Совершенствование конструкции горизонтального дренажа за счет создания водоотталкивающих поверхностей в дренажных трубах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.02, кандидат наук Хохлов, Владимир Игоревич

• Хохлов, Владимир Игоревич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Хохлов, Владимир Игоревич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДРЕНАЖА

1.1. Экономико-экологический подход в природопользовании

1.2. Мелиоративные системы в условиях изменчивости климата

.1.3. Особенности строительства дренажа на сельскохозяйственных землях

1.4. Исторические аспекты развития дренажа

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ДРЕНАЖА

2.1. Процессы, происходящие в придренной области

2.2. Применение волокнисто-пористых материалов для защиты закрытого горизонтального дренажа от заиления

2.3. Стандарты для дрен и предустановленных ЗФМ из волокнистых материалов

Глава 3. ЗАСОРЕНИЕ ДРЕНАЖА, ВЫЗВАННОЕ ФИЗИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

3.1. Исследования работы ЗФМ дренажных труб из волокнисто-пористых полимерных материалов

3.1.1. Цели и задачи исследования геосинтетика из волокон линейного полиэтилена низкой плотности

3.1.2. Методика исследования физических процессов

3.1.3. Результаты исследования физических процессов

3.1.4. Исследование суффозионных процессов

3.2. Способ определения толщины ЗФМ дрены

2

Глава 4. БИОХИМИЧЕСКОЕ ЗАСОРЕНИЕ ДРЕНАЖНЫХ ТРУБ

4.1. Исследование проблем биохимической кольматации дренажных труб55

4.1.1. Цели и задачи исследования биохимической кольматации

4.1.2. Методика исследований биохимической кольматации

4.1.3. Результаты исследований биохимической кольматации

4.2. Классификация химической, биохимической и биологической кольматации дренажных труб

4.3. Заохривание дренажных труб

Глава 5. ТЕХНОЛОГИИ САМОПРОМЫВКИ ДРЕНАЖНЫХ ТРУБ

5.1. Исследование процесса промывки дренажных труб

5.2. Исследование водоотталкивающих свойств модифицированного этанолом линейного полиэтилена низкой плотности

5.3. Конструкция дренажных труб из гидрофобных материалов

5.4. Внедрение усовершенствованной конструкции дрен с поверхностями, обладающими повышенной способностью к самоочищению при строительстве и реконструкции осушительных систем

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение 1. Результаты определения коэффициента фильтрации

Приложение 2. Результаты исследований накопления биомассы в геосинтетиках

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование конструкции горизонтального дренажа за счет создания водоотталкивающих поверхностей в дренажных трубах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В рамках Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы, утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 14.07.2012 № 717 и проектом федеральной целевой программы «Развитие мелиорации земель сельскохозяйственного назначения России на 2014-2020 годы», предусматривается реконструкция и новое строительство оросительных и осушительных систем.

Одной из сложнейших задач в мелиорации является повышение качества и надежности строящихся и существующих гидромелиоративных систем. Известно, что из-за недостаточной надежности мелиоративных объектов тратятся значительные средства на их ремонт и обслуживание.

В данной работе рассматриваются пути повышения надежности регулирующей сети осушительных систем. Избыток влаги в почве препятствует эффективному использованию земель, что приводит к необходимости строительства дренажа, в основном закрытого горизонтального.

Работа горизонтального дренажа во многом зависит от конструкции дрен. Появление новых видов защитно-фильтрующих материалов (ЗФМ) дрен приводит к сокращению стоимости, но одновременно к возникновению большого количества проблем, которые необходимо исследовать и по возможности устранять. От конструкции дрены зависит течение минерального, химического и/или биохимического засорения (особенно заохривания).

Необходим творческий системный подход к проектированию осушительных систем с использованием достижений сопредельных наук. В настоящее время поднимаются вопросы возможного применения в

4

мелиорации микро- и нанотехнологий и их влияния на окружающую среду. Технологии создания материалов с заданной структурой на разных масштабных уровнях рассматриваются как основа качественного скачка в 21 веке во многих областях науки, в том числе и в мелиорации земель.

Использование материалов с изменённой структурой поверхностей может повлечь изменение процессов в дренах и придренной зоне, что позволяет судить об актуальности направления диссертационного исследования.

Реализация конструкции дрены с водоотталкивающей внутренней поверхностью, предложенная автором, приведет к экономии материальных и трудовых ресурсов.

Цель исследований. Целью работы является обоснование параметров и совершенствование конструкций дренажных труб закрытого горизонтального дренажа.

Основные задачи диссертационных исследований:

- провести испытания геотекстильных фильтрующих материалов из волокон линейного полиэтилена низкой плотности в песчаных грунтах с целью дальнейшей их адаптации;

- выявить закономерности накопления биомассы в ЗФМ дренажных труб;

- установить параметры ЗФМ дренажных труб;

- разработать рекомендации по улучшению конструкций дрен.

Методика исследований. Лабораторные исследования выполнялись на современном оборудовании с применением стандартных международных методик с натурными образцами геотекстильных материалов. Исследование фильтрационных' свойств ЗФМ проводилось методом физического моделирования с использованием пермеаметра, стенда, работающего по

5

принципу прибора Дарси. Применены стандартные методы определения физико-механических процессов, происходящих в придренной зоне. Влияние свойств гидрофобных материалов было эмпирически исследовано в процессе опытов.

