CC BY
12
5. Лобачевский ЯП., Старовойтов С.И., Чемисов Н.Н. Энергетическая и технологическая оценка почвообрабатывающего рабочего органа // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2015. № 5. С. 10-13.
6. Информационно-консультационная служба в сельском хозяйстве зарубежных стран и России / В.Е. Ториков, В.Ф. Мальцев, Н.М. Белоус и др. Брянск, 2004.
7. Дьяченко О.В., Бельченко С.А., Белоус И.Н. Материально-техническая база сельского хозяйства - основа развития аграрного сектора России (на примере Брянской области) // Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. 2016. № 6. С. 27-31.
8. Ожерельев В.Н., Никитин В.В. Энергоемкость выделения зерна из колоса //Техника в сельском хозяйстве. 2013. № 4. С. 22-24.
9. Ожерельев В.Н., Никитин В.В., Игнатов В.Д. Адаптация зерноуборочного комбайна к работе с очесанным зерновым ворохом //Техника в сельском хозяйстве. 2013. № 6. С. 5-7.
References
1. Processing in the agro-industrial complex: canning and vegetable drying, starch, liquor and bakery industries of the Bryansk region: the results of 2018 / S.A. Belchenko, V.E. Torikov, M.P. Naumova, O.V. Dyachenko // Urgent issues of economics and agribusiness: collection of articles of X international scientific-practical conference/Bryansk, 2019. Pp. 48-53.
2. Torikov V.E., Maltsev V.F., Martynovskaya E.A. Recommendations for the production and technology of post-harvest processing of grain and seeds of perennial grasses // Materials of the conference. Bryansk, 1990. 23 p.
3. Fadeev L.V. Grain. Clearing. Seed production. Sparing technologies. OOO "Spetseleva-tormelmash", 2013. 96p.
4. Panova T.V., Panov M.V. Optimization of the spring wheat grain harvesting with the use of a small-sized grain dryer on an example of grain // Bulletin of Bryansk State Agricultural Academy. 2015. № 3-1. Pp. 51-55.
5. Lobachevsky Ya.P., Starovoitov S.I., Chemisov N.N. Energy and technological assessment of tillage working body // Agricultural Machinery and Technologies. 2015. № 5. Pp. 10-13.
6. Information and consulting service in agriculture of foreign countries and Russia / V.E. Torikov, V.F. Maltsev, N.M. Belous, et al. Bryansk, 2004.
7. Dyachenko O.V., Belchenko S.A., Belous I.N. Material-technical base of agriculture as a development base of agrarian sector in Russia (on example of Bryansk region) // Economy of Agricultural and Processing Enterprises. 2016. № 6. Pp. 27-31.
8. Ozherelev V.N., Nikitin V.V. Energy intensity of grain threshing //Agricultural machinery. 2013. № 4. Pp. 22-24.
9. Ozherelev V.N., Nikitin V.V., Ignatov V.D. Adaptation of a combine harvester to operations with the combed grain heap // Agricultural machinery. 2013. № 6. Pp. 5-7.
УДК 626.826
РАСЧЁТ МЕЖДРЕННЫХ РАССТОЯНИЙ С УЧЁТОМ ОСАДКИ ПОДДРЕННОЙ ТОЛЩИ МЕЛИОРИРУЕМОГО ТОРФЯНИКА
Drain Spacing Calculation with Regard to Under-Drain Settling of the Reclaimed Peatbog Layer
Дунаев А.И., доцент Dunaev A.I.
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» Bryansk State Agrarian University
Реферат. Целью проводимых исследований является совершенствование существующих методов расчёта по обоснованию основных параметров регулирующей осушительной сети на
торфяниках. Данная тематика исследований отражает одно из особых условий строительства мелиоративных систем сельскохозяйственного назначения на торфяниках - изменение свойств и параметров торфяной залежи из-за её уплотнения и осадки торфа вследствие его осушения. Освещается современное состояние вопроса по существующей проблеме, связанной с прогнозированием изменений торфяной залежи и учётом этих изменений при проектировании мелиоративных систем для интенсивной и длительной эксплуатации торфяника. В данном случае рассмотрены вопросы по учёту изменения свойств и параметров поддренного слоя торфа - при установлении проектных расстояний между осушителями. Излагается суть методики проводимых исследований. Приводится главная суть проработанной методики расчёта, её математическая основа и графическая иллюстрация, а также результаты и предварительные выводы произведенных исследований. Рассмотрен конкретный пример расчёта по использованию предлагаемой методики в практических расчётах - по определению междренного расстояния в случаях проектирования открытых осушителей.
