Дренаж (от англ. drain — сточная труба и drainage — осушение) обнимает собою вообще способы освобождения грунта от излишка заключающейся в нем воды. При этом цель заключается не только в отведении избытка влаги для первоначальной осушки местности, но вместе с тем принимаются меры к непрерывному удалению из почвы вновь притекающей воды для устранения вредного влияния ее на свойства почвы и развитие растений. В частности, Д. называется осушка земли подземными трубами в противоположность другому способу — осушке открытыми канавами (см. Осушение). Д. применяется для осушения грунта под зданиями, дорогами, в откосах выемок и пр.; но особенно важное значение приобрело искусство дренирования в приложении его к земледелию, дающем возможность улучшать физические качества тяжелых и влажных глинистых почв и превращать неудобные для культуры земли в весьма плодородные.
Для отведения воды от фундамента какого-либо здания посредством Д. закладывают в некотором расстоянии от стен здания дренажные трубы (см. Гончарное производство и Трубы гончарные и дренажные) диаметром не менее 5 стм., сообщая им уклон в сторону наиболее пониженной точки местности. Глубина укладки труб зависит от системы основания. Сверх труб засыпают небольшой слой плотной земли, а остальное пространство затем заполняют песком. Осушение Д. стен жилых зданий, а также улиц и дворов оказывает весьма благоприятное влияние на здоровье жителей. Д. устраивают и под дорогами в тех местах, где от избытка сырости образуются пучины и где действие открытых канав оказывается недостаточным для осушения почвы. При этом трубы располагают под лотками, проведенными вдоль обочин шоссе (Архангелогородское шоссе близ СПб., Каменноостровское шоссе). Д. с большим успехом применяется к осушению откосов искусственных выемок в слабых грунтах и вообще крутых склонов с целью предупреждения образования сплывов и обвалов земли действием воды, просачивающейся между пластами почвы. Способ Д. в этих случаях зависит от причины, производящей разрушение. Отыскав эту причину и определив положение и направление водопроводящих пластов, стараются посредством Д. перехватить воду в том месте, откуда она распространяется, и направить ее с надлежащим уклоном к такому пункту, где она не может причинить вреда. Таким образом образуется сухой массив земли достаточной толщины, сохраняющий полную устойчивость и препятствующий перемещениям смежных частей грунта. Тип подземных канав и глубина их заложения зависят от характера работ. Чертежи а, б, в, г представляют примеры в масштабе 1:50. Рвы при типах а, б и г делаются такой ширины, чтобы в них мог поместиться рабочий. Ров чертежа в более узкий, так как здесь труба, укладываемая на дно, опускается сверху и рабочему не нужно влезать в траншею. На чертеже а нижний водопроводящий слой сделан из полевых камней кругляков, в промежутках между которыми пробирается вода. Сверх этого кладется дерн травою вниз или слой мха. Остальное пространство сверху заполняется землею. На чертеже б подземная канава устроена из плитного или другого постелистого камня, над которым располагается слой щебня. На чертеже в для протока воды служат дренажные трубы, уложенные в узком рве одна за другою и засыпанные песком. Вода вступает в трубы через промежутки между концами их. На чертеже г представлен тип дренажной канавы, примененной в 1892 г. для осушения пучинистой выемки на Сызрано-Вяземской жел. дороге. Труба на дне ее для пропуска воды сколочена из старых шпал; над трубою положен в несколько рядов камень, сверх которого насыпан слой щебня; а затем по настилке из дерна остальное пространство заполнено землею. Кювет сверху одернован. Подобные же средства применяют для осушения оснований насыпей, возведенных на неустойчивом грунте. Поучительные примеры обширных работ этого рода с применением сложной системы Д. представляют некоторые железные дороги во Франции, и описание их можно найти в «Annales des ponts et chaussées» и «Annales des travaux publics» разных годов.
 |
 |
Начало применения дренажа к земледелию относится к весьма древнему времени. Существуют указания, что у римлян в царствование Тиберия был в употреблении способ осушения земли крытыми ровиками, наполненными мелким камнем или фашинами, и вероятно, что римляне заимствовали этот способ у народов более древних. В настоящее время два народа оспаривают друг у друга изобретение Д. Англичане приводят сочинение своего соотечественника Бли (Walter Bligh, «The english Improver»), напечатанное в 1652 г., где советуется употреблять для осушения почвы глубокие закрытые рвы. Французы, в свою очередь, ссылаются на сочинение Оливье де Серр (Olivier de Serres, «Théâtre d’Agriculture»), напечат. еще раньше, в 1600 г., и содержащее систематическое изложение подземного осушения. Но до начала XIX в. отведение вод подземными путями применялось лишь в исключительных случаях и не пользовалось вниманием. Простой фермер и овцевод Элькингтон, живший в Англии в конце прошлого столетия, прославился искусством осушать влажные поля посредством устройства канав и скважин; приемы его описаны проф. Джонстоном, издавшим об этом предмете книгу в 1797 г. Элькингтон, собственно, отводил только ключевые воды посредством вертикального Д., открывая этим ключам выход в нижние водопроницаемые слои. Геологическое строение местности в родном графстве Элькингтона благоприятствовало применению изобретенной им системы. В тридцатых же годах нынешнего столетия шотландец Смит стал применять настоящий Д. (thorough-Draining) для отведения не только ключевой, но и дождевой воды, устраивая системы параллельных канав. Но предприятия его по этой части не сопровождались удачею. Инженер Паркс (Josiah Parkes) усовершенствовал практику Д., доказав преимущества глубокого заложения труб, и потому он считается творцом этого искусства в современном его виде.
Сэр Роберт Пиль, знаменитый государственный деятель, обязался в 1849 г. перед своими фермерами, домогавшимися понижения арендной платы за обрабатываемые ими земли, употреблять 20 % получаемой аренды на дренирование этих земель. В короткое время агрономы убедились в чрезвычайной важности нового усовершенствования в земледелии. Орудием для устройства подземных рвов в прежнее время служил дренажный плуг, или крот (см. таблицу Д., фиг. 10). Но так как каналы, устроенные помощью этого инструмента, могли держаться только одно лето и затем обваливались, то стали делать Д. из накидного камня, который набрасывался в открытые канавы, затем прикрывался дерном (травою вниз) и сверху засыпался землею (таблица, фиг. 1). При недостатке камня клали также в рвы связанный пучками хворост (фашинный Д., фиг. 4). Так как канавы с течением времени засоряются, то перешли к кирпичному Д. (фиг. 12). Дно канавы выстилается плоским кирпичом, а сверху располагается лекальный кирпич, имеющий цилиндрическую выемку в нижней постели. Этим образуется сводчатый канал, который при достаточном уклоне не заносится. Для осушки мокрых торфяных лугов проводились также канавы с уступами; края выступов служили опорой для прикрышки из толстых дернин, а сверху засыпалась вынутая при рытье канавы земля, по возможноси большими глыбами (Д. подземным каналом, фиг. 6). Это привело наконец к простейшему, наиболее удовлетворительному и дешевому способу дренирования с помощью обожженных глиняных дренажных труб. Когда же в 1843 г. Джон Рид (John Read) придумал машину для выделки дренажных труб, стоимость Д. значительно уменьшилась и новый способ осушки мокрых полей стал распространятся и на континенте Европы.
Д. трубы (фиг. 5) делаются длиною около 30 стм. и диаметром от 4 до 10 стм. из хорошо подготовленной глины, на особых машинах (см. Гончарное производство и Трубы гончарные и дренажные). Рвы для укладки дренажных труб (фиг. 13) вынимаются особыми лопатами, которые для работы на глубине должны быть соответственно узки (фиг. 3). Последний слой земли из рва вынимается кривою лопатою (совок или черпак), ширина которой внизу соответствует наружному диаметру дренажной трубы. Этим инструментом придается дну рва вогнутая фигура, снимаются все неровности, затаптываются впадины и вынимаются все комья земли, которые при отрывке остались на дне или попали в ров сверху. Укладка труб производится сверху крюком (фиг. 2), которым рабочий захватывает трубу и кладет на дно рва, плотно впритык конец одной трубы к другой. При сноровке рабочий может уложить таким образом до 300 труб в 1 час времени. Проникновение воды в трубы дренажной сети происходит через щели, остающиеся между концами труб в стыках. После укладки и проверки дренажной сети производится засыпка ее, которая должна быть сделана весьма осторожно, чтобы не расстраивать правильности расположения труб. Необходимо заградить доступ в дренажную сеть кротам, полевым мышам и прочим мелким животным, для чего устья дренажных труб на концах сети закрываются сеткою из проволоки или железным листом с проделанными в нем отверстиями для протока воды. В новейшее время для этого употребляются проволочные колпаки, легко пропускающие грязь и вследствие этого не засоряющиеся. Успех Д. много зависит от правильности расположения дренов в отношении тщательной укладки отдельных труб, а также от глубины их заложения, расстояния между ними и направления составных частей сети.
Дренажная сеть обыкновенно состоит из осушительных и собирательных дренов. Первые служат для извлечения воды из грунта, а вторые — для собирания этой воды и отведения ее в открытые канавы или в главные приемные коллекторы сети. Осушительные дрены в настоящее время почти исключительно укладываются по направлению наибольшего ската местности. Смотря по устройству местности, плоской или волнистой, располагают простую или сложную дренажную сеть, что показано на таблице фиг. 7 (простая сеть) и фиг. 8 (сложная сеть). В последнее время распространяется новая теория действия Д. в грунте (исследования Мерля, Гергардта). Основанием этой теории служит факт, что всякая рабочая точка дренажной сети (стыковая щель между трубами) осушает площадь, имеющую очертание конического сечения. В силу этого предположения, подтверждаемого наблюдениями, выгоднее располагать осушительные дрены не по направлению наибольшего ската, а поперек его. Переходом от старой системы к новой служат употребительные приемы дренирования котловин и корытовидных долин. В этих случаях осушительные дрены редко располагаются в вершине лучеобразно (черт. д), а обыкновенно сохраняется параллельность направления осушительных дренов, и верхние трубы располагаются поперек ската (черт. е). Преимущества новой системы заключаются между прочим в том, что для осушитедьных дренов можно принять уклон, вполне соответствующий условиям отвода потребного количества воды в назначенный период времени, а это в высокой степени важно для правильного действия Д. При этом собирательные дрены располагаются круче осушительных, а потому собирающаяся в них вода удаляется быстро и без задержек и разные наносы, попавшие в осушительные трубы, не могут быть задержаны в устьях их и уносятся далее по собирательным трубам до выхода из сети, вследствие чего устраняется засорение труб. В этой системе расстояние между дренами может быть принято больше, а потому получается сбережение на длине труб. В отличие от старой системы, могущей быть названною продольным Д., эта система назыв. поперечным Д.
Составлению проекта Д. должны предшествовать предварительные изыскания. Для этого составляется точный общий план дренируемой местности, и на основании произведенной нивелировки (см.) наносятся на план горизонтали, т. е. линии равной высоты, получающиеся от пересечения поверхности земли параллельными горизонтальными плоскостями. Линии эти, если нанесены правильно, дают точное понятие о рельефе местности. Помощью их получаются на плане линии наибольшего ската, которые суть кратчайшие линии, соединяющие соседние горизонтали. Таким же образом при посредстве горизонталей легко выражаются на плане водоразделы и гребни (выступы), а равно и тальвеги (впадины) разных порядков. Кроме того, необходимо геогностическое исследование относительного свойства почвы и подпочвы, глубины и порядка залегания водопроводящих пластов. Составление проекта заключается в разрешении вопросов относительно размеров труб, расстояния между рядами их, глубины заложения, уклона, расположения сети и способа отведения воды. Общих правил на этот счет не существует, но вообще трубы укладывают на глубине от 1,25 до 3 м и во всяком случае ниже глубины промерзания грунта. Если грунт на значительную глубину однороден и притом плотноглинистый, то предпочтительна меньшая глубина; при грунтах более проницаемых, представляющих неправильно распределенные прослойки, глубина для средней полосы России не менее 1,5 м. Если, наконец, имеются непрерывные водонепроницаемые слои, то в этих слоях дрены должны быть заложены возможно ближе к их подошве. Расстояние между осушительными дренами делается от 10 до 25 раз больше глубины их заложения. Для глубоких дренов отношение это берется больше, и наоборот. На легких почвах расстояние увеличивается. Диаметр дренажных труб определяется для всех частей сети расчетом, принимая во внимание количество воды, которое в известное время должно быть отводимо дренажною сетью, и задаваясь определенною скоростью течения. В зависимости от этого определяется и уклон. Согласно опыту, для бассейнов, где выпадает в течение года слой осадков высотою не более 0,9 метра, принимается за основание для вычисления диаметра дренажных труб, что в секунду с гектара площади должно быть удаляемо 0,65 литра воды. Соответственные диаметры труб, вычисленные согласно этому предположению, находятся в таблицах, которыми пользуются при составлении проектов Д. Наименьший уклон, допускаемый для осушительных и собирательных труб, определяется тем условием, чтобы скорость течения воды в дренах при протоке ее полным сечением, без дополнительного напора, была не менее 0,16 метра в секунду и лучше 0,20 метра, а в мелком песчаном грунте не менее 0,35 метра.
При этих условиях получаются следующие соотношения:
| В сантиметрах | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| При диаметре трубы | 4 | 5 | 6,5 | 8 | 10 | 13 | 16 | |
| Наименьший уклон дренов: | ||||||||
| В обыкновенном грунте | не менее | 0,23 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 % |
| лучше | 0,37 | 0,3 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 % | |
| В мелком песке | 1 | 0,8 | 0,6 | 0,4 | 0,3 | 0,2 | 0,2 % | |
Уклоны менее 0,2 % = 1:500 избегаются; точно так же не следует употреблять осушительные трубы диаметром менее 4 сант., если желательно предохранить их от засорения, в особенности корнями растений. При применении смешанной системы продольного и поперечного Д. с употреблением, напр., труб диаметром 4 стм. в песчаном грунте, уклон 0,37 % = 1:270 представляет собою раздельную линию для площадей с поперечными и с продольными дренами.