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты исследования дренажных труб с новыми неткаными ЗФМ из волокон линейного полиэтилена низкой плотности в песчаных грунтах;

- рекомендации, позволяющие в песчаных грунтовых условиях оценить пригодность нетканого ЗФМ дрены в зависимости от его пористости и диаметра нити волокна;

: способ определения толщины ЗФМ дрены из нетканых материалов;

- использование более тонких геосинтетиков снижает риск биохимической кольматации;

- рекомендации по применению водоотталкивающих поверхностей в дренах;

- конструкция дрены с водоотталкивающей внутренней поверхностью.

Научная новизна. Проверена возможность применения в качестве ЗФМ дренажных труб новых нетканых материалов из линейного полиэтилена низкой плотности, определено соответствие песчаным грунтовым условиям: некольматируемости, недопущения суффозии. Установлено влияние пористости, толщины материала и диаметра волокон нетканых ЗФМ на суффозионные процессы в придренной области и разработан способ определения толщины ЗФМ дренажных труб. На основе результатов исследований разработана новая конструкция дрен с водоотталкивающей внутренней поверхностью.

Практическая ценность. Способ определения толщины ЗФМ горизонтального дренажа может быть использован в проектах осушительных систем при песчаных грунтовых условиях.

Разработанная конструкция дрены с повышенной способностью к самоочищению, возможного при определенных модулях дренажного стока, основанная на эффекте гидрофобности, может быть повсеместно использована при проектировании и строительстве дренажа.

Достоверность результатов и выводов диссертации. Достоверность полученных результатов подтверждается полнотой исследуемых процессов (физических и биохимических), применением общепринятых методов исследования, использованием современного оборудования.

Апробация работы. Основные результаты данного исследования изложены в 3 печатных работах и тезисах докладов. Материалы диссертационной работы докладывались на Международно-практических конференциях: «Проблемы Развития Мелиорации и Водного Хозяйства и Пути их Решения» 2011г., «Роль мелиорации и водного хозяйства в инновационном развитии АПК» 2012г., «Мелиорация в России - традиции и современность» 2012г.

Объем диссертации. Работа состоит из введения, 5 глав, выводов, включает 100 страниц, 6 таблиц, 18 рисунков, списка литературы, насчитывающий 78 наименований и два приложения.

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДРЕНАЖА 1.1. Экономико-экологический подход в природопользовании

Люди зависят от технологий природопользования, удовлетворяющих их основные биологические и материальные потребности. Однако, в результате растущего диссонанса между глобальным экономическим обменом и биофизическими пределами биосферы, многие экосистемные услуги снижают свои качественные показатели.

При попытке найти баланс в паре экономика-экология возникает ряд вопросов. Особое внимание к определению характера природопользования основано на том, что оно до сих пор окружено спорами.

Изначально задумываемое для отражения зависимости социума от природы, природопользование сейчас стало угловым камнем, фундаментом нового рыночного подхода для управления мировой окружающей средой.

Следующие годы будут особенно важными для заложения базы будущей политики по охране окружающей среды, основанной на принципах более глубокого познания социоэкономической роли экосистем и услуг, которые они предоставляют.

Глобальная задача - изучить теоретические разногласия и реальные проблемы по всем направлениям природопользования, связанные с принятием во внимание экосистемных услуг при принятии проектных, политических и экономических решений. Создание политики, основанной на эколого-экономическом подходе, должно базироваться на системе перерасчета с учетом изменения общей ценности природных систем в процессе их эксплуатации.

«Реальное состояние экономики и благосостояние населения необходимо оценивать по величине экологически адаптированного чистого

внутреннего продукта, который равен ВВП минус потери от снижения общей ценности природных систем и ухудшения здоровья населения в результате истощения природных ресурсов и разрушения экосистем» [1].

Глобальная демографическая ситуация, а именно увеличение численности населения планеты приводит к увеличению спроса на продукты питания, вследствие этого и на два важных ресурса: плодородные земли и воду. Необходимость сохранения имеющихся природных ресурсов ужесточает требования к мелиоративным системам и её элементам.

(Ц

5 <и

X у

О) ^

^ а

8 |

х *

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 Рисунок 1 - Оценка динамики численности мирового населения [2]

В ближайшие десятилетия мелиорация будет играть важную роль в обеспечении продовольственной безопасности и улучшении качества жизни. В то время как сохранение природных ресурсов, особенно учитывая перспективы глобального роста населения, должно стать доминирующим фактором в природопользовании. Наряду с ограничениями, вызванными лимитированностью земельных и водных ресурсов, потребуется увеличение производительности сельскохозяйственных земель за счет улучшения качественных показателей мелиоративных систем.

1.2. Мелиоративные системы в условиях изменчивости климата

Наличие полных гидроклиматических данных на объекте строительства мелиоративной системы является необходимым условием для рационального планирования, проектирования и эксплуатации.

Существующие рекомендации по проектированию актуальны лишь при сохранении стабильности гидроклиматической ситуации. Но из-за неустойчивости климата и локальных аномалий природных условий они утрачивают свою актуальность. Необходим пересмотр принципов проектирования с целью получения большей устойчивости к изменчивым условиям эксплуатации мелиоративных систем.

Глобальное изменение климата почти наверняка является результатом жизнедеятельности человечества. Множеством ученых по всему миру указывают на изменение климатической ситуации: Игорь Мохов (Россия), Лиза Александр (Австралия), Саймон Аллен (Швейцария), Франсуа-Мари Бреон (Франция), Джон Черч (Австралия), Пирс Форстер (Великобритания), Натан Джиллетт (Канада), Джонатан Грегори (Великобритания), Деннис Гартман (США), Петер Лемке (Германия), Джеральд Мил (США), Шилунский Бяо (Китай), Цинь Дахэ (Китай), Дэвид Рэндалл (США), Моника Рейне (Германия), Маиса Рохас (Чили), Дрю Шинделл (США), Томас Ф. Стокер (Швейцария), Линн Тэлли (США), Дэвид Воган (Великобритания), Шан-пинг Се (США).

