезометрической уровня грунтово-напорного потока на пойме.
Расчетом проверяют совместное действие, отрегулированного водоприемника и ловчего канала на понижение пьезометрического уровня напорного потока в пойме. Если отрегулированный водоприемник и ловчий канал не обеспечивают необходимого понижения пьезометрического уровня, проводят дополнительно глубокие (ловчие) каналы или глубокие дрены на самой пойме. Трассы этих каналов следует приурочивать к имеющимся на пойме тальвегам, местам выклинивания напорных вод, которые обычно хорошо видны на топографических планах с донными горизонталями. В тех случаях, когда имеется мощная залежь торфа или плоховодопроницаемых грунтов, вместо ловчих каналов и дрен строят дренаж с вертикальными колодцами, врезающимися в водоносный слой, или вертикальный дренаж для снижения уровня пьезометрической поверхности.
Для перехвата делювиальных вод, поступающих на пойму с водосбора, по границе поймы, выше ловчих каналов, прокладывают нагорные каналы. Если расходы поверхностных склоновых вод небольшие и склоны облесены, то нагорные и ловчие каналы заменяют нагорно-ловчими, которые перехватывают одновременно поверхностные и грунтово-напорные воды.
Для ускорения отвода паводковых и атмосферных вод, выпадающих на пойму, дополнительно строят закрытые собиратели, кротовый дренаж или открытую сеть, в зависимости от конкретных условий поймы.
Для осушения пойм грунтово-напорного питания недостаточно регулирования водоприемника и устройства мелкой открытой или закрытой сети без понижения пьезометрического уровня напорного потока.
Таким образом, при грунтово-напорном питании в зависимости от конкретных условий пойм требуется целый комплекс осушительных мероприятий:
- отрегулировать водоприемник для сокращения продолжительности затопления поймы и понижения уровней воды в нем;
- провести нагорные каналы для перехвата поверхностных вод с водосбора и ловчие каналы или дрены для перехвата грунтово-напорных вод и снижения их пьезометрического уровня, а если этого недостаточно, глубокие каналы или дренаж с вертикальными колодцами или вертикальный дренаж;
- устроить тальвеговые каналы для отвода вод из отдельных понижений и закрытые собиратели, кротовый дренаж или открытую сеть для ускорения поверхностного стока.
При мощном грунтово-напорном питании ловчие каналы или вертикальные дренажи, которые не врезаются в водоносный пласт, не оказывают осушительного действия даже на прилегающие к ним земли. Напорность должна быть понижена во всех зонах ее проявления, а без этого потребуется очень частая закрытая или открытая осушительная сеть, но все равно нет гарантии, что в периоды интенсивных дождей будет достигнуто необходимое осушение. Места сосредоточения наибольших пьезометрических уровней следует выявлять во время изысканий.
При осушении пойм грунтово-напорного питания требуются детальные гидрогеологические исследования (с устройством глубоких скважин) для выявления геологического строения, мощности, водоносности, напорности слагающих поймы пластов и взаимосвязи между водоносными горизонтами. Большую помощь здесь может оказать электроразведка.
Поймы этого типа могут увлажняться путем шлюзования и дождевания, но последнее наиболее эффективно.
На древнеозерных поймах намывного склонового питания (IV тип) осушение небольших массивов сводится к регулированию водоприемника и ограждению поймы нагорными каналами для перехвата стекающих со склонов делювиальных вод. Когда же поймы широкие, необходимо обеспечить своевременный отвод паводковых вод и атмосферных осадков устройством закрытых собирателей, кротового дренажа или открытой осушительной сети. Из отдельных понижений воду отводят тальвеговыми каналами.
Увлажнение пойм этого типа возможно только дождеванием, так как шлюзование не обеспечит увлажнения слабоводопроницаемых грунтов, слагающих поймы.
На пониженно-равнинных временно или постоянно затопляемых поймах (V тип) изменить продолжительность затопления регулированием водоприемников практически невозможно, так как последние представляют собой крупные реки, иногда подпираемые сооружениями, которые нельзя ликвидировать или перестроить.
Защитить поймы от затопления при создании водохранилищ можно незатопляемыми дамбами со шлюзами-регуляторами или без них. Примером защиты пойм от затопления при создании водохранилищ незатопляемыми дамбами является Костромская низина.
В зависимости от интенсивности и продолжительности паводкового затопления, необходимой глубины и скорости понижения уровня грунтовых вод и использования пойм их обваловывают затопляемыми или незатопляемыми дамбами.
Незатопляемые дамбы при естественном паводковом затоплении строят в тех случаях, когда на поймах расположены не только сельскохозяйственные земли, но и населенные пункты, рудники, промышленные предприятия. Их строят также, когда возможны сильные размывы и смывы почвенного слоя паводковыми водами. Правда, это явление наблюдается очень редко, как и другие стихийные явления природы. В каждом случае вопрос решается индивидуально.
