Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв

Подождите немного. Документ загружается.

мые тщательные исследования, в результате которых должны быть

составлены соответствующие картограммы.

Устойчивость кротовых дрен ворганогенных почвах зави-

сит от степени разложения торфа. При разложении менее 30% кро-

товые дрены вполне устойчивы, более 50% — неустойчивы, при

степени разложения 30—50%—малоустойчивы и устойчивы.

При строительстве крото-

вых дрен в минеральных поч-

вах применяют сравнительно

небольшие междренные рассто-

яния

—

2 м, реже 4-8 м.

В торфяных почвах меж-

дренные расстояния тесно свя-

заны со степенью разложения

торфа: чем меньше степень раз-

ложения, по Л. Посту, тем боль-

ше междренные расстояния

применяют при строительстве

кротовых дрен в торфяных поч-

вах (рис. 125).

10 9 В 7 6 5 4 3 2 1

Степень

разложения торфа (по

Л.

Посту)

Рис.

125. Расстояние между кротовыми

дренами в торфяных почвах раз-

ной степени разложения (Р. Эггельс-

манн, 1984)

9.7.7. ЗАКУПОРКА ДРЕНАЖА ГИДРООКИСЬЮ

ЖЕЛЕЗА И ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ

МЕРОПРИЯТИЯ ПО БОРЬБЕ С ЗАКУПОРКОЙ

9.7.7.1.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Железо, активно мигрирующее в анаэробных условиях в ион-

ной форме в виде карбоната или в органо-минеральной форме, мо-

жет оказывать отрицательное влияние на работу закрытой осуши-

тельной сети, вызывая закупорку

труб,

стыков и перфорации охрой

в зонах аэрации. Окисление закиси железа и переход двухвалентно-

го железа в трехвалентное происходит под действием железобакте-

рий. Их биологический оптимум приурочен к

1—5*С.

Эту группу

психрофилов образуют представители рода

Gallionela,

Crenothrix,

Leptothrix

и других (всего около 17 родов и 42 вида микроорганиз-

мов).

Они обладают весьма широким экологическим спектром и

могут существовать в различных условиях. Железобактерии-аэро-

бы активно функционируют при рН

5,4-7,0

и при высоком содер-

жании в воде кислорода. Поэтому биологическое окисление железа

наиболее активно протекает преимущественно весной или осенью.

Летом преобладает химическое окисление. При этом образование

оксида железа в аэробной среде происходит по схеме

4FeC0

+ 6Н

0 + 0

-> 4Fe(OH)

+4CO

+40 кал.

326

9.7.7.2. УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АККУМУЛЯЦИЙ

ОКСИДА ЖЕЛЕЗА

ДРЕНАЖНЫХ ТРУБАХ

И ДИАГНОСТИКА ЭТОГО ЯВЛЕНИЯ

Различают два наиболее распространенных случая накопления

железа в дренажных трубах. Если осаждение охры в дренах связа-

но с ее выпадением из грунтовых вод, то этот процесс протекает от-

носительно равномерно и неопределенно долго. На почвах поверх-

ностного заболачивания интенсивность охрообразования сущест-

венно снижается во времени. Однако проходит ряд лет, прежде чем

исчезает опасность закупорки труб. Закупорку гончарных дрен в

результате накопления гидроокиси железа можно ожидать в зо-

нах выклинивания грунтовых вод с содержанием железа более

6-12 мг/л. Часто угроза образования пробок из гидроокиси железа

отмечается при концентрации 12—15 мг/л и более. Содержание же-

леза в грунтовых водах не стабильно. Оно подвержено определен-

ной пульсации. Значение этого явления для мелиоративных изыс-

каний весьма существенно, поскольку отбор грунтовых вод для

диагностики возможной закупорки дренажа гидроокисью железа

наиболее целесообразен в периоды максимальной концентрации в

воде этого элемента.

