Осушение (дренаж) земель при атмосферном водном питании производится методом ускорения поверхностного стока. Регулирующая сеть при этом выполняется в виде закрытых собирателей, расположенных под острым углом к горизонталям поверхности земли (рис. 3.12). Это делается для того, чтобы, во-первых, уменьшить длину добегания воды по поверхности земли и, во-вторых, уменьшить степень концентрации поверхностного стока. Если к объекту примыкают угодья, в которых процесс весеннего таяния снега затягивается (лесные и лесопарковые массивы насаждений, куртины деревьев и кустарников, плантации плодовых и т.д.), то осушаемый объект необходимо оградить одним или несколькими нагорными каналами. Регулирующая сеть в виде закрытых собирателей впадает в коллекторы под прямым или почти прямым углом.

Рис. 3.12. Схема осушительной сети при атмосферном типе водного питания; осушение закрытыми собирателями (по Е. С. Маркову): 1 — магистральный канал; 2 — коллектор; 3 — закрытые собиратели; 4 — нагорный канал; 5 — лес; 6 — водоприемник

Время отвода избыточных вод с поверхности или из обрабатываемого слоя почвы зависит от характера используемой территории, вида культурных растений и допустимой продолжительности затопления и подтопления территории объекта.

Принцип действия регулирующей сети по отводу поверхностных вод состоит в следующем. От верха водосбора с естественной поверхностью вода тонким слоем стекает к низу по условному пути, равному S со скоростью v, м/с, которая с известным приближением и допущением может быть определена по формуле Шези:

где С — скоростной коэффициент, который при малом варьировании слоя воды будет зависеть только от коэффициента шероховатости n; y — средняя толщина слоя воды, м (гидравлический радиус R ≈ у); I — средний уклон поверхности земли.

При больших значениях n коэффициент С, а также скорость движения воды будут небольшими, что замедлит отток поверхностных вод.

С одной стороны, среднее нормативное время освобождения поверхности почвы от избытка воды t составит 1... 3 сут. С другой стороны, величина t ≈ S/υ. Тогда при t = 1 сут. длина пути S будет равна υ, т.е. скорости стекания, выраженной в м/сут. При других значениях t изменится и длина пути, или расстояние между закрытыми собирателями.

Рядом исследователей произведены расчеты открытой сети по ускорению поверхностного стока*** (В свое время такие работы выполнены А.Н. Костяковым, А.Д. Брудастовым, А.Д. Дубахом и др. Одно из последних решений было предложено С.Ф. Аверьяновым. Для характеристики работы закрытых собирателей на тяжелых почвах в двухслойной среде можно  воспользоваться схемой, предложенной Х.А. Писарьковым и уточненной С.Ф. Аверьяновым и К.А. Мяги). Получено конечное уравнение на основании решения линейного дифференциального уравнения в частных производных первого порядка:

где L — расстояние между открытыми собирателями, м; I — уклон поверхности земли; n — коэффициент шероховатости поверхности; σ — условный коэффициент стока; h — слой осадков, мм; τ — коэффициент, определяемый по формуле τ = Т/Т1; Т — нормативное время отвода поверхностных вод, ч.

Слой осадков определяют по формуле

h = PT1,

где Р — интенсивность выпадения осадков, мм/ч; Т1 — время выпадения осадков, ч.

Неизвестным остается условный коэффициент стока. При уклоне поверхности земли менее 0,01 условный коэффициент стока можно принять:

для суспесей и легких суглинков …………… 0,15...0,25
для суглинков ………………………………… 0,20...0,30
для тяжелых суглинков и глин ……………… 0,25...0,40

Меньшие значения коэффициента стока относятся к летнему периоду, большие — к осеннему. В весенний период при мерзлой почве коэффициент стока изменяется от 0,70 до 0,95. Указанное уравнение было выведено из условия поступления воды в открытые собиратели. Характер поступления поверхностного стока в открытые и закрытые собиратели различен, так как траншейная засыпка имеет фильтрационное сопротивление.

Среднюю интенсивность отвода через обрабатываемый слой q, м/сут, определяют по формуле

где μ — коэффициент водоотдачи обрабатываемого слоя; h1, — мощность обрабатываемого слоя, м; t — нормативное время отвода гравитационной воды из обрабатываемого слоя, сут.; е — интенсивность испарения из обрабатываемого слоя, м/сут.

Нормативное время отвода гравитационной воды из обрабатываемого слоя t, сут., определяют по формуле  

где В — расстояние между закрытыми собирателями, м; х — угол наклона поверхности земли, рад; k1 — коэффициент фильтрации обрабатываемого слоя, м/сут; q2 — интенсивность поступления воды в закрытый собиратель из подпахотного слоя, м/сут.

Угол наклона поверхности земли х, рад, определяют по формуле

где h1 — мощность обрабатываемого слоя, м.

Интенсивность поступления воды в закрытый собиратель из подпахотного слоя q2, м/сут., определяют по формуле 

где k2 — коэффициент фильтрации подпахотного слоя, м/сут; h2 — мощность подпахотного слоя, м.

В этих формулах отсутствует оценка влияния водопроницаемости засыпки. Для такой оценки было предложено условие

где k3 — коэффициент фильтрации засыпки, м/сут.; b — ширина траншеи, м.

Приведем пример, когда ширина траншеи составляет 0,5 м, а мощность обрабатываемого слоя составляет 0,25 м. Коэффициент фильтрации засыпки должен составлять k3 ≥ 0,74 k1, а при уменьшении ширины траншеи до 0,1 м k3 ≥ 1,85 k1. Отсюда наглядно видна роль ширины дренажных траншей и водопроницаемость засыпки.

Источник: Строительство и эксплуатация объектов ландшафтной архитектуры. Теодоронский В.С.