УДК 631.6 : 633.18
ТРЕТЬЯ, НЕИЗВЕСТНАЯ РАНЕЕ СХЕМА ФИЛЬТРАЦИИ ВОДЫ С
РИСОВЫХ ЧЕКОВ
Ф.А. Бараев, Н. Аллабергенов
Ташкентский институт ирригации и мелиорации, Ташкент, Узбекистан
Исследования динамики мелиоративного состояния чеков на рисовых массивах неинженерных карт в р/ш «Нукус» Нукусского района Республики Узбекистан привели к весьма важному открытию. Оказалось, что уровень грунтовых вод, начав с 15 суток от начала затопления смыкаться с поверхностными водами нижних чеков, на 35-е сутки полностью сомкнулся с поверхностными водами по всей площади карты. Этот же процесс наблюдался на системах в Сырдарьинской и Ташкентской областях. Однако на 60-е сутки от начала затопления и 25-е от полного смыкания, у грунтовых вод наметился отрыв уровня от поверхностных вод и медленное опускание вплоть до уборки риса: он стабилизировался на глубине 0,8...1,2 м после сброса воды с полей.
Столкнувшись с этим фактом, мы обратились к литературе, пытаясь найти ему объяснение. Вопросами режима грунтовых вод под затопленными рисовыми картами наиболее глубоко занимались , , Рау, Селькин, , . Однако все известные режимы ГВ сводились к двум принципиальным схемам.
По первой схеме после смыкания поверхностных и грунтовых вод, последние становятся под напор уровня воды в чеках. На затопленном рисовом поле и под ним создается сплошное водное тело, верхняя поверхность которого - уровень воды в чеке, а нижняя водоупорное ложе грунтовых вод.
Эпюры пьезометрических давления по этой схеме обычно имеют вид, который был характерен для рисовых чеков р/ш «Янгиабад», «Шоликор» и «Хамкор» на массивах с супесчаными и суглинистыми грунтами, где отсутствовали близкозалегающие глинистые прослойки. В этих же ширкатах, на участках тяжелых почв были отмечены давления, характерные для второй расчетной схемы режима грунтовых вод //, когда в течение всего оросительного периода не происходит смыкания поверхностных и грунтовых вод, пьезометрические давления в грунтовых водах изменяются независимо от уровня воды в чеках. Как указывал подобное явление отмечалось на Кубанской рисовой опытной станции в 1958 г. Приборы Нестерова, установленные на поверхность чеков и на разных глубинах, позволили установить, что скорость впитывания на Кубанской опытной станции в слоях грунта 18…25 см и 35…43 см оказалась в 60 раз меньше, чем в пахотном слое и в 8 раз меньше нижележащих слоев. Из-за ничтожно малой проницаемости указанных слоев грунта оросительные воды не смыкались с грунтовыми.
Как оказалось, причиной наличия неизвестной ранее третьей схемы режима грунтовых вод является снижение коэффициента фильтрации верхнего 0…20 см слоя почвы на рисовых чеках в годовом и многолетнем разрезе. На уплотнение почвы при культивировании затопляемого риса указывали многие ученые (, , , ).
Так, исследования проведенные в Астараханской области и позволили установить тесную связь между коэффициентом фильтрации грунтов и осажденных в чеке взвесей. При этом, отметил, что кольматация чеков взвесями заслуживает пристального внимания.
установил, что при орошении целинных почв, верхний слой заметно уплотняется (табл. 1). Особенно, интенсивное уплотнение отмечается на системах орошаемых Амударьинской водой. За вегетацию на поля выносится более 20…25 т взвешенных наносов (ила).
Таблица 1
Изменение объемной массы почвы при орошении риса, т/м3
(р/ш «Узбекистан» ККР)
Номер разреза | Слой почвы, см | Сроки определения | |||
до затопления | после сброса воды | (осень) | (осень) | ||
0…20 | 1,11 | 1,52 | 1,51 | 1,53 | |
20…40 | 1,30 | 1,36 | 1,45 | 1,44 | |
3 | 40…60 | 1,34 | 1,35 | 1,49 | 1,49 |
60..80 | 1,37 | 1,43 | 1,48 | 1,44 | |
80…100 | 1,27 | 1,47 | 1,53 | 1,50 | |
0…20 | 1,16 | 1,48 | 1,49 | 1,53 | |
20…40 | 1,24 | 1,53 | 1,45 | 1,49 | |
6 | 40…60 | 1,11 | 1,35 | 1,37 | 1,43 |
60…80 | 1,42 | 1,39 | 1,46 | 1,50 | |
80…100 | 1,26 | 1,43 | 1,54 | 1,56 |
Получив вышеизложенную информацию, мы решили установить, какая роль отводится кольматации в существовании третьей схемы динамики движения грунтовых вод затопленным рисовым полем.