Факторы влияющие на изменение климатической ситуации настолько велики [3], что положительный эффект от скорейшего перехода на экотехнологии (с целью снижения уровня выбросов парниковых газов в атмосферу) станет заметен лишь через значительный промежуток времени.

Углекислый газ, метан и оксид азота являются главными виновниками разрушения озоновой оболочки Земли. По сравнению с

«предындустриальными временами», уровень концентрации СОг увеличился на 40%; при этом немалую часть вышеупомянутого газа (около 30%) поглотил Мировой Океан, что привело к повышению уровня его кислотности. Более того, из-за постоянного поглощения водными объектами углекислого газа, с 70-х годов 19 века происходит постоянное повышение их температуры (рисунок 2, особенно верхнего слоя - от 0 до 700 метров), а следовательно и объема испарений воды в атмосферу. Высока вероятность того, что в ряде регионов России весенние паводки будут усиливаться, что говорит о важности развития технологий дренирования и водоотведения.

6

5

Г4

и

4

СО

р 3

СО

о.

<и с 2

£ 1

0

-1

-2

-3

Рисунок 2 -

Обоснованность проектных и технологических решений при строительстве мелиоративных систем должно опираться на долгосрочный возможный уровень продуктивности земель и исключать возможность деградации природных систем.

Большинство существующих дренажных систем было спроектировано для длительной эксплуатации (более 25 лет) на основе гидрологических данных, предполагая, что климатические условия не изменятся в будущем.

1950 1975 2000 2025 2050

График усредненных температур на поверхности океанов [4]

Но под действием глобальных процессов и парникового эффекта климатическая ситуация претерпит значительные изменения.

Повышение температуры увеличивает риск экстремальных погодных явлений и локальных климатических аномалий.

Если п - общее число элементарных событий и все они равновозможные, то вероятность события с!еу определяется по формуле:

РЦеу) = тУп,

где т1 - число исходов (функция от изменения средней температуры на поверхности океанов), благоприятствующих появлению события <3еу(климатических девиаций).

Каеу - коэффициент снижения урожайности, учитывающий неопределенность изменения климатических условий, рисунок 3.

2,5

сч

5 «

к к

<и Й* I

к 2

о И 2

«

К Ж за

н к

СП

о ч

о

X

к «

о а> т

о £ Й Й « Я Я 5

* 8, | с 5

н к

<и § £

5 к

•©Н Н

!ь>

СО

К 1-0 н о о я ж

1,5

•е-

СП

>

а> -о

и

О 1>

^ X

0,5

0

2000

2010

2020

2030

2040

2050

2060

Рисунок 3 - Вероятностные значения коэффициента снижения урожайности, учитывающего изменение климатических условий в зависимости от проектного срока существования мелиоративной системы

Возможные последствия изменчивости климата, которые могут повлиять на принципы планирования и разработки критериев включают в себя изменение температуры, количество осадков и стока. Задача заключается в определении краткосрочных стратегий одновременно с учетом долгосрочной неопределенности. Вопрос не в том, какие проектные решения будут лучше в течение следующих 25 лет, разумно учитывать несколько следующих лет и при изменении условий иметь возможность внести поправки в конструкцию мелиоративной системы.

1.3. Особенности строительства дренажа на сельскохозяйственных

землях

Основным и непосредственным назначением дренажа является удаление из корнеобитаемой зоны избытка влаги и солей, создавая тем самым допустимый водно-солевой, питательный и воздушный режимы для обеспечения нормальной вегетации растений.

Искусственный дренаж должен дополнять естественную дренированность территорий, быть экономически выгодным, поддерживать нормальную экологическую обстановку территорий, а также создавать и сохранять условия для стабильного сельскохозяйственного производства.

Строительство дренажа оказывает влияние на природные условия района и может сохранить или улучшить сложившиеся для орошения гидрогеолого-мелиоративную обстановку, создать и поддерживать новые благоприятные для растений условия [5].

Дренаж не выполняет узкую задачу по поддержанию мелиоративного режимов с целью получения максимально возможных урожаев. Дренаж сохраняет экологическое равновесие территорий и обеспечивает другие

факторы, положительно влияющие на сохранение сельскохозяйственных земель.

Дренаж имеет важное значение в сохранении нынешнего уровня производства продуктов питания. Без дренажа большая часть орошаемых территорий будет деградировать в заболоченные или засоленные земли. Технологии дренирования и водоотведения важны для достижения устойчивого развития земель сельского хозяйства и получения выгод в условиях постоянного изменения гидроклиматической ситуации на территории России.

Осушительная система может эффективно функционировать лишь при организации надлежащей ее эксплуатации. Осушение сельскохозяйственных земель не должно быть ориентировано на быстрое удаление больших количеств воды. Быстрое удаление избытка влаги негативным образом влияет на стабильность осушаемой природной системы. Слишком активное действие дренажа ведет к потерям запасов влаги, наличие которой снижает риск засухи. При этом повышаются экологические риски, связанные с распространением загрязняющих веществ вместе с дренажным стоком.

Для сельскохозяйственных нужд дренаж должен выполнять функцию контроля уровня грунтовых вод, а не функцию интенсивного водоотведения. При этом мы избегаем параметр «избыток влаги», который трудно поддается количественной оценке.

Параметр «избытка влаги» принимается на основе гидрологических данных и не основан на требованиях землепользования. Часто его принимают слишком высоким, что приводит к чрезмерному увеличению стоимости системы осушения.