Abstract. The objective of the research is to improve the existing calculation methods for substantiating the main parameters of the regulatingpeatland drainage network. The research subject reflects one of the special conditions for the construction of agricultural reclamation systems on peatlands, being changes in the properties and parameters of peat deposits due to its compaction and peat settling due to its drainage. The article highlights the current state of the problem related to forecasting changes in the peat deposit with regard to these changes when designing reclamation systems for intensive and long-term operation of the peatbog. In this case, the issues of taking into account the changes in the properties and parameters of the under-drain peat layer when setting the design distances between dehumidifiers are considered. The essence of the research methodology is described. The main essence of the developed calculation method, its mathematical basis and graphic illustration, as well as the results and preliminary conclusions of the research are presented. A specific example of the practical calculation with the proposed method is considered when determining the drain spacing in cases of designing relief ditches.
Ключевые слова: мелиорируемый торфяник, торфяная залежь, водно-физические свойства торфа, осадка поверхности торфяника, поддренный слой торфа, осадка дна осушителей, закрытый дренаж, открытые осушители, междренное расстояние.
Key words: reclaimed peatland, peat deposit, water-physical peat properties, peat surface settling, under-drain peat layer, drained bottom settling, subsurface drainage, relief ditch, drain spacing.
Введение. В процессе осушения и других видах мелиорации торфяников значительно изменяются многие водно-физические свойства торфа и многие его другие показатели [1]. Основной причиной изменения свойств торфа является осадка торфяной залежи, вызываемая процессом уплотнения торфа - вследствие изменения его водного режима. Из-за этих изменений многие ключевые показатели свойств и параметров торфяника (коэффициенты: фильтрации и водоотдачи, мощность торфа и др.), получаемые при проведении предпроектных изысканий, оказываются малопригодными для обоснования и расчёта проектных параметров мелиоративной сети [3].
Вследствие выше указанных причин у проектировщиков практически всегда имеет место проблемная задача, связанная с прогнозированием изменений свойств торфа [2] и учётом этих изменений при обосновании проектных решений. Актуальность этой проблемы возрастает ещё по причине отсутствия в настоящее время единых как принципов подхода, так и методов расчёта междренных расстояний в случаях мелиорации торфяных земель. Кроме того, эти вопросы не имеют достаточного охвата и отражения во многих видах существующей литературы и нормативно-технических источников [6].
Предлагаемая расчётная методика в своей основе использует прогнозирование изменений водно-физических показателей торфа - на основе оценки геометрических размеров осадки поверхности торфяника и дна осушительной сети. Для исполнения прогнозных расчётов используются соотв. методики и расчётные формулы, широко используемые в существующей практике мелиорации торфяных земель [4], [5]. Рамками данных исследований охвачены во-
просы учёта изменения свойств и параметров поддренного слоя торфа - при определении расстояний между элементами регулирующей осушительной сети.
Методика исследований. Существующие в настоящее время подходы и методы при исполнении расчётов расстояний между осушителями охватывают либо всю толщу торфяника, либо только его наддренную часть - без учёта того, что поддренные слои торфа могут существенно изменяться, хотя и в меньшей степени. Графическая иллюстрация предлагаемой методики расчёта приводится на рисунках 1 и 2 - на примерах наиболее распространённых в практике мелиорации фильтрационных схем, когда под торфяниками имеются в наличии подстилающие пласты из хорошо водопроницаемых и водоносных минеральных грунтов (песчаных, супесчаных).
Главная суть проработанной методики расчёта заключается в следующем:
1. Вся толща мелиорируемого торфяника (см. рис. 1а и 2а) разделяется на два условных расчётных слоя - по уровню глубины осушителей (по осям дренажных труб - рис. 1б, по дну каналов - рис.2б), а именно:
- наддренный слой - подверженный основной осадке и значительным изменениям водно-физических свойств торфа;
- поддренный слой - подвергающийся менее значительным изменениям торфа.
2. Полученная после условного разделения трёхслойная грунтовая среда упрощается -посредством перевода её в двухслойную среду (см. рис. 1б и 2б), используя правило сохранения «суммарной водопроводимости пластов» [4]. Это правило реализуется на основе использования соответствующей формулы:
Т = ^(.Кг ■ Иг X М2 1 суш (1)
3. В дальнейшем исполнение расчёта производится по существующим методикам и формулам - как для грунтовых условий двухслойной фильтрационной среды [4], а именно:
- при грунтовом и грунтово-атмосферном водном питании;
- при расположении осушителей в верхних слоях.
