Дрена́ж сельскохозя́йственных земе́ль (англ. drain – осушать), сбор и удаление грунтовых вод за пределы дренируемой территории с помощью системы искусственных водотоков – дрен – самотёком или принудительной откачкой. За рубежом под дренажом понимают любой вид осушения. В отечественной литературе термин «дренаж» употребляют как обозначение системы инженерных сооружений для регулирования водного, теплового и солевого режимов почв и уровня грунтовых вод на сельскохозяйственных землях и прилегающих к ним территориях.

Дренажный траншеекопатель.Дренажный траншеекопатель.На осушаемых землях дренаж применяется для отвода избыточных, поверхностных и грунтовых вод за пределы осушаемой территории для обеспечения проектной нормы осушения (осушительный дренаж). На орошаемых землях дренаж сооружается в расчёте на поддержание уровня грунтовых вод ниже критической глубины с целью предупреждения вторичного засоления почв (рассоляющий дренаж). На почвах тяжёлого гранулометрического состава дренаж применяется для усиления газообмена и регулирования теплового режима (аэрационный дренаж). По размещению дрен на осушаемой площади различают систематический или выборочный дренаж, по конструкции дрен – открытый или закрытый, по времени действия – постоянный или временный. В зависимости от способа устройства выделяют траншейный, бестраншейный, узкотраншейный дренаж, по способу отвода дренажных вод – самотёчный и с принудительной откачкой. Различают также материальный (трубчатый и др.) и полостной (кротовый, щелевой). Выбор типа дренажа и расчёт его параметров проводят с учётом климатических, гидрогеологических и почвенных условий территории в зависимости от назначения, нормы осушения или допустимой глубины грунтовых вод.

Типы дренажа

На сельскохозяйственных землях России в основном применяют 3 типа дренажа: горизонтальный, вертикальный и комбинированный.

Горизонтальный дренаж представляет систему дрен, расположенных на относительно небольшой глубине от поверхности земли с определённым уклоном для отвода воды за пределы территории. Горизонтальный дренаж может быть открытым (система открытых каналов) и закрытым (система подземных искусственных водотоков – дрен). В качестве искусственных водотоков применяют фашины, жерди, песчано-гравийную засыпку, трубы из различных материалов (гончарные, бетонные, пластмассовые). Длительное время основным типом дренажа был открытый горизонтальный дренаж, отличавшийся простотой строительства и относительно небольшими капитальными затратами. Однако, большие эксплуатационные расходы на очистку, потеря полезной сельскохозяйственной площади и стеснение механизации сельскохозяйственных работ заставили пойти на его замену закрытым дренажем. Несмотря на увеличение капитальных затрат эта замена оказалась экономичной, благодаря снижению эксплуатационных расходов, повышению коэффициента земельного использования, эффективности проведения сельскохозяйственных работ и увеличения производства продукции растениеводства.

В России наиболее распространённым типом является закрытый горизонтальный дренаж. При осушении сельскохозяйственных земель дренажная система состоит из проводящей, регулирующей и ограждающей сетей с заложением дрен на глубину 0,9–1,3 м с расстояниями между дренами при систематическом расположении 10–30 м. На слабоводопроницаемых грунтах, при наличии локальных водоупоров, а также поверхностного стока, конструкции трубчатого дренажа усиливают дополнительной обсыпкой из фильтрующих материалов (песок, мелкий гравий, керамзит, шлак и др.). В случае, когда обсыпка доходит до пахотного слоя, такой дренаж называют собирателями. На орошаемых землях используют, как правило, пластмассовые гофрированные трубы диаметром 90–110 мм и укладывают на глубину 2,5–3,0 м с расстояниями между дренами 100–200 м.

Вертикальный дренаж представляет собой систему скважин для принудительного извлечения подземных вод с помощью насосов в целях регулирования уровня грунтовых вод. Широкого применения в России не получил. Вертикальный дренаж имеется в Волгоградской области (дренирует около 9 тыс. га), также был построен в Самарской и Саратовской областях. Специфика вертикального дренажа заключается в активном воздействии на значительную глубину зоны аэрации, что существенно отличает его от горизонтального дренажа. Вертикальный дренаж в отдельных случаях может оказать отрицательное влияние на качество подземных вод, используемых для питьевого водоснабжения, вовлечь в активный оборот значительное количество солей и осложнить тем самым вопрос утилизации дренажных вод повышенной минерализации.

С недавних пор стал применяться комбинированный дренаж, который сочетает в себе горизонтальные дрены с подключёнными к ним скважинами-усилителями, работающими за счёт разницы напора в междренье и в месте подключения. Он наиболее эффективен в двухслойной грунтовой толще при расположении дрены в верхнем малопроницаемом слое, а скважины-усилителя – во втором, более водопроницаемом горизонте.