Помимо контроля уровня грунтовых вод, дренаж может выполнять функции контроля количества растворимых веществ: солей, кислот, щелочей.

Удаление этих веществ должно происходить с особо тщательным обоснованием и так медленно и постепенно, насколько это возможно [6].

Большинство исследований дренажа направлены на развитие технологий и разработку рекомендаций по проектированию осушительных систем, а также исследования эффективности мелиорации. Относительно мало внимания уделяли эрозии почвы и изучению сути процессов, происходящих в придренной области.

Многие рекомендации по проектированию систем осушения отодвигаю на второй план процессы, происходящие в придренной области. Исследования физических и биохимических процессов в дренах и придренной области проводились в недостаточном количестве.

Дренажные системы, которые созданы для регулирования уровня грунтовых вод, должны надежно выполнять свою функцию на протяжении длительного времени. По различным причинам дренажные системы постепенно теряют свою эффективность и/или могут стать причиной ускорения эрозивных процессов.

Засорение элементов дренажных труб является основной проблемой, приводящей к снижению эффективности дренажных систем или полному их отказу. Имеет место проблема, которая наиболее часто встречается: суффозионные и эрозивные процессы в придренной области. Движение частиц грунта на границе раздела двух пористых сред может вызвать различные физические явления, а именно интенсивное вымывание частиц грунта, эрозию почвы.

Когда дренаж перестает выполнять свою функцию, при потере достаточной интенсивности осушения, необходимы специальные мероприятия. В лучшем случае промывка осушительной системы, в худшем -капитальный ремонт, либо реконструкция. Процессы же химико-физической

эрозии почв могут привести к необратимому снижению плодородия осушаемых земель.

Достаточно интересным и требующим детального изучения является эффект образования естественного фильтра в зоне действия дрен.

При правильном взаимодействии частиц почвы в придренной области возможно образование естественного фильтра, который может сильно увеличить срок жизни дренажа. Исходя из принципа пространственной неоднородности физических свойств и процессов, предугадать, тем более способствовать формированию естественного фильтра по всей длине дренажной линии в естественном грунте является труднодостижимой задачей.

В почве нет ни одного свойства, которое можно было бы считать абсолютно независимым от других и единственно определяющим почвенные процессы. Все свойства зависят друг от друга и взаимосвязаны [7]. Всегда почвенные свойства различаются в разных точках пространства.

Также сложность исследований процессов приводящих к образованию естественного фильтра заключается в том, что контролировать внутрипочвенную структуру очень трудно - она незаметна на поверхности почвы.

Способность почвы пропускать воду к дренам обусловлена наличием в ней природных пустот, макропор, образовавшихся в результате действия самой дрены, а также проникновения вглубь земли корней растений (биопор), сквозь которые вода проходит относительно легко.

Действие дренажа влияет не только на водно-воздушный режим, но и изменяет структуру почвы. Процессы обеспечения растений водой и воздухом различны для различных грунтовых условий, т.е. сдвигаются оптимумы мелиоративного режима в зоне действия дрен. Практическая

проблема такого действия дрен - неравномерность и невозможность точного прогноза структуры почвы в подпахотном слое.

Таким образом, имеем актуальность разработки руководящих принципов проектирования дренажа с учетом неоднородности естественных грунтовых условий и всего многообразия процессов, происходящих в придренной области.

Работа по изучению действия дрены в основном заключается в исследовании процессов, возникающих в зависимости от принимающего пористого материала, образующего трубу, или расположенного вокруг трубы-каркаса.

Обмотка, защитно-фильтрующий материал (ЗФМ) - пористая структура, расположенная вокруг трубы, предназначена для обеспечения стабильного физического состояния почвы, улучшения гидравлических показателей в области действия дрены и защиты дренажных труб от засорения. Функция ЗФМ - это защита дрен от потери функциональности, при этом подразумевается фильтрация воды и некоторых частиц почвы через него.

Во многих случаях потребность в защитно-фильтрующих материалах для дрен не является очевидной с самого начала установки. За исключением некоторых проблемных типов почв, трудно дать какие-то однозначные рекомендации, где их стоит использовать, а где - нет.

Достаточно сложно предугадать отличия в поведении различных видов материалов водоприемного слоя дрены, даже при всех известных его характеристиках. И только некоторые проблемы можно выявить на стадии проектирования. Если характеристики почвы не дают нам однозначного ответа, то для того чтобы выяснить пригодность определенного

водоприемного слоя, можно проводить лабораторные испытания с использованием пермеаметра.

В начале исследований при выборе конструкции водоприемного слоя дрены, критериями служила способность к фильтрации. Слово «фильтры» или термин «фильтрующий материал» (ФМ) часто ошибочно употребляется по отношению к обмоткам дрен. Фильтр по определению «пористое вещество, задерживающее прохождение некоторых частиц». Фильтрация также определяется как «удаление некоторого вещества из массы воды путем прохождения через слой пористого материала». Таким образом, фильтры, используемые в качестве обмотки, в конечном итоге засоряются, потому что твердые частицы будут задерживаться в них, снижая их проницаемость.

ЗФМ дрен выполняет задачу улучшения движения потоков воды в придренной области и действует в качестве ограничителя, избирательно препятствующего поступлению частиц почвы и почвенных агрегатов в дренажную трубу. Вместе с тем множество мелких частиц почвы и органических веществ, взвешенных в воде, поступает в трубу, и если ЗФМ правильно подобран, вымыв этих частиц не повлечет засорение или заиление трубы. И вместе с этим не произойдет интенсификации процессов эрозии осушаемых земель.