Рисунок 1 - Фильтрационная расчётная схема к установлению расстояния между закрытыми трубчатыми дренами - в условиях двухслойной геологической среды: а - фрагмент схемы, отражающий исходные условия (данные изысканий);
б - расчётный фрагмент схемы.
Рисунок 2 - Фильтрационная расчётная схема к установлению расстояния между открытыми осушителями - в условиях двухслойной геологической среды: а - фрагмент схемы, отражающий исходные условия (данные изысканий);
б - расчётный фрагмент схемы.
В данных исследованиях были использованы расчётные формулы, рекомендуемые соотв. СНиП [6]. Проработка данной методики позволила:
1. Получить формулу, необходимую для определения размера условного «поддренно-го пласта» - на основе формулы (1) - т.е. геометрического размера эквивалентного пласта (с учётом свойств поддренного слоя торфа - см. рис.1б и 26), а именно:
тпр (т) =
К • С + К • к
3 "3
К
м
(2)
2. Существенно упростить расчётную формулу, по которой определяются общие фильтрационные сопротивления водоносных пластов [6] - посредством приведения к «0» размера «С» (размера поддренного слоя торфа - см. рис.1б и 2б). После проведения соотв. преобразований формула для определения фильтрационных сопротивлений грунтовой среды [6] получит следующий вид:
а) для закрытого трубчатого дренажа (при С = 0)
к=р-Кт •т
К л
1п |2т | + л-а
2ко-1п |4-ко
т
л-а
+ 1 1 + ^
т
■и
+
К1 - К2 К
х X-
2- к
л
1п
л • а
+и
м
; (3)
б) для открытых осушителей (при Ь =0)
" К л
1п
'2- т\ 2- к
л-а)
т
- 1п
4-ко л-а
+
К - К 2 с
К
л
1п
2-с \
л- а
1п
4-ко' л - а
, м, (4)
с
где в формулах (3) и (4) ключевыми расчётными показателями являются:
- К , К2 - коэффициенты фильтрации торфа, прогнозируемые на его осадку - соответственно: для наддренной и поддренной его частей [7], м/сут;
- К3 - коэффициент фильтрации минерального грунта, подстилающего торфяник (по данным изысканий), м/сут;
- ё - расчетный дренажный диаметр, который для открытых осушителей (каналов) является условным и определяется по соотв. формуле - на основе проектных параметров каналов [6]: а = 0,53^ = 0,53 - (в + 2 - Нв + т\ ), м (5)
Пример расчёта Исходные данные:
1. Местоположение осушаемого торфяника (низинного типа): Брянская область.
2. Проектное использование земель: искусственные сенокосы.
3. Способ осушения земель - открытые осушители (см. рис. 2).
4. Исходные показатели торфяной залежи (по данным изысканий): мощность торфа -НТ=3,0м; плотность торфа - 0,46г/см3; коэффициент фильтрации - Кт=2,4м/сут; расчётный период осадки торфа: Т=5лет.
5. Показатели подстилающего песчаного пласта (по данным изысканий): мощность -И3 = 5,0м; коэффициент фильтрации - К3=3,00м/сут.
6. Прогнозирумые на «осадку» коэффициенты фильтрации торфа (по методике [7]): наддренный слой: К1 = 0,81м/сут; поддренный слой: К2 = 1,65м/сут.
7. Расчётный сезонный период - весенний предпосевной (^ =15сут), для которого: норма осушения - а =0,60м (по мн. травам); расчётная глубина воды каналах - Нв = 0,6м; ср. расчётный напор над дренами: Н = И - 0,6 • а = 1,5 - 0,6 • 0,60 = 1,20м; расчётный модуль
дренажного стока: q = 0,0064м/сут.
8. Проектные параметры каналов: Н=2,1м; в=0,4м; тк =1,5.
Расчёт:
Для определения расстояний между осушителями торфяную залежь разделяем на два слоя - по линии уровня дна осушителей (см. рис. 2б) - с соотв. коэффициентами фильтрации: -наддренный слой: К1 = 0,81м/сут; -поддренный слой: К2 = 1,65м/сут.
Полученную трёхслойную среду приводим к расчётной двухслойной, заменяя подстилающий песчаный пласт «эквивалентным» слоем - со свойствами поддренного слоя торфа (К2 = 1,65м/сут). Приведённая мощность второго (условного) пласта будет равна - по ф-ле (2):
тпр = ¿2 =
1,65 • 0,9 + 3,00 • 5,0 1,65
= 9,99(10,0) м,
где:
С = Нт - Н = 3,0-2,1 = 0,9м.