Наиболее интенсивно гидроокись в трубах образуется, по наб-

людениям З.Д. Федотовой и В.П. Страутыня (1971), весной. По-

следнее объясняется, вероятно, тем, что именно в этот период

температура грунтовых вод наиболее близка к температурному оп-

тимуму железобактерий. Существенно и то, что эти исследователи

отмечают некоторое уменьшение концентрации закисного железа

(на 15—20% и более) в поверхностных слоях грунтовых вод после

осушения уже на второй

—

третий год эксплуатации системы. Осо-

бенно часты выходы ожелезненных грунтовых вод при близком за-

легании пород, обогащенных железом (например, юрские глины в

Окско-Мещерском полесье, содержащие пирит, вивианит и другие

несиликатные минералы, в состав которых входит железо).

В целях своевременной профилактической борьбы с этим яв-

лением важен всесторонний анализ природных условий объекта

осушения и особенно его почвенного покрова.

Опасны в этом отношении сильноожелезненные почвы пой-

менных террас, легкие почвы притеррасных депрессий и склонов с

мощными ортзандовыми и рудяковыми горизонтами и в меньшей

степени кислые суглинистые и глинистые почвы пойм поверхност-

ного заболачивания.

В пойменных почвах грунтового заболачивания особенно ве-

лика угроза поступления значительных масс закисного железа в

дрены, выпадения его в осадок и образования пробок, выводящих

из строя отдельные секции или всю мелиоративную сеть.

327

Песчаные и супесчаные почвы подзолистого тина, заболочен-

ные слабоминерализованными грунтовыми водами, не имеющие в

своем профиле выраженных ортзандовых и рудяковых прослоек, а

также суглинистые и глинистые подзолистые почвы поверхностно-

го заболачивания не представляют угрозы в этом отношении.

Важным профилактическим приемом против образования про-

бок является придание дренажным линиям уклона, обеспечиваю-

щего непрерывный вынос из труб гидрата окиси железа (0,005-

0,007). Ослабляет поступление закисного железа в дрены обкладка

их известью, которая создает трудно форсируемый этим элементом

порог при рН

7,7-8,2

(табл. 39).

Таблица 39

Профилактические мероприятия по борьбе с закупоркой гончарного дренажа

гидроокисью железа при разной концентрации Fe

в грунтовых водах

(Ф.Р.

Зайделыиан, 1981)

Содержание

в грун-

товых водах,

мг/л

3-6

6-12

12-25

25-50

> 50

Угроза закупорки дрен

гидроокисью железа

отсутствует

возможна закупорка перфо-

рации дренажных пласт-

массовых труб

возможно образование желе-

зистых пробок в дренажных

непластмассовых трубах

возможно интенсивное обра-

зование железистых пробок

в дренажных трубах

интенсивное охрообразова-

ние в дренажных трубах

интенсивное охрообразова-

ние в дренажных трубах;

интенсивное ожелезнение

почвы

Профилактические мероприятия по

борьбе с закупоркой дрен

гидроокисью железа*

1) не требуются

2) применение дренажных труб из

иных материалов (гончарные, де-

ревянные и другие трубы)

3) увеличение уклона дрен до

0,005-0,007 и более

4) увеличение уклона дрен до

0,005—0,007 и более; интенсив-

ное известкование и аэрация

почв (кротование, рыхление)

5) те же мероприятия, что и для

группы 4; кроме того, целесооб-

разно применение дрен более

крупного диаметра (7,5-10 см).

Использование ионов Си

для

подавления жизнедеятельности

железобактерий

6) те же мероприятия, что и для

группы 5; кроме того, перехват

потока ожелезненных вод систе-

мой открытых ловчих каналов

* Для всех групп может быть целесообразна промывка заиленного и заохренного

дренажа.