Данные оказались явно недостаточными, поскольку, не давали представления об истинном влиянии осаждаемых илистых фракций на динамику коэффициента фильтрации почв в течение оросительного периода.
Известно, что важным условием процесса кольматации грунтов является соотно-шение диаметров частиц кольматанта с диаметрами фильтрационных пор кольматиру-емого грунта, продолжительность кольматации и мутность потока. предложена следующая связь между коэффициентом фильтрации грунта и свойствами кольматанта:
где K – начальный коэффициент фильтрации; P – концентрация кольматанта, т/м3; 
, D0 – диаметр фильтрационных пор грунта, мм; t – время кольматации, сут; U0 – начальная истинная скорость фильтрации.
Величина
D0 = 7,12 × 
, см;
n – кинематический коэффициент вязкости, см2/с, n = 0,0101 см2/с; m – пористость грунта, в долях; К0 – начальный коэффициент фильтрации, см/с; g – 981 см/с2; j – коэффициент, учитывающий форму частиц, «j» для суглинистых, супесчаных грунтоы равент единице.
Установлено (, , Новицкий и др.), что эффективная кольматация будет наблюдаться в случае если dk £ 0,3 D0, где dk – диаметр частиц кольматанта.
Мутность и фракционный состав взвешенных наносов, поступающих на поля в нижнем течении р. Амударьи, определяли , , . ВНИИГиМ, САНИИРИ.
Из этих работ следует, что средняя мутность взвешенных наносов, поступающих на поля, составляет 4,0…2 кг/м3. Максимальные значения мутности отмечаются в мае-июне - до 4 кг/м3, затем она медленно снижается, стабилизируясь в сентябре на уровне 1,5… 2,0 кг/м3. Фракционный состав взвешенных наносов на полях: частицы диаметром 0,25…0,01 – 1,8 %; 0,01…0,050 – 3,1%; 0,010…0,001 – 12 %; 0,005…0,001 – 18 %; 0,001 – 67,1% (табл. 2).
Таблица 2
Ниже представлены данные о взвешенных наносах, поступивших на опытные чеки р/ш «Нукус» Нукусского района Республики Каракалпакстан
Место отбора проб воды | Расстояние от Амуда-рьи, км | Средняя мутность т/м3 | Фракционный состав наносов, мм | |||||
0,25 | 0,25-0,05 | 0,05-0,01 | 0,01-0,005 | 0,005-0,001 | <0,001 | |||
Р/ш «Нукус» | 7,5 км | 1,0 | - | 1,26 | 3,2 | 10,0 | 17,3 | 68,2 |
Механический состав грунтов опытного участка в р/ш «Нукус» представлен в табл. 3.
Как видно, 60 % взвешенных наносов осаждающихся на поле составляют частицы с диаметров dk < 0,001 диаметры частиц (dг) – грунта чека в слое 0…20 см, в основном составляет: dг < 0,01...0,005 мм.
