КОММУНАЛЬНЫЕ ПОЛЯ ОРОШЕНИЯ И ПОЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ

Поля орошения коммунального типа и поля фильтрации состоят из карт, спланированных горизонтально или с незначительным уклоном и разделенных земляными оградительными валиками. Сточная вода распределяется по картам оросительной сетью; очищенная вода, профильтровавшаяся через слой почвы, отводится осушительной сетью.

Для полей следует выбирать участки со спокойным рельефом местности. Естественный уклон на этих участках не должен превышать 0.02. Низинные и затопляемые весенними водами территории мало пригодны для организации полей. Поля не устраивают на землях, расположенных близко от мест выклинивания водоносных горизонтов.

Поля орошения и поля фильтрации рекомендуется располагать вниз по течению грунтовых вод от водозаборных сооружений на расстоянии не менее 200 м для легких суглинков, 300 м для супесей и 500 м для песков.

По отношению к населенным пунктам поля рекