Статья: Этапы развития производства дренажных работ на юге России

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕНАЖНЫХ РАБОТ НА ЮГЕ РОССИИ

В.Н. Щедрин, А.С. Капустян

Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации, Новочеркасск, Российская Федерация

В историческом аспекте приведен анализ развития производства дренажных работ на юге России, тесно связанного с научно-производственной деятельностью ФГБНУ «РосНИИПМ» (ЮжНИИГиМ). Выделены основные этапы развития производства дренажных работ, включающие применение различных приспособлений и устройств, использование зарубежной техники, разработку и применение российских дреноукладочных комплексов и разработку системы эксплуатации дренажа. Для характеристики каждого этапа использованы основные показатели устройства дренажа: используемая техника, размер дренажной траншеи, комплекс вспомогательной техники, способ строительства дрен. Кратко описаны и представлены технологии и технологические схемы устройства закрытого дренажа на всех этапах его развития. В связи с необходимостью обновления нормативной базы проектирования, строительства и эксплуатации дренажа на орошаемых землях предложено осуществить разработку СТО НОСТРОЙ по строительству закрытого горизонтального дренажа на землях сельскохозяйственного назначения. В заключении статьи отмечена необходимость возобновления мониторинга мелиоративного состояния орошаемых земель и организации на внебюджетной основе подразделений по эксплуатации дренажа.

Ключевые слова: этапы развития дренажных работ, технология строительства дренажа, дреноукладчик, схемы устройства дренажа, способ строительства дренажа.

горизонтальный дренаж сельскохозяйственная земля

The production of drainage works in the South of Russia was analyzed historically which is closely associated with the scientific activities of Russian Research Institute of Land Improvement Problems (former Southern Research Institute of Hydraulic Engineering and Land Reclamation). Main stages of the production of drainage works are highlighted including the application of different tools and devices, use of foreign equipment, development and use of Russian drain-installing complexes and development of the system of drainage operation. To characterize each stage the main indicators of drainage system were used, such as machinery, the size of drainage trench, complex of auxiliary equipment, and the method of drain building. The technologies and technological schemes of the subsurface drainage system are briefly described. In order to renew regulatory base for design, building and operation of the drainage at irrigative lands it is suggested to develop the standard of organization for building subsurface drainage system at the agricultural lands. The article concludes the necessity of resumption the monitoring of irrigative lands for ameliorative status and organizing divisions for drainage operating on the extra-budgetary base.

Keywords: stages of the production of drainage works, technology for drainage building, drain-installing machine, schemes of drainage system, method for drainage building.

Одной из главных задач в сельском хозяйстве является повышение эффективности использования орошаемых земель. В России площади, нуждающиеся в орошении, в основном располагаются в южных и юго-восточных регионах России, 70 % которых относится к засушливой зоне. Однако к настоящему времени срок эксплуатации существующих мелиоративных систем составляет от 30 до 50 лет. В большинстве случаев такой срок эксплуатации является предельным, что в свою очередь негативно сказывается на мелиоративном состоянии земель сельскохозяйственного назначения [1, 2].

Площадь орошения в Южном и Северо-Кавказском Федеральных округах к 1990 г., по данным мелиоративного кадастра, составляла 2,7 млн га, из которых около 1,0 млн га было охвачено дренажем.

Научно-производственную деятельность по проектированию, строительству и эксплуатации дренажных систем в целом и дренажных участков в частности можно разделить на следующие направления:

- разработка конструкций и изучение водоприемной способности дренажа;

- разработка технологий и способов строительства дренажа;

- разработка технических средств для строительства дренажа;

- разработка нормативно-методической документации по строительству дренажа;

- формирование основных принципов эксплуатации дренажных систем в зоне орошения.

В настоящее время накоплен большой практический и теоретический материал по эффективности применения закрытого дренажа, уточнены основные параметры и методы расчета, выявлены пути совершенствования дренажных конструкций. В рамках данной публикации кратко остановимся на результатах исследований ФГБНУ «РосНИИПМ» (ЮжНИИГиМ) [1-9].

В процессах устройства дренажа можно выделить следующие основные способы:

- раздельный, или полумеханизированный, осуществляемый одноковшовым экскаватором и вспомогательными машинами;

- траншейный, осуществляемый многоковшовыми экскаваторами;

- узкотраншейный, осуществляемый экскаваторами, имеющими скребковые или комбинированные (полуковши-скребки) землеройные рабочие органы;

- бестраншейный, выполняемый машинами с пассивными рабочими органами.

Строительство дренажа на юге России было начато после ввода в эксплуатацию оросительных систем в связи с необходимостью понижения уровня грунтовых вод на орошаемой территории. При реконструкции оросительных систем было осуществлено строительство преимущественно открытой коллекторно-дренажной сети с междренными расстояниями 600-1200 м и глубиной 3,0-5,0 м [3].

Построенный разреженный дренаж не решил проблем подъема УГВ и мелиоративного улучшения орошаемых земель. Площади мелиоративно неблагополучных земель продолжали расти, появились участки вторичного засоления земель.

Открытая коллекторно-дренажная сеть была представлена выработками глубиной 3-5 м, шириной по верху 6-8 м и такой же ширины кавальерами из глинистого грунта по обе стороны каналов. Эти дрены имели естественные, зачастую оплывающие откосы, сильно зарастали кустарниковой растительностью и тростником по дну и нижней части откосов, что существенно снижало коэффициент земельного использования территории, ухудшало условия передвижения сельскохозяйственной техники, фильтрации и транспортировки дренажной воды. Данные недостатки можно было ликвидировать путем устройства закрытого горизонтального дренажа, который начал строиться с конца 1960-х годов.