Различные типы дренажа имеют разную глубину активного влияния на водо- и солевой обмен в зоне аэрации и подземных водах. Техническими ограничениями выбора типа дренажа являются: отсутствие или недостаточность электроэнергии для работы вертикального дренажа; отсутствие водоприёмников дренажных вод и невозможность утилизации дренажного стока. Окончательно тип дренажа устанавливается на основе технико-экономических расчётов, включая затраты на мероприятия по утилизации дренажного стока.

Технологии строительства закрытого горизонтального дренажа

Строительство трубчатого дренажа осуществляют траншейным, узкотраншейным и бестраншейным способами с применением различных машин и агрегатов.

Для устройства дренажа траншейным и узкотраншейным способами применяют экскаваторы-дреноукладчики – самоходные машины с цепным ковшовым или ножевым рабочим органом и бункером-трубоукладчиком. Машина за один проход отрывает траншеи шириной 0,25 м (узкотраншейный) или 0,5 м (траншейный) по заданному уклону и укладывает дренажные трубы и фильтрующий материал.

При бестраншейном способе используют дреноукладчик – самоходную машину на гусеничном ходу с навесным рабочим органом в виде пассивного ножа и бункера-трубоукладчика. Дрена из пластмассовых труб с фильтрующим материалом укладывается на заданную глубину протягиванием ножа за счёт тягового усилия дреноукладчика без образования траншеи. За рубежом выпускаются и широко применяются траншейные, скребковые и бестраншейные дреноукладчики. Машины выпускаются двух типов: самоходные на специальных гусеничных шасси и в виде прицепного или навесного оборудования к сельскохозяйственным тракторам.

Кротовый дренаж устраивают кротователями и кротодренажными машинами, которые формируют дрены путём выдавливания в грунте протяжённых полостей круглого сечения. Кротователь представляет собой навесной (на трактор) рабочий орган, состоящий, в зависимости от типа грунтов и глубины нарезки полостей, из одного или нескольких ножей (прямолинейных стальных лезвий) с дренёрами (металлическими цилиндрами с лобовой частью) различных диаметров. Устраивают кротовый дренаж в пластичных глинистых и суглинистых грунтах либо в торфяных грунтах при степени разложения торфа не более 50 %.

Щелевой дренаж формируют щеледренажными машинами, которые отрывают в грунте узкую щель треугольного сечения глубиной до 1,2 м и шириной в нижней части 15–25 см. Машина навешивается на трактор, её рабочий орган представляет собой дисковую фрезу, по наружному диаметру на которой закреплены ножи.

История развития дренажной системы

Первые каменные и трубчатые дренажи, согласно историческим документам, использовались до нашей эры. Некоторые из них обнаружены при раскопках. Примеры дренажа, о которых дошли до нас сведения, относятся к периоду Римской империи, где во времена правления Тиберия был в употреблении способ осушения земли закрытыми рвами, наполненными мелким камнем или фашинами. В Средние века о дренаже забыли, и только начиная с 1650 г. стали появляться дренажные системы из дерева, фашин, камня (гравия) в Англии.

Позднее в Шотландии, а затем в Германии начали применять дрены из фасонной черепицы, использовавшейся для коньков крыш, которые следует рассматривать как предшественниц гончарных дренажных труб. Изобретение пресса для изготовления гончарных дренажных труб в 1840 г. в Англии способствовало быстрому развитию дренажа по всей Европе. Однако, ещё раньше, в 1620 г., гончарные дрены применялись во Франции, но не нашли широкого применения.

В течение последующего более чем столетнего периода изготовленные машинным способом дренажные трубы из обожжённой глины укладывали в траншеи вручную. Параметры дренажа определяли на основании полевых опытов. Интерес к дренажу существенно менялся в зависимости от экономики страны, однако до 19 в. отведение вод подземными путями применялось лишь в исключительных случаях.

С 1940 г. в Нидерландах и США на основании немецких и швейцарских исследований получила развитие физико-математическая теория осушения почв. Начиная с 1950 г. трубчатый дренаж всё чаще устраивали с помощью специальных траншейных дреноукладочных машин, что объяснялось сначала растущими расходами на оплату труда, а затем нехваткой рабочих рук. В 1960 г. на рынке появились первые пластмассовые дренажные трубы и бестраншейные дреноукладчики. Первоначально это были гладкостенные трубы из поливинилхлорида с прорезями. В 1962 г. гладкие трубы начали заменять трубами из поливинилхлорида с гофрированными стенками и продавленными отверстиями для поступления воды. В современных условиях налажена механизация устройства дренажа с применением разнообразных материалов для дрен и технических средств для их устройства.