Однако использование этого широко принятого приема защи-

ты дрен от закупорки оксидом железа должно выполняться осто-

рожно и не производиться в тех случаях, когда почвы заболочены

сильноожелезненными грунтовыми водами. Это обусловлено тем,

что при обкладке дрен известью осаждение гидроксида железа про-

328

исходит в непосредственной близости от дренажных линий. В про-

цессе его осаждения вокруг дрены образуется железистая капсула,

поры дренажной засыпки кольматируются коллоидальной массой

трехвалентного железа. Происходит быстрое снижение коэффици-

ента фильтрации, падает приточность воды к дренам, уменьшается

дренажный сток. В результате осаждения оксида железа в порах

карбонатного мелкозема дренажной засыпки в целом ухудшается

работа осушительной системы (Кунтце, 1985).

Следует учитывать также, что закупорка пластмассовых дрен

из полиэтилена, полипропилена и других синтетических материа-

лов начинается при значительно меньших концентрациях закисно-

го железа в воде. Уже при концентрации закисного железа 3-5 мг/л

в полости образуются хлопья охры, которые выносятся из дрен,

если скорость потока больше 0,35 м/с. Заиление водоприемных от-

верстий и осаждение гидроокиси начиналось при концентрации

железа 6—8 мг/л (Федотова, Страутыня, 1971).

Профилактическим целям может служить также добавка в

дренажные воды ионов меди, подавляющих жизнедеятельность

железобактерий. Закупорка труб замедляется и в том случае, ког-

да свободная циркуляция воздуха и окисление закиси железа

ослаблены подтоплением устьевой части дрен. Однако целесооб-

разность широкого применения в практике дренажного строитель-

ства этого приема в известной мере дискуссионна. Резко снижа-

ют поступление закисного железа в дрены мероприятия по об-

щей аэрации почв. Особенно эффективен частый кротовый дре-

наж, кротование осушаемых почв, их глубокое мелиоративное рых-

ление.

Одновременно с увеличением уклона дрен и другими меропри-

ятиями в зонах распространения грунтовых вод с особо высо-

кой концентрацией закисного железа (50-80 мг/л) необходи-

мо применение дренажных труб более крупного диаметра

(7,5—10,0 см), перехват сильноминерализованных грунтовых вод и

их отвод за пределы осушаемого массива открытыми ловчими ка-

налами.

Сложившиеся представления о необходимом комплексе про-

филактических мероприятий по борьбе с закупоркой дренажа гид-

роокисью железа при разной концентрации Fe

в грунтовых водах

для гончарного дренажа приведены в табл. 39. Для оценки уг-

розы закупорки пластмассового дренажа могут быть исполь-

зованы рекомендации, приведенные в табл. 40.

В профиле заболоченных почв возникают железистые новооб-

разования, диагностическое значение которых для дешифрирова-

ния гидрохимической обстановки на массиве осушения различно

(табл. 41). Так, сегрегационные железистые новообразования —

темно-серые железисто-марганцевые и бурые железистые орт-

штейны, трубчатые конкреции и другие новообразования, встреча-

329

Таблица

Опасность отложения охры

пластмассовых дренах

зависимости

от

содержания

в грунтовых водах двухвалентного железа

величины

рН (X.

Кунтце,

1985)

Содержание Fe

мг/л

кислая

реакция

(рН < 7)

0,5

0,5-1,0

1,0-3,0

3,0-6,0

>6,0

щелочная

реакция

(рН >

1,0

1,0-3,0

3,0-6,0

6,0-9,0

>9,0

Опасность отложения

охры

дренах

маловероятна

незначительна

средняя

большая

очень большая

Таблица

Диагностика

полевых условиях содержания Fe

верховодке, грунтовых водах

и опасность закупорки дренажа гидроксидом железа по железомарганцевым

конкреционным

неконкреционным новообразованиям

профиле почв

(Ф.Р.

