К. с-г. н., доц. Волкова Л.А.

Національний університет водного господарства

та природокористування, м. Рівне, Україна

 

Обґрунтування надійності роботи дренажу

осушувальних меліоративних систем

 

Територія Рівненської області розташована у межах Поліської провінції зони мішаних лісів та Західноукраїнської провінції лісостепової зони. Північна частина області розташована в межах двох геоморфологічних підобластей Українського Полісся – Волинського та Житомирського. Природні умови цієї території характеризуються такими показниками як помірно-континентальний клімат, позитивний баланс вологи, оскільки кількість опадів за рік перевищує сумарне випаровування (але ця тенденція не характерна для вегетаційного періоду), низинний рельєф із незначними ухилами, високий рівень лісистості  і заболоченості (до 40%), неглибоке залягання рівня ґрунтових вод та водотривів, гідравлічний зв’язок ґрунтових та підземних вод. На території області площа заболочених та перезволожених земель – меліоративний фонд – становить 5,44 тис. км2, тобто 27,1% від загальної площі. На значній території проведені меліоративні осушувальні роботи. Регулювання водно-повітряного режиму, що досягається на меліорованих землях, забезпечує отримання гарантованих, стабільних врожаїв на перезволожених землях. Частка осушених земель, від загального меліоративного фонду, для окремих адміністративних районів поліської частини області становить 69-97% (рис. 1).

Найбільш досконалий спосіб осушення земель – за допомогою закритого дренажу. Це найбільш ефективний спосіб регулювання водно-повітряного режиму території без значних коливань рівня ґрунтових вод впродовж вегетаційного періоду. Дренажні системи виходять з робочого стану не внаслідок руйнування труб, а з таких причин як: закупорка дрен за рахунок суфозії та хемогенного замулення в умовах високого вмісту в дренажних водах заліза, кальцію, магнію; заростання водоростями та кореневою системою рослин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис. 3. Використання меліоративного фонду області

 

За результатами досліджень була проведена оцінка вмісту сполук заліза, в пробах поверхневих і ґрунтових вод меліорованих і прилеглих до них земель, як на еталонних меліоративних системах так і водах річок (рис. 1). Залізо в природних водах, залежно від рН, може перебувати у вигляді двох- і тривалентних іонів, колоїдів органічного та неорганічного походження, таких як Fe (OH)3, FeS, Fe (OH)2, комплексних сполук з гумату та фульвокислот, а також у вигляді тонко дисперсної зависі гідроксиду заліза. Концентрація заліза у воді залежить від рівня рН та вмісту кисню. При незбалансованому виносі заліза в іонній та органо-мінеральній формі з ґрунтів, що відбувається в умовах надлишкового зволоження, відбувається збагачення ґрунтових вод його сполуками [1].

Для поліської частини області, де розташована значна площа заболочених земель, є природній підвищений вміст заліза, що зумовлено великим вмістом комплексів з солями гумінових кислот, вторинним заболочуванням меліорованих земель тощо. При надходженні ґрунтових вод у дренажні трубки, при взаємодії з киснем повітря, починається процес окислення закисного заліза. Однак, у природі чисто хімічна взаємодія відбувається лише на поверхні водного дзеркала. Інтенсивне утворення окису заліза можливо лише за участю в цьому процесі залізобактерій, які сприяють окисленню закисних форм, утворюючи нерозчинний гідроокис. Поступово гідроокис перетворюється із колоїдного стану в кристалічний. Спостерігається явище завохрення трубок, що призводить до порушення роботи дренажної системи в цілому [1, 2].

Для запобігання завохрення, забезпечення надійної роботи матеріального дренажу необхідно впроваджувати як профілактичні так і експлуатаційні заходи. Комплекс профілактичних заходів спрямовано на запобігання надходження, окислення сполук заліза та накопичення осаду, що утворюється, у дренах. З цією метою доцільно передбачити можливість проведення регульованої аерації води в зоні залягання ґрунтових вод для небезпечних ділянок водозбору; внесення у дренажну траншею вапна, підтоплення гирла дренажних колекторів; зміни діаметру, довжини та ухилу дрен. Для створення умов, за яких стримується процес окислення закисних сполук заліза, використовуються хімічно активні матеріали, які сприяють зниженню рухомості закисних форм заліза – інгібітори [3, 4].