ЗФМ является неотъемлемой частью многих закрытых дренажей. Если она перестает выполнять свою функцию, то и весь дренаж не будет работать. Частое возникновение проблем различных конструкций принимающей поверхности дрен и появление новых материалов делают актуальными их исследование.

Существует три категории исследования функциональности того или иного материала дренажной обмотки, которые не всегда пересекаются:

- Исследование пригодности конкретных типов ЗФМ для различных

типов почв;

- Исследования, выявляющие параметры и факторы связей этих

параметров, которые определяют применимость материалов;

- Исследования вышедших из строя дренажных линий.

Первая категория используется для оценки конкретных принимающих поверхностей дрен и материалов, вторая - для получения фундаментальных знаний о дренажах.

Прояснить картину происходящих процессов помогают наблюдения на осушительных системах с плохо функционирующими или полностью неработающими (а такие варианты еще более приветствоваться) дренажными системами.

Поиск неисправных дрен усложнялся тем, что те, кто отвечал за надлежащую установку систем (а в большинстве случаев это были компании-подрядчики или контролирующие организации), не оглашают ошибки в своей работе. После выявления хозяйств, где дренаж функционирует не так, как положено, должны проводиться диагностические полевые исследования. Это необходимо для того, чтобы как можно точнее выяснить надлежащие методики подбора комплектующих осушительных систем, методов их установки и условий, при которых подобные работы должны проводиться.

Проблемы, связанные с определением междренного растояния; диаметра дрен; силовым каркасом, обеспечивающим форму и предотвращающим схлопывание дренажных труб; прочностных характеристик ЗФМ, ограничены и хорошо изучены.

1.4. Исторические аспекты развития дренажа

История дренажа для сельского хозяйства началась около 9000 лет назад в Месопотамии, труб тогда не было [8]. Подземный дренаж создавался

19

из гравия и камней или проницаемой органики, как например, связки небольших деревьев и кустарников, скреплявшихся вместе на дне траншеи. Первые дренажные трубы появились 4000 лет назад, они были обнаружены в Нижней долине реки Инд. В Европе первые подземные дренажи были установлены в начале Нашей эры.

Самые ранние археологические упоминания о прогрессивных канализационных и дренажных системах приходят от цивилизации долины Инда, около 3100 до н.э., где сейчас расположен Пакистан и Северная часть Индии. Древние индусские системы канализации и дренажа, которые были разработаны и использовались в городах древней цивилизации, гораздо более совершенны, чем те которые можно найти в современных городских объектах на Ближнем Востоке. И они более совершенны, чем в некоторых областях современного Пакистана и Индии. Все дома в крупнейших древних городах Хараппа и Мохенджо-Даро имели доступ к воде и имели дренажные средства обслуживания населения. Сточные воды направлялись в крытые стоки, которые располагались вдоль основных улиц.

Подземные дренажи, однако, были частично забыты на последующие столетия.

Осушительные каналы и дренажи на Руси начали строить достаточно рано [9], с XII века. При раскопках дворцовых построек князя Андрея в с. Боголюбове, найдена площадь, вымощенная белокаменными плитами. Дождевые воды отводились водостоками, сделанными из тесаного белого камня.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Хохлов, Владимир Игоревич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Айдаров И.П. Проблемы природопользования и природообустройства в России и пути их решения. - М.: ФГОУ ВПО МГУП. 2010. 94 с.

2. Оценка динамики численности мирового населения. URL:

http://census.gov/population/international/data/worldpop/table_population.php (дата обращения: 11.02.2010).

3. Управление рисками экстремальных явлений и бедствий для содействия адаптации к изменению климата. - МГЭИК 2012, ISBN 978-92-9169-433-4.

4. Средняя температура на поверхности океанов. URL: http://data.giss.nasa.gov/gistemp/ (дата обращения: 15.04.2010).

5. Бугай Н.Г., Виноградов И.Г., Внучков В.В. и др. Дренажные системы в зоне орошения. Киев:Урожай, 1987. - 191 с.

6. Айдаров И.П. Регулирование водного, солевого и питательного режимов орошаемых земель. М, 1985 - 234 с.

7. Шеин Е.В. Курс физики почв. : Учебник. - М.: Изд-во МГУ, 2005. - 432 с. ISBN 5-211-05021-5

8. Van Schilfgaarde, J. 1971. Drainage yesterday, today, and tomorrow. Proc. ASAE Nat. Drain. Symp. St. Joseph, MI, United States.

9. История мелиорации в России. Том 1. Б.С. Маслов, А.В. Колганов, Г.Г. Гулюк, Е.П. Гусёнков, 2002 г., Москва ФГНУ "Росинфорагротех" - 508 с.

10. Chapman, D. 1956. Ditches, dykes and deep-drainage. Young Farmer's Club Booklet 29. Evans Brothers LTD, London.

11. Schwab, G.O. and Fouss, J.L. 1999. Drainage materials. In: Agricultural Drainage. R.W. Skaggs and J. Van Schilfgaarde (eds.). Agron. Monogr. 38. ASA, CSS A, and SSSA, Madison, WI, United States, pp. 911-926.

12. Пивовар Н.Г. и др. Дренаж с волокнистыми фильтрами. - Киев.: «Наукова думка», 1980.-213с.

13. Мурашко А.И., Сапожников Е.Г. Защита дренажа от заиления - Минск,

Ураджай, 1978-252 с.

14. Ziems, J. 1969. Beitrag zur Kontakterosion nichtbindiger Erdstoffe [Contribution to contact erosion ofcohesionless mineral materials]. Ph.D.-Thesis, Techn. Univ. Dresden, Germany.

15. Мурашко А.И. Сапожников Е.Г. Способы защиты горизонтального трубчатого дренажа от заиления - Экспресс информация ЦБНТИ по мелиоративному водному хозяйству, серия 2, вып. 4, 1969. - 8с.

16. Малишаускас А.Д. Влияние некоторых способов защиты и засыпки гончарного дренажа на его действие в аллювиально-болотных почвах. -Гидротехника и мелиорация торфяных почв. Часть 3. Мн., БелНИИМиВХ, 1969. - с.50-55

17. Проектирование защиты закрытого дренажа от механического заиления в минеральных грунтах. - Л.:СевНИИГиМ, 1973 - 76 с.

18. Шрейдер В.А. - Современные дренажные фильтры. - М.: ВНИИНиТЭИСХ, 1978 - 45с.

19. Мелиорация и водное хозяйство. Осушение: Справочник под ред. Академика РАСХН Б.С. Маслова. - М.: «Ассоциация Экост», 2001. - 606с.:ил.

20. Маслов Б.С. и др. Сельскохозяйственная мелиорация. - М.:Колос, 1984. -511 с.

21. Косиченко Ю.М., Колганов A.B. Оценка эксплуатационной надежности закрытого горизонтального дренажа. - М.:ЦНТИ «Мелиоводинформ», 1997 -80 с.

22. Stuyt, L.C.P.M. 1982. Drainage envelope research in The Netherlands. In: Proc. 2nd Internat. Drainage Workshop. Washington, DC, pp. 106-123.

23. Шобдарбаев Б.А. Усовершенствование конструкции горизонтального дренажа с применением местных материалов в зоне рисосеяния //Автореф. дисс...канд. техн. наук: 06.01.02. - Республика Казахстан, Тараз., 2009. -26 с.

24. Кунце Г. Загрязнение почвы железом и заохривание труб. - М.: Агропромиздат, 1986. - 101 с.

25. Кирейчева Л.В. Дренажные системы на орошаемых землях. Прошлое.

95

Настоящее. Будущее. М.:Изд-во ВНИИТМ, 1999.

26. Кульман Т. Новые конструкции закрытого собирателя с использованием синтетических материалов (геотекстилей) //Автореф. дисс...канд. техн. наук: 06.01.02.-М.:1989-25с.

27. Хрисанов Н.И. и др. Защита закрытого дренажа от заиления. - М.: Россельхозиздат, 1976.-31с.

28. Cavelaars, J.С., Vlotman, W.F. and Spoor, G. 1994. Subsurface drainage systems. In: Drainage Principles and Applications. H.P. Ritzema (ed.). Publ. 16, 2nd ed. (completely revised), ILRI, Wageningen, The Netherlands, pp. 827-929.

29. Stuyt, L.C.P.M. 1992b. Mineral clogging of wrapped subsurface drains, installed in unstable soils: a field survey. In: Proc. 5th Internat. Drainage Workshop. W.F. Vlotman (ed.). Lahore, Pakistan, Vol. Ill, pp. 5.50-5.64.

30. Глазунова И.В. «Обоснование параметров дренажных фильтров» Автореф. дисс. канд. техн. наук: 06.01.02. - М.:1990 22 с.

31. Кочанов В.Г. Результаты исследований повреждаемости защитной оболочки из рулонных ЗФМ предварительно обернутых гофрированных дренажных труб, поставляемых в бухтах / Вопросы применения полимерных материалов в мелиорации земель: сб. ст., Елгава ВНПО «Союзводполимер», 1988 - с.76-84.

32. Семеринов Е.С. Исследование фильтрационных свойств структурных материалов и защиты ими закрытого дренажа от заиления // Автореф. дисс...канд. техн. наук: 05.14.09. - JI.:1975 - 23с.

33. Казарновский В.Д. и др. Синтетические текстильные материалы в транспортном строительстве. - М.:Союздорнии, 1983 - 124с.

34. Giroud, J.P. (1996). Granular Filters and Geotextile Filters. Geofilters'96, Montréal, Canada : 565-680.

35. ASTM D5101-96. 1996. Standard Test Method for Measuring the Soil-geotextile System Clogging Potential by the Gradient Ratio. ASTM, West Conshohocken, PA, United States.

36. Van Zeijts, T.E.J, and Zijlstra, L. 1990. Rodding, a simple method for

96

checking mistakes in drain installation. In: Symposium on Land Drainage for Salinity Control in Arid and Semi-Arid Regions. Drainage Research Institute, Cairo, Vol III, pp. 84-93.

37. CEN/TC155/WG18. 1994. Plastics Piping Systems for Agricultural Land Drainage (PVC-U). CEN, Brussels.

38. Дмитриев А.Ф. Гидравлические сопротивления и кинематика потока в дренажных трубопроводах// Автореф. дисс... доктора техн. Наук: 05.14.09. -Д.: 1983 -44 с.

39. Corbitt, R. A., "Handbook of Environmental Engineering," Mc-Graw-Hill, Inc., 1990, 1152 p.

40. Хухряков В.А. Промывка дренажных систем с использованием вакуума. - Гидротехника и мелиорация, №3, 1989. - с.47-49.

41. Саартметс Т.В. Промывка дренажа на легких грунтах. - Мелиорация и водное хозяйство, №8, 1990.

42. Koerner, R.M., "Designing with Geosynthetics," Prentice Hall, 1998

43. Extrand, С (2008). "Self-Cleaning Surfaces: An Industrial Perspective". MRS Bulletin: 733.

44. Martinez Beltran, J. 1978. Drainage and Reclamation of Salt-affected Soils. Publ. 24, ILRI, Wageningen, The Netherlands.