Зайдельман,

1996)

Вид

новообра-

зования

Размер

по

наибольшему

диаметру,

см

Гранулометри-

ческий состав

почв

Ориентиро-

вочное содер-

жание Fe

в воде,

мг/л

Угроза заку-

порки дрен

гидроксидом

железа

Конкреционные новообразования

Темно-серые

и бурые

ортштейны

Дерновая руда

Рудяк

Железистые

коры

0,5-1,0

1-2,3

5-30

отдельности,

об-

разующие коры

глинистый,

суглинистый

легкое углинис

тый, супесча-

ный

супесчано-

песчаный

супесчано-

песчаный

1,0

5-12

30-50

50-100

Неконкреционные новообразования

отсутствует

слабая,

средняя

очень

сильная

Бурые

псевдофибры

Ортзанд

Аморфная

гидроокись

железа (охра)

горизонтальная

железистая

це-

ментация мощ-

ностью

до 3 см

то же,

до 10-40

см

поверхностные

рыхлые отложе-

ния мощностью

до 15-20

см

супесчано-

песчаный

супесчано-

песчаныи

торфяный

—

2-12

30-80

отсутствует

слабая,

средняя

сильная,

очень

сильная

330

ющиеся в почвах поверхностного заболачивания, образуются глав-

ным образом за счет мобилизации гидроокисного железа на месте.

Они характеризуют обстановку, при которой в верховодке содер-

жится незначительное количество железа, а в процессе эксплуата-

ции осушительных систем обычно отсутствуют условия для об-

разования железистых пробок в дренажных трубах (рис. 126). Та-

кие железистые новообразования возникают в подзолистых и бо-

лотно-подзолистых почвах суглинистого и глинистого грануломет-

рического состава. Существенно иная обстановка складывается

в почвах полесий и пойм рек. Здесь в районах распространения

ожелезненных грунтовых вод формируются почвы с характерными

железистыми новообразованиями*. Дерновая руда, ортзандовые

(рис.

127) и рудяковые горизонты (рис. 128), железистые коры

(рис.

129) и другие новообразования оказываются четкими индика-

торами концентрации закисного железа в грунтовых водах. В этих

случаях возникает возможность в полевых условиях не только

определить зону распространения ожелезненных грунтовых вод на

Jin

О 1 2

Рис.

126. Железо-марганцевые конкреции (ортштейны) в

профиле тяжелой глееватой дерново-подзолистой почвы на

покровных глинах. Содержание Fe

в верховодке менее

1 мг/л. Угроза закупорки дрен оксидом железа отсутствует

полевых условиях концентрацию двухвалентного железа в грунтовых водах

можно легко определить по качественной реакции с красной кровяной солью

K3[Fe(CN)6]. См.:

Зайделъман

Ф.Р.

Мелиорация заболоченных почв Нечерноземной

зоны РСФСР. Справочная книга. М: 1981.

331

осушенном массиве, но и установить ареалы грунтовых вод с раз-

ным содержанием закисного железа. Обнаружена отчетливая кор-

реляция между морфогенетическими свойствами почв и содержа-

нием железа в грунтовых водах. В легких почвах при близком

залегании слабоожелезненных грунтовых вод формируются орт-

занды — песчаные горизонты, сцементированные гидроокисью

железа.

Ортзандовые слои возникают в результате активной гидроген-

ной аккумуляции железа из грунтовых

вод.

равной мере это отно-

сится и к Рудаковым горизонтам. Вместе с тем рудяковые аккуму-

ляции имеют строгую приуроченность к зонам особо высокой кон-

центрации железа в грунтовых водах в условиях супераквальных

ландшафтов. Первые формируются на слабоминерализованных во-

Рис.

127. Ортзанд (песок, сцементированный гидроксидом железа) из профиля

дерново-подзолистой глееватой почвы на мощных легких флювиогляциальных

отложениях. Содержание Fe

B грунтовых водах 2-12 мг/л. Угроза закупорки

дрен гидроксидом железа слабая, средняя

332

Рис.

128. Рудяк в профиле дерново-подзолистой глеевой поч-

вы.