Если весенние паводки из года в год проходят по пойме с большим запозданием и мешают своевременному началу сельскохозяйственных работ, следует строить незатопляемые дамбы как от весеннего, так и летнего паводкового затопления. Если весеннее паводковое затопление продолжительное, но в течение определенного времени допустимое, то при интенсивном сельскохозяйственном использовании пойм нужно регулировать глубину, продолжительность и сроки весеннего затопления и не допускать летних паводков. В этом случае строят затопляемые дамбы, оборудованные шлюзами. Шлюзы, совмещенные с насосными станциями или расположенные отдельно, обеспечивают возможность регулировать высоту, сроки и продолжительность паводкового затопления.
При ранних сроках начала и окончания прохождения весенних паводков шлюзы открывают, и вода поступает через них на пойму по мере подъема уровней в реке и по мере их спада уходит с поймы. При поздних весенних паводках, близких к началу сельскохозяйственных работ, шлюзы не открывают и не допускают воду на пойму.
Таким образом, затопляемые дамбы со шлюзами позволяют регулировать затопление по глубине, продолжительности и срокам. Оставшуюся на обвалованной пойме воду удаляют за дамбу насосной станцией в течение заданного времени.
Для освоения пойм недостаточно только обвалования. На поймы поступают фильтрационные воды из водохранилищ, поверхностные, грунтовые и грунтово-напорные воды и атмосферные осадки, а при затоплении и паводковые воды. В зависимости от конкретных условий обвалованные поймы осушают.
Береговой дренаж, нагорные, ловчие и тальвеговые каналы обеспечат осушение нешироких пойм на хорошо фильтрующих грунтах.
На широких поймах, если расчеты покажут, что берегового дренажа, ловчих и тальвеговых каналов недостаточно, то для понижения уровня грунтовых и ускорения сброса поверхностных вод проводят редкие глубокие каналы, или дрены, или систематический дренаж.
На поймах, состоящих из плохо водопроницаемых грунтов, кроме ограждения от притока фильтрационных вод из водохранилищ (береговым дренажем) и делювиальных, грунтовых или грунтово-напорных с водосбора (нагорноловчими каналами), необходим быстрый отвод всех поверхностных избыточных вод с поймы. Для этого устраивают тальвеговые каналы, закрытые собиратели или открытую сеть. В зависимости от конкретных условий поймы проектируется одна или несколько насосных станций.
Насосные станции должны быть оборудованы насосами для отвода паводковых и насосами небольшой производительности для бытовых вод. Это позволит не накапливать воду в магистральных и других проводящих каналах и не подпирать регулирующую сеть, не мешать понижению уровня грунтовых и своевременному отводу поверхностных вод. с поймы.
На крупных поймах работа насосных станций должна быть полностью автоматизирована. Уровни воды в осушительных каналах, а следовательно, и уровни грунтовых вод можно регулировать автоматически.
При обваловании и осушении затопляемых пойм необходимо определить экономическую оправданность этих мероприятий, их эффективность и окупаемость.
На пониженно-равнинных подтопляемых поймах (VI тип) паводковые воды сходят до начала сельскохозяйственных работ или вообще не выходят на поверхность (при водохранилищах), но высокие подпираемые грунтовые воды и воды водотоков (если они имеются) не позволяют интенсивно использовать пойму.
Гидромелиоративные мероприятия могут как предупреждать возможный подъем грунтовых вод на пойме до строительства подпорных сооружений на реке, так и ликвидировать уже имеющиеся высокие уровни грунтовых вод в результате постройки сооружений.
Опыт осушения подтопляемых пойм позволяет эффективно бороться с неблагоприятными последствиями подтопления сельскохозяйственных земель. Наиболее эффективен в борьбе с подтоплением береговой дренаж разных конструкций.
Если грунтовые воды до постройки подпорных сооружений на реке во время производства сельскохозяйственных работ и в вегетационный период располагались глубоко и не мешали использованию поймы, то при проектируемом строительстве подпорных сооружений достаточно преградить поступление фильтрационных вод из реки или водохранилища береговым дренажем. Вода из берегового дренажа отводится самотеком в нижний бьеф подпорных сооружений или насосными станциями в реку. Глубина заложения берегового дренажа определяется необходимой глубиной понижения уровня грунтовых вод на пойме и ее геологическим строением. Осушающее действие берегового дренажа определяют расчетом. От притока поверхностных и грунтовых вод с водосбора пойма ограждается нагорно-ловчими каналами, которые способствуют осушению поймы, разгружают береговой дренаж и насосные станции.
Если и до постройки подпорных сооружений уровни поступающих с водосбора грунтовых вод располагались близко к поверхности, пойма была заболочена и ширина поймы большая, то один береговой дренаж может не понизить грунтовые воды на пойме или его осушительное действие будет медленным. Пойму ограждают нагорно-ловчими каналами от притока поверхностных и грунтовых вод с водосбора. По тальвегам и остаткам перехваченных речек и водотоков проводят каналы для отвода поверхностных и понижения грунтовых вод.
При хорошо водопроницаемых грунтах дополнительно проводят глубокие каналы, глубокий дренаж или систематический дренаж, а при слабо водопроницаемых грунтах — закрытые собиратели или открытую сеть.
Увлажнение пойм этого типа осуществляется дождеванием. При хорошо водопроницаемых грунтах дождевание дополняется шлюзованием каналов с подачей воды в них из реки.