На чертежах ж и з представлены в масштабе 3:1000 два проекта Д. сети для осушки одного и того же участка по двум системам: продольного (черт. ж) и поперечного Д. (черт. з). Кривые линии, одинаковые на обоих чертежах, изображают горизонтали местности через 0,5 и 0,25 м. Цифры при этих горизонталях обозначают высоты в метрах над условным горизонтом. Устье коллектора, расположенное в правом нижнем углу участка, имеет отметку 4,00 м. Толстыми линиями показаны собирательные трубы, тонкими — осушительные. Эти послания на чертеже ж расположены перпендикулярно к горизонталям, т. е. по линиям наибольшего ската, а на чертеже з — преимущественно поперек ската. За основание при рассчете этого проекта принят был песчано-глинистый грунт, пересеченный многими водоносными прослойками. При этом получилось расстояние между осушительными трубами для проекта продольного Д. — 18 м, а для проекта поперечного Д. — от 23 до 18 м. Для собирательных труб написаны на чертежах диаметры труб в стм. и уклон их в %. Подробное сравнительное исчисление показывает, что в этом случае применение поперечного Д. вместо продольного дает сбережение на длине труб в размере около 17 %.
Для улучшения лугов применяется система Д. по способу Петерсена, соединенная с орошением (фиг. 11). При открывании клапана собранная осушительными трубами вода отводится, как и при обыкновенном Д., через собирательную трубу к выходному устью сети. Если же опустить клапан, то вода подымается по вертикальной трубе и ею можно пользоваться для поливки луга. Исполненный Д. влечет за собою целый ряд последствий, благоприятных для развития растительности и облегчающих обработку почвы. Главнейшие из них: почва скорее и глубже прогревается, тепло распределяется в ней более равномерно, и воздух получает доступ в толщу земли, способствуя ее оплодотворению. Деятельность почвы усиливается. Обработка ее облегчается и делается возможною в более ранний период. Увеличение производительности почвы, достигаемое Д., зависит от качества почвы, степени ее влажности и продолжительности периода, когда она страдает от избытка влаги, наконец, от местных климатических условий. Лучшее время для осуществления проекта Д. — начало осени (уборка окончена, поля свободны, грунтовые воды всего ниже). Россия, обладающая в северных и западных частях огромными пространствами глинистых, тяжелых, холодных почв, страдающих избытком влаги, представляет обширное поле для применения Д. Это сознано было в самый первый период распространения известий об Д., и раньше, чем во всех прочих странах континента, Д. приобрел сторонников в Бельгии и в России. В 1853 г. курляндский помещик барон Фиркс ездил для изучения Д. за границу и в имении Альт-Шварден устроил фабрику для приготовления дрен. труб. Вслед за тем Д. введен был с успехом в разных имениях Курляндской и Эстляндской губ. Изучением и введением Д. в сев. России занимался академик Н. И. Железнов, который в 1854 г. устроил Д. на своей земле, в Новгородской губ. Кроме того, Д. применялся успешно в Финляндии, в Польше и в некоторых других местностях России. В 1858—59 г. в Петербурге читались лекции о Д. инженером Фалевичем, и с того времени необходимость более широкого применения Д. в русских хозяйствах деятельно пропагандировалась. В тех немногих местностях, где был устроен в России Д., увеличение урожая составляло: у Железнова в имении Нароново овса по весу 25 %, у Палена в имении Вайт (близ Ревеля) — ржи в зерне 36 % по весу, в других местностях прибалтийских губерний — от 36 % до 50 %. В Финляндии Д. доставлял на затраченный капитал выгоды до 50 % и т. д. К сожалению, распространению Д. в России в тех размерах, в которых это желательно, препятствует недостаток капиталов и отсутствие должной предприимчивости. В других странах, напр. в Бельгии, Австрии и пр., для этого образованы были особые организации в виде земледельческих товариществ и пр. Затрата на устройство Д. считается в Германии от 150 до 300 марок на гектар. В России средний расход на десятину дренируемой земли составляет 60—60 руб. и более. Ср. Barral, «Drainage» (1856—1860); Фалевич, «Лекции о Д.» (СПб., 1860); French, «Farm Drainage» (Нью-Йорк, 1871); Vincent, «Die Drainage, deren Theorie und Praxis» (1882); Kreuter, «Handbuch der Drainage» (В., 1887); Merl, «Neue Theorie der Bodenentwässerung» (1890); А. И. Попов, «Курс сельского инженерн. искусства» (вып. I, 1889).
Приложения
править