Расчётное расстояние от дренажа до водоупора будет равно:
т = С+Н2 = 0,6 +10,0 = 10,6м, где: С = Нв = 0,6м. Дренажный диаметр открытых осушителей - на основе ф-лы (4):
а = 0,53 • (0,4 + 2 • 0,6дД +1,52) = 1,36м Общие фильтрационные сопротивления дренажа и грунтовой среды (при Ь^ = 0 - для открытых осушителей) - по ф-ле (4) будут равны:
и = 0,71 •
1,65 10,6
0,81 3,14
1п
2 • 10,6 Л 2 • 0,60 ,
+----1п
/
V 3,14 • 1,36 у
10,6
4 • 0,60 ч 3,14 • 1,36 у
+
+ -
0,81 -1,65 0,60
0,81
3,14
1п
2 • 0,6 Л 2 • 0,60 ,
+----1п
ч 3,14 • 1,36 у
0,6
' 4 • 0,60 л ч 3,14 • 1,36 у
= 7,98 м,
где остальные расчётные показатели были установлены по соотв. методике [4], а именно: р = 1 - (0,21л/Л ± Л • г) • ^М = 1 - (0,21 • 7034 + 0,34 • 0,57) • ^ 8,33 = 0,71;
1,65 - 0,81
И0 = 0,5 • Нр = 0,5 • 1,20 = 0,60м;
К 2 + К
0,5 • а 0,5 • 1,36
г =
С + И 0,60 + 0,60
= 0,57; М = ■
И'
1,65 + 0,81 10,0
= 0,34;
С + И 0,60 + 0,60
= 8,33.
»0 1 ^ 1 '»0 По формуле междренных расстояний [4] получаем окончательный результат:
В = 4 •
У
+ 2д
Л г
= 4 • ь/
у
7,982 + 1,20 •17,5 _ 7,98 2 • 0,0064
Л
= 133,2 м,
где суммарная водопроводимость пластов, определяемая по ф-ле (1), равна:
Т = 0,81 • (0,6 +0,60) + 1,65 • 10,0 = 17,5м2/сут.
Результаты исследований Предварительная практическая апробация предлагаемого метода расчёта была произведена на основе проектно-изыскательских материалов проектного института ОАО «Брянскгипроводхоз» [8] - на материалах реализованных рабочих проектов (РП) гидромелиорации с.-х. земель - в т.ч. и периода работы этого института в структуре Брянского отделения «Мосгипроводхоз».
В результате произведенных исследований (посредством выполнения соотв. расчётов по методике, рекомендуемой СНиП [6]) были получены более высокие цифровые показатели расстояний между осушителями, а именно:
а) для закрытого трубчатого дренажа - на 3.. ,5м (в среднем на 4м) - в рабочих проектах с расстояниями между дренами 25.30м (в зависимости от мощности и типа осушаемых торфяников). Конечные итоги исследовательских расчётов указали на возможности увеличения расстояний между закрытыми дренами на 12.17%.
б) для открытых осушителей - на 10.16м (в среднем - на 14м). Это имело место в рабочих проектах с проектными расстояниями между каналами 100.120м - в зависимости от ТВП и мощности осушаемых торфяников.
Конечные итоги исследовательских расчётов показали на возможности увеличения проектных расстояний между открытыми осушителями на 10.16%.
Заключение и выводы. Сравнение итоговых результатов исследований с аналогичными показателями проектно-изыскательских материалов - реальных рабочих проектов [8] -указывает на значительные возможности увеличения проектных расстояний между элементами регулирующей осушительной сети. Снижение «густоты дренажной сети» может достигать величины до 15%, а снижение густоты дренажной сети является фактором, указывающим на снижение сметной стоимости мелиоративно-строительных мероприятий.
Кроме того, использование на практике данной методики расчёта - при обосновании проектных решений по мелиорации торфяных земель - позволит:
1. Существенно упростить исполняемые расчёты - вследствие упрощения соотв. расчётных формул.
2. Повысить точность производимых расчётов по данной тематике - за счёт учёта дополнительного ряда факторов, связанных со свойствами поддренного слоя торфяника.
Библиографический список
1. Лундин К.П. Водные свойства торфяной залежи. Минск: Урожай, 1964. 240с.
2. Дунаев А.И. Оценка трансформации торфяной залежи при с/х использовании осушаемых торфяников // Вестник Брянской ГСХА. 2015. № 2.
3. Ивицкий А.И. Основы проектирования и расчётов осушительных и осушительно-увлажнительных систем. Мн.: Наука и техника, 1988. 311с.
4. Мелиорация и водное хозяйство. 3. Осушение: справочник / под ред. Б.С. Маслова. М: Агропромиздат,1985. 447с.
5. Руководство по проектированию осушительных и осушительно-увлажнительных систем. М.: Главнечернозёмводстрой, 1976. 133с.