Содержание Fe*

в грунтовых водах 30—50 мг/л. Угроза за-

купорки дрен оксидом железа сильная

дах с содержанием железа 2—12 мг/л, вторые

—

на сильноминера-

лизованных водах с концентрацией общего железа свыше 50 мг/л.

Обращает внимание и то, что воды под рудяковыми почвами отли-

чаются высоким содержанием сульфатов и, наконец, то, что в этих

почвах близко к дневной поверхности залегают глины средней и

верхней юры. Черные и темно-серые юрские глины, водоупорные

горизонты, отличаются высоким содержанием пирита, который

служит источником засоления грунтовых вод железом и серой. Эк-

страгирование этих элементов грунтовыми водами из юрских отло-

жений происходит повсеместно на всей территории бассейна, но

там, где юра ближе всего поднимается к дневной поверхности,

концентрация железа в верхних слоях грунтовых вод оказывается

максимальной. При поступлении грунтовых вод в зону аэрации за-

кисные соединения железа быстро окисляются и выпадают в оса-

док в виде гидроокиси.

Вместе с тем следует отметить важную особенность, отличаю-

щую рудяковые почвы

—

железистые солончаки таежной зоны —

от солончаков аридных районов, засоленных легководораствори-

мыми солями. Хлориды и сульфаты мигрируют непрерывно по ка-

пиллярам к испаряющей поверхности. В этом случае солевые акку-

333

муляции формируются в

верхней части капиллярной

каймы. При засолении почв

железом активная миграция

растворов, обогащенных за-

кисными солями этого эле-

мента, по почвенным ка-

пиллярам строго ограничена

только зоной устойчивого

анаэробиоза. В легких поч-

вах, где непосредственно

выше горизонта грунтовых

вод господствуют аэробные

условия, формирование ру-

дяковых горизонтов обычно

приурочено к уровням мак-

симального подъема грунто-

вых вод.

Рис.

129. Железистые коры. Со-

держание Fe

в грунтовых водах

50-100 мг/л и более. Угроза за-

купорки дрен гидроксидом же-

леза очень

сильная.

Одно деление

на линейке

—

10 см

9.7.7.3.

ПРОМЫВКА ЗАИЛЕННЫХ И ЗАОХРЕННЫХ ДРЕН

Закупорка дренажа оксидом железа или его заиление могут вы-

звать выход из строя отдельных секций осушительных систем или

всей системы. Это явление приносит значительный ущерб. Для

устранения закупорки дренажа в последние годы в нашей стране и

за рубежом освоены и широко применяются дренопромывные ап-

параты (рис. 130), обеспечивающие промывку дрен водой под на-

пором. Шланги дренопромывочного аппарата имеют небольшой

диаметр (20 мм), на концах которых закреплены промывные заост-

ренные наконечники. Под действием реактивной силы наконеч-

ник дренопромывного аппарата продвигается вперед в отверстие

дренажной трубы, затягивая шланг в дрену. Промывка происходит

под высоким давлением. В промывном наконечнике установлены

лучеобразно расположенные насадки, из которых вода поступа-

ет назад или под небольшим уклоном вбок, вызывая разрушение

илистых и оксидных пробок (рис. 131). За один прием может быть

очищен отрезок дрены длиной 100-200 м. При промывке удаляют-

ся слежавшийся в дренах ил, а также гидроокисные скопления из

334

Рис.

130. Дренопромывочная машина

Рис.

131. Насадки промывного аппарата:

вверху

—

для промывки назад; внизу

—

для промывки в сторону (масш-

таб не соблюден). Внутренний диаметр труб 20 мм (X. Кунтц, 1985)

стыков гончарных дрен и из перфораций пластмассовых труб.

Иногда оксид железа оказывается столь плотно сцементирован-

ным, что не поддается разрушению при промывках. В этом случае

известен успешный опыт промывок дрен серной кислотой. Однако

этот прием не получил значительного распространения в связи с

тем, что оказывает неблагоприятное влияние на окружающую при-

родную среду.

335