Таким образом, отношение da/dk = 0,015/0,001 = 15
Таблица 3
Механический состав грунтов опытного участка (р/ш «Нукус»)
Глуби- На, см | Фракционный состав, % | m- средняя пористость вдол от объема | К0 - м/сут | ||||||
>0,25 | 0,25-0,1 | 0,1-0,05 | 0,05-0,01 | 0,01-0,005 | 0,005-0,001 | <0,001 | |||
0-20 | следы | 1,65 | 8,4 | 50,5 | 11,52 | 21,0 | 7,2 | 0,48 | 0,1 |
20-40 | - | следы | 4,0 | 43,3 | 18,7 | 25,9 | 15,0 | ||
40-60 | следы | - | 2,3 | 47,5 | 18,9 | 16,1 | 15,2 | ||
60-80 | - | - | 5,4 | 57,0 | 15,1 | 14,0 | 8,0 | ||
80-100 | - | 18,3 | 43,0 | 31,4 | 3,3 | 3,0 | - | ||
100-120 | следы | 14,7 | 65,8 | 17,3 | 1,2 | 1,0 | - | ||
120-140 | следы | 13,0 | 68,1 | 18,0 | 0,3 | 0,5 | - | ||
140-160 | следы | 14,6 | 70,1 | 15,2 | 0,1 | - | - | ||
160-180 | - | 20,2 | 41,4 | 10,4 | 10,1 | 5,4 | 2,0 | ||
180-200 | - | 14,5 | 18,6 | 28,0 | 15,8 | 10,7 | 12,4 |
Количество фильтрационных пор (0-20 см) слоя грунта чека будет равно:
D0 = 
cм.
Отсюда, de /D0 = 0,001/0,003 = 0,333.
Cкорость фильтрации (U0) воды а начальный момент времени (t0), предлагает определять с учетом защемленного воздуха по формуле:
, м/сут,
где
;
;
,
vo – влажность, при которой начинается интенсивное движение воды в грунте, в долях от объема грунта; v1 – полная влагоемкость с учетом защемления воздуха; vn – исходная влажность грунта перед началом затопления, доли от объема; hк – максимальная высота капиллярного поднятия влаги, м; Н – глубина слоя воды на поверхности почвы, м.
Учитывая, что для опытного участка получено:
v0 = 0,05, v1 = 0,46, vn = 0,28, m = 0,48, H = 0,2 м, hk = 1 м, t0 = 0,05 сут = 1 ч.
Имеем U0 = 0,07 м/сутки. Подставляя значения К0, U0, Р, D0 и t в формулу можно определить динамику «К» во времени, так уже на сороковые сутки от начала затопления значения «К» уменьшатся от 0,1 до 0,031 м/сут., то есть в 3,23 раза.
Вышеизложенное показывает, что на рисовых чеках складывается процесс эффективной кольматации.
Анализ динамики плотности верхнего слоя почвы в течение всего поливного периода показал его неуклонное увеличение, табл. 4.
Таблица 4
Глубина | Плотность скелета грунта во времени, т/м3 | ||||
почвы, см | май | июнь | июль | август | сентябрь |
0…5 | 1,36 | 1,42 | 1,55 | 1,61 | 1,63 |
5…10 | 1,38 | 1,49 | 1,62 | 1,78 | 1,83 |
10…20 | 1,46 | 1,54 | 1,60 | 1,64 | 1,67 |
20…30 | 1,44 | 1,55 | 1,62 | 1,63 | 1,63 |
30…40 | 1,43 | 1,43 | 1,44 | 1,44 | 1,44 |
40…50 | 1,39 | 1,39 | 1,40 | 1,40 | 1,40 |
____________
, Орошение риса в Узбекистане. – Ташкент: Мехнат,1988.
Некоторое отклонение величин коэффициента фильтрации, полученных на основе использования расчетных формул и приборов Нестерова, следует отнести не только в пользу эффекта кольматации. Здесь, видимо, немалое значение имеет уплотнение верхнего активного слоя почвы корневой системы риса.
Итак, можно сделать предположение, что отрыв грунтовых вод от поверхностных произошел благодаря, прежде всего, кольматации и, несомненно, развитию корневой системы риса. В верхнем слое почвы образовалась водонепроницаемая прослойка. Причем, понижение уровня ГВ на некоторую глубину, вероятно, произошло потому, что образовавшаяся водонепроницаемая прослойка, привела к отрыву грунтовых вод и корней риса от поверхностной воды. Создалась ситуация, что, растения риса вынуждены были транспирировать в основном грунтовую воду. Оросительная вода на поверхности чека с момента образования водонепроницаемой прослойки стала выполнять в течение некоторого времени только роль регулятора температурного режима, интенсивно испаряясь. Поверхность чека превратилась в огромный испаритель и накопитель солей.
Рис же, на первый взгляд, будучи обеспечен слоем воды на чеке, на самом деле все более и более угнетался из-за нехватки воды поскольку не мог в необходимых количествах потреблять минерализованную грунтовую воду.