6. СНиП 2.06.03-85. Мелиоративные системы и сооружения.
7. Дунаев А.И. Оценка изменения коэффициента фильтрации торфа при его осушении // Вестник Брянской ГСХА. 2013. № 5.
8. Материалы РП ОАО «Брянскгипроводхоз» по гидромелиоративным системам Брянской области.
9. Агрохимия: учебник / В.Г. Минеев, В.Г. Сычёв, Г.П. Гамзиков, А.Х. Шеуджен, Е.В. Агафонов, Н.М. Белоус, B.C. Егоров, А.И. Подколзин, В.А. Романенков, С.П. Торшин, В.В. Лапа, А.Р. Цыганов, Т.Ф. Персикова, Р.Е. Елешев, А.С. Сапаров. М., 2017.
10. Природообустройство Полесья: коллектив. монография. Кн. 4. Т. 1. Полесья юго-западной России / М.Н. Абадонова, Л.Н. Агищенко, Л.М. Ахромеев, Е.В. Байдакова, Н.М. Белоус, А.Д. Булохов, В.Ф. Василенков, С.В. Василенков, В.Т. Демихов, Ю.А. Клюев, Г.В.
Лобанов, О.В. Мельникова, Н.Н. Панасенко, С.Н. Поцепай, И.Л. Прокофьев, Е.В. Просянни-ков, Ю.А. Семенищенков, М.В. Семышев, В.Е. Ториков и др. Рязань: ВНИИГМ им. А. Н. Ко-стякова, 2019. 354 с.
11. Мелиоративная история Брянщины. Люди и дела / В.Ф. Василенков, С.В. Васи-ленков, Е.В. Байдакова, Б.Д. Муравьев, М.Ф. Ковалев, П.И. Евсеев. Брянск, 2018.
References
1. Lundin K.P. Vodnye svoystva torfyanoy zalezhi. Minsk: Urozhay, 1964. 240 s.
2. Dunaev A.I. Otsenka transformatsii torfyanoy zalezhi pri s/h ispolzovanii osushaemyh torfyanikov // Vestnik Bryanskoy GSHA. 2015. № 2.
3. Ivitskiy A.I. Osnovy proektirovaniya i raschyotov osushitelnyh i osushitelno-uvlazhnitelnyh sistem. Mn.: Nauka i tehnika, 1988. 311 s.
4. Melioratsiya i vodnoe hozyaystvo. 3. Osushenie: spravochnik /pod red. B.S. Maslova. M: Agropromizdat,1985. 447s.
5. Rukovodstvo po proektirovaniyu osushitelnyh i osushitelno-uvlazhnitelnyh sistem. M.: Glavnechernozyomvodstroy, 1976. 133s.
6. SNiP 2.06.03-85. Meliorativnye sistemy i sooruzheniya.
7. Dunaev A.I. Otsenka izmeneniya koeffitsienta filtratsii torfa pri ego osushenii // Vestnik Bryanskoy GSHA. 2013. № 5.
8. Materialy RP OAO «Bryanskgiprovodhoz» po gidromeliorativnym sistemam Bryanskoy
oblasti.
9. Agrohimiya: uchebnik / V.G. Mineev, V.G. Sychyov, G.P. Gamzikov, A.H. Sheudzhen, E.V. Agafonov, N.M. Belous, B.C. Egorov, A.I. Podkolzin, V.A. Romanenkov, S.P. Torshin, V.V. Lapa, A.R. Tsyganov, T.F. Persikova, R.E. Eleshev, A.S. Saparov. M., 2017.
10. Prirodoobustroystvo Polesya: kollektiv. monografiya. Kn. 4. T. 1. Polesya yugo-zapadnoy Rossii / M.N. Abadonova, L.N. Agischenko, L.M. Ahromeev, E.V. Baydakova, N.M. Belous, A.D. Bulohov, V.F. Vasilenkov, S. V. Vasilenkov, V. T. Demihov, Yu.A. Klyuev, G. V. Lobanov, O. V. Melnikova, N.N. Panasenko, S.N. Potsepay, I.L. Prokofev, E.V. Prosyanni-kov, Yu.A. Semenischenkov, M.V. Se-myshev, V.E. Torikov i dr. Ryazan: VNIIGM im. A. N. Kostyakova, 2019. 354 s.
11. Meliorativnaya istoriya Bryanschiny. Lyudi i dela / V.F. Vasilenkov, S.V. Vasilenkov, E.V. Baydakova, B.D. Muravev, M.F. Kovalev, P.I. Evseev. Bryansk, 2018.