45. Ford, H.W. 1982a. Biological clogging of drain envelopes. In: Proc. 2nd Internat. Drainage Workshop, - Washington, DC, pp. 215-220.

46. Лопатина М.Г. Оценка влияния марганцеворудного загрязнения на фильтрационные свойства грун-тового материала тела и обратного фильтра плотины № 2 Боткинской ГЭС.- // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, т. 246.2007. с. 3-12.

47. М.Ф. Натальчук и др. Эксплуатация гидромелиоративных систем - М.: Колос, 1995.-320 с.

48. Mlynarek, J., Rollin, A. L., Lafleur, J. and Bolduc, G., "Microstructural Analys is of a Soil/Geotextile System," Geosynthetics: Microstructure and Performance, ASTM STP 1076,1. D. Peggs, Ed., ASTM, Philadelphia, PA, 1990

97

49. ENV 12 225. 1996. Geotextiles and Geotextile-related Products - Method for Determining the Microbiological Resistance by a Soil Burial Test. CEN, Brussels.

50. Cavelaars, J.C. 1987. Comment made during discussion in session 4 in ILRI Symposium. In: Proc. Symp. 25th Internat. Course on Land Drainage. Twenty-Five Years of Drainage Experience. J. Vos (ed.). Publ. 42, ILRI, Wageningen, The Netherlands.

51. Cavelaars, J.C., Vlotman, W.F. and Spoor, G. 1994. Subsurface drainage systems. In: Drainage Principles and Applications. H.P. Ritzema (ed.). Publ. 16, 2nd ed. (completely revised), ILRI, Wageningen, The Netherlands, pp. 827-929.

52. Martinez Beltran, J. 1987. Drainage in Spanish land reclamation projects. In: Proc. Symp. 25th Internat. Course on Land Drainage. Twenty-Five Years of Drainage Experience. J. Vos (ed.). Publ. 42, ILRI, Wageningen, The Netherlands, pp. 180-194.

53. Van der Molen, W.H. 1972. Waterbeheersing [Water Management], Revised ed. Lecture notes, Agricultural University Wageningen, The Netherlands.

54. Stuyt, L.C.P.M. 1992a. The Water Acceptance of Wrapped Subsurface Drains. Ph.D. Thesis, Agric. Univ. 128 References Wageningen/DLO-Winand Staring Centre (SC-DLO), Wageningen, The Netherlands.

55. Ford, H.W. 1980. The problem of dripper clogging and methods for control. Proc. Symp. Drip Irrig. In Hort. Skierniewice, Poland, 1: 99-105.

56. Henkin, E. 1987. Twenty-five years of drainage in Israel. In: Proc. Symp. 25th Internat. Course on Land Drainage. Twenty-Five Years of Drainage Experience. J. Vos (ed.). Publ. 42, ILRI, Wageningen, The Netherlands, pp. 205215.

57. Ford, H.W. 1982a. Biological clogging of drain envelopes. In: Proc. 2nd Internat. Drainage Workshop, Washington, DC, pp. 215-220.

58. Smedema, L.K. and Rycroft, D.W. 1983. Land Drainage: Planning and Design of Agricultural Drainage Systems. Batsford, London.

59. Эггельсманн P. Руководство по дренажу. - М.:Колос, 1978. - 255 с.

60. Кунце Г. Загрязнение почвы железом и заохривание труб. -М.:Агропромиздат, 1986.- 101 с.

61. Шишова И.А. Моделирование дренажа в тяжелых почвогрунтах при проектировании мелиоративных систем. - В кн.:Вопросы методики изысканий, проектирования и управления гидромелиоративными системами. -М.: 1981. - с.114-119.

62. Зубец В.М., Вакар А.Е. Эксплуатация закрытых осушительных систем. -М.: 1989.- 136 с.

63. Панадиади А.Д., Багиров М.Н. Новый способ промывки закрытого дренажа. - В сб.: Вопросы осушения земель гумидной зоны РСФСР. - М.: 1981.- с.57-62 (ВНИИГиМ).

64. А.с. 1630344 СССР, МКИ5 Е 02 В 11/00 Осушительная система/ Н.Н. Ковальчук и др. (СССР). - №4672026/15; заявл. 03.04.89.

65. Пат. 2138698 Российская Федерация, МПК6 F 04 F 10/02 Устройство для создания разряжения. Бишоф Э.А., Гринц А.В., Тилк А.А.; заявитель и патентообладатель ГНЦ СевНИИГиМ - №95116875/06; заявл. 04.10.95; опубл. 27.09.99, Бюл.№27-2с.

66. Bons, A. and Van Zeijts, T.E.J. 1991. Jet flushing, a method for cleaning subsurface drainage systems. Information Paper 28, Government Service for Land and Water Use, Utrecht, The Netherlands.

67. Мелиорация и водное хозяйство. Осушение: Справочник/под ред. Академика РАСХН Б.С. Маслова. - М.: «Ассоциация Экост»,2001. - 606с.:ил.

68. J. Martinez Beltran, W. Dierickx, L.C.P.M. Stuyt «Materials for subsurface land drainage systems» FAO Irrigation and Drainage Paper 60 [Rev. 1]; Rome, 2005 189p.

69. Lai S.C.S. (2003) Mimicking nature: Physical basis and artificial synthesis of the Lotus-effect, Universiteit Leiden, The Netherlands

70. Barthlott, W. and C. Neinhuis, Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces. Planta, 1997. 202(1): p. 1-8.