С этого периода начинается внедрение в практику строительства дренажа новых технических устройств и технологий [4-9].

Этапы развития производства дренажных работ при строительстве закрытого дренажа представлены в таблице 1.

Первым этапом производства работ при строительстве дренажа в зоне орошения можно считать период, связанный с применением различных приспособлений и устройств, включая бестраншейные и траншейные дреноукладчики, получившие распространение при осушении грунтов [4].

Бестраншейные дреноукладчики, имеющие пассивный рабочий орган, были предназначены для строительства дренажа в условиях высокого стояния уровня грунтовых вод. При строительстве дренажа в зоне осушения применялись дреноукладчики МД-4 и МД-12 с глубиной укладки дрен до 2,0 м. Разработанный для зоны орошения дреноукладчик БДМ-301А широкого распространения на юге России не получил из-за невозможности укладки дрен на большую глубину в грунтах тяжелого состава. Из экскаваторов-дреноукладчиков траншейного типа широкое распространение получили конструкции с рабочими органами ковшового типа (Д-659А, ЭТЦ-406), позволяющие сооружать дренажную траншею глубиной до 4,5 м и шириной 0,6 м. Схема устройства дренажа дреноукладчиком ЭТЦ-406А представлена на рисунке 1 [5].

В первые годы строительства преобладали конструкции дрен из асбестоцементных (вручную перфорированных) и керамических раструбных (канализационных) труб. В качестве фильтров использовались мелко- и среднезернистые пески местных карьеров и привозные песчано-гравийные смеси.

Темпы строительства закрытого дренажа сдерживались отсутствием в регионе собственной материально-технической базы по производству дренажных труб и фильтрующих материалов.

Таблица 1 - Этапы развития производства дренажных работ при строительстве закрытого дренажа

1 - дреноукладчик; 2 - трактор-тягач; 3 - прицеп с ОФМ; 4 - погрузчик фронтальный; 5 - бункер; 6 - труба дренажная

Рисунок 1 - Схема устройства дренажа дреноукладчиком ЭТЦ-406А

В начале 1980-х годов прогнозными расчетами, выполненными при составлении отраслевой схемы развития мелиорации земель РСФСР, была установлена необходимость увеличения объемов строительства дренажа на оросительных системах. При обосновании прогнозов учитывались гидрологические, гидрогеологические и почвенно-мелиоративные условия массивов, способы поливов, сроки строительства и т. д. К основным перспективным районам строительства дренажа относились и орошаемые земли юга России, характеризующиеся недостаточной естественной дренированностью засоленных почв.

Существующая технология и средства механизации, рассчитанные на траншейный способ строительства, имели низкие технико-экономические показатели, что обусловило необходимость применения и разработки новых конструкций дреноукладочных машин.

Новый этап развития дренажа в орошаемой зоне юга России начался в 1980-х годах и был связан с применением для строительства дренажа зарубежных экскаваторов-дреноукладчиков типа 6027 «Хайконс» и «Супер-300». Схема устройства дренажа дреноукладчиком 6027 «Хайконс» представлена на рисунке 2 [5].

Данный период характеризуется широким внедрением в практику строительства пластмассовых труб: гладкостенных, искусственно перфорированных со скважностью 0,06-0,30; гофрированных и спирально навитых со скважностью до 0,3-0,5 - и фильтров из тканых и нетканых минерально-волокнистых материалов. С 1985 года было налажено их производство в Ростовской области и Ставропольском крае.

К этому времени площадь дренированных земель в Ростовской области составила 95 тыс. га, в Дагестанской АССР - 65 тыс. га при общей протяженности дренажной сети соответственно 1570 и 7656 км, в том числе закрытой соответственно 485 (без рисовых ОС) и 1094 км. При этом удельная протяженность закрытого дренажа обычно не превышала 30 м/га [3].

1 - бульдозер; 2 - дреноукладчик; 3 - погрузчик фронтальный ПКУ-0,8 (ПФ-0,75); 4 - излучатель лазерный; 5 - фотоприемник

Рисунок 2 - Схема устройства дренажа дреноукладчиком 6027 «Хайконс»

Для совершенствования процессов устройства дренажа и практического применения их в производственных условиях были разработаны многовариантные технологии и организации производства работ узкотраншейным способом с разработкой новых операционных приемов [5, 6]:

- технология (технологическая карта, ТК) срезки растительного грунта в виде выемки по трассам дрен (глубиной и шириной до 0,8Ч0,8 м) с производством работ в летний и зимний периоды времени;

- технология (ТК) устройства дренажа импортными дреноукладчиками типа 6027 «Хайконс» в водонасыщенных грунтах (с лидерной дреной).

Одновременно с применением зарубежной дренажной техники повсеместно проводились работы по совершенствованию и созданию новых отечественных дреноукладочных комплексов.

После замены рабочего органа на дреноукладчике ЭТЦ-406 и перевода его в разряд узкотраншейных были разработаны технологические карты (технологии) на устройство дренажа с применением дреноукладчика ЭТЦ-406А в водонасыщенных (с пионерной траншеей) и естественной влажности грунтах, где применялась экономичная доставка и загрузка объемно-фильтрующего материала (ОФМ) в бункер дреноукладчика из кузовов прицепа 2ПТС-4М (рисунок 3).