Для визначення необхідної дози інгібітору було проведено модельний дослід. В якості інгібітору була використана речовина неорганічного походження, яка діє в нейтральному середовищі та містить катіони Са2+ – перемелений вапняк. Внесення перемеленого вапняку приводить до нейтралізації ґрунтового розчину, коагуляції сполук заліза у зоні засипки біля дрени. Процес, що відбувається при окисленні закисного заліза може бути представлений у вигляді наступного рівняння:

Fe(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 → Fe(OH)2 = 2CaCO3 = H2O.

Гідрат закису легко окислюється, окис коагулює та утворює осад:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O ↔ 4F(OH)3.

Для проведення модельного досліду було використано низинний торф з вмістом валового заліза 4,34% та кальцію 3,47% на суху наважку ґрунту [3]. Перемелений вапняк діаметром 1-2 мм вносився в модельні ємкості з розрахунку 30, 60, 90, 120, 150 кг на один погонний метр дренажної засипки. Шар торфу в ємкості становив 30 см, що відповідає потужності засипки біля дрен, в яку рекомендується вносити інгібітор. В ємкостях було створено  анаеробні умови. За результатами отриманих даних була встановлена динаміка окислення закисних сполук заліза. Ефективність процесу окислення оцінювалася показниками: зниження вмісту закисних форм заліза; ступеня зниження концентрації та – коефіцієнтом зниження завохрення дренажу (ефект інгібітору) γ = КО / КІ, .Де КО – концентрація закисного заліза без внесення інгібітору, мг/л; КІ – концентрація закисного заліза при використанні інгібітору, мг/л (рис. 2).

Рис. 2. Коефіцієнт зниження (ефект інгібітору) вмісту закисних форм заліза

 

Зниження вмісту закисних форм заліза збільшувалося відповідно до дози внесеного інгібітору. Найбільший ефект спостерігався, відповідно зростаючи, до внесених доз 90, 120 та 150 кг на 100 пог. метрів. Використання інгібітору, як профілактичного заходу має достатньо високий ефект. Так, навіть при внесенні дози в 30 кг на 100 пог. м, вже на шостий тиждень спостережень, відмічено зниження закисних форм заліза на 30% у порівнянні з варіантом контролю.

За результатами даних модельного досліду була проведена математична обробка даних з метою встановлення рекомендованих доз молотого вапняку, який запропоновано у якості інгібітору, на зміну концентрації закисного заліза у ґрунтових водах з метою запобігання завохрення (рис. 3).

Рис. 5. Вплив дози інгібітору на концентрацію закисного заліза в дренажних водах

 

Таким чином, для інгібітору, який досліджувався, визначено оптимальні дози внесення, які забезпечать надійність роботи дренажу при різних концентраціях закисного заліза, що може бути використано для розробки профілактичних заходів на територіях з подібними умовами. 

 

 

Література 1. Хруцкая З.Я. О природе образования окисных соединений железа в гончарном дренаже. // Гидротехника и мелиорация. № 1, 1965. 2. МурашкоА.И. Защита дренажа от заиления. / А.И. Мурашко, Е.Г. Сапожников – Минск: Изд. “Ураджай”, 1978. 252 с. 3. Волкова Л.А. Обґрунтування доз інгібітору для запобігання завохрення дренажу. // Вісник НУВГП/ Зб. наук. праць. /Сільськогосподарські науки. / Вип. 4(60). Рівне: НУВГП, 2012 – С. 170-175. 4. Волкова Л.А. Завохрення дренажу меліоративних систем. // Вісник НУВГП/ Зб. наук. праць. /Сільськогосподарські науки. / Вип. 4(60). Рівне: НУВГП, 2012 – С. 130-135.