71. Parker, A.R.L., Chris R., Water capture by a desert beetle. Nature, 2001. 414(6859): p. 33-34.

72. Yuan, Zhiqing; Chen, Hong; Zhang, Jide; Zhao, Dejian; Liu, Yuejun; Zhou, Xiaoyuan; Li, Song; Shi, Pu et al. (2008). "Preparation and characterization of self-cleaning stable superhydrophobic linear low-density polyethylene". Science and Technology of Advanced Materials 9 (4): 045007.

73. Zou, M., et al, Preparation and characterization of polysiloxane -polyacrylates composite lattices by two seeded emulsion polymerization and their film properties. Journal of Applied Polymer Science, 2007. 103(3): p.1406-1411.

74. Xue-Mei Li, D.R.a.M.C.-C., What do we need for a super hydrophobic surface? A review on the recent progress in the preparation of super hydrophobic surfaces. Chem. Soc. Rev., 2007. 36: p. 1350 - 1368.

75. Koerner, R.M., "Designing with Geosynthetics," Prentice Hall, 1998

76. Lennoz-Gratin, C., Lesaffre, B. and Penel, M. 1992. Diagnosis of mineral clogging hazards in subsurface drainage systems. In: Proc. 5th Internat. Drainage Workshop. W.F. Vlotman (ed.). Lahore, Pakistan, Vol. II, pp. 1.36-1.45.

77. Dierickx, W. 1996a. Determination of water penetration resistance of geotextiles. In: Proc. Symposium on Recent Developments in Geotextile Filters and Prefabricated Drainage Geocomposites. S.K.Bhatia and L.D. Suits (eds.), ASTM STP 1281, pp. 65-74.

78. Giroud, J.P., Delmas, P. & Artieres, O. (1998). Theorical Basis for the development of a Two-Layer Geotextile Filter. Sixth International Conference on Geosynthetics;Atlanta, USA : 1037-1044.

Приложение 1. Результаты определения коэффициента фильтрации

№ Уровень в Уровень в Разность Объем Время Коэффициент

верхнем нижнем уровней в воды сбора фильтрации

пьезометре пьезометре пьезометрах IV, объема КГ

Ы, см Ь2, см АЬ, см смЛ3 1,с

Геосинтетик из волокон линейного полиэтилена низкой плотности,

полученный при температуре 180С"

1 28 25,2 2,8 100 21 0,10832

2 27,6 25,3 2,3 100 24 0,11539

3 26,8 23,3 3,5 100 14 0,12999

4 28,5 27,6 0,9 100 54 0,13106

5 28,1 26,3 1,8 100 25 0,14154

6 26,3 23,1 3,2 100 19 0,10476

Геосинтетик из волокон линейного полиэтилена низкой плотности,

полученный при температуре 140С °

7 27,2 25,8 1,4 100 17 0,26762

8 26,1 21,4 4,7 100 5 0,27104

9 26,9 24,9 2 100 12 0,26539

10 25,8 21,4 4,4 100 7 0,20680

11 28,4 27 1,4 100 19 0,23945

12 24,6 23,3 1,3 100 17 0,28821

Ггосинтетик из гидрофобных волокон линейного полиэтилена низкой

плотности, полученный при температуре 140 С"

13 25,8 24,7 1,1 100 23 0,25176

14 29 27,8 1,2 100 19 0,27936

15 25,3 22,4 2,9 100 9 0,24404

16 27,3 25,8 1,5 100 14 0,30331

17 25,4 22,4 3 100 8 0,26539

18 26,1 21,7 4,4 100 6 0,24127

йиРоШ Тураг БГ40

19 24,8 22,3 2,5 100 35 0,07279

20 24,7 22 2,7 100 33 0,07149

21 25,2 22,4 2,8 100 34 0,06691

22 23,9 21,5 2,4 100 39 0,06805

23 25,1 22,9 2,2 100 43 0,06733

24 25,4 23,1 2,3 100 41 0,06754

ИиРоЫ Тураг БГ27

25 27,8 21,8 6 100 17 0,06245

26 27,4 22,2 5,2 100 19 0,06447

27 27,4 23,2 4,2 100 23 0,06594

28 26,7 22,5 4,2 100 27 0,05617

29 26,6 23,1 3,5 100 30 0,06066

30 27,7 22,9 4,8 100 21 0,06319

Приложение 2. Результаты исследований накопления биомассы в геосинтетиках

№ слоя Толщина слоев, мм Масса биомассы в слое, г Объемная плотность биомассы, г/смЛ3 Средняя объемная плотность биомассы, г/смЛ3

DuPont Typar SF27, 3,06смЛ3

1 0,39 0,01 0,0033 0,0033

2 0,78 0,01 0,0033 0,0033

3 1,17 0,01 0,0033 0,0033

4 1,56 0,015 0,0049 0,0037

5 1,95 0,015 0,0065 0,0042

6 2,34 0,02 0,0065 0,0046

7 2,73 0,02 0,0065 0,0049

8 3,12 0,02 0,0065 0,0051

DuPont Typar SF40, 3,б9смл3

0,47 0,015 0,0041 0,0041

0,94 0,015 0,0054 0,0047

1,41 0,02 0,0054 0,0050

1,88 0,025 0,0068 0,0054

5 2,35 0,025 0,0068 0,0057

6 2,82 0,03 0,0068 0,0059

Геосинтетик из гидрофобных волокон линейного полиэтилена низкой

плотности, 3,93смЛ3

1 0,5 0,01 0,0025 0,0025

0,0025 0,0030 0,0035 0,0041 0,0045

1 2

3

4

2 1 0,015 0,0025

3 1,5 0,015 0,0038

4 2 0,02 0,0051

5 2,5 0,025 0,0064

6 3 0,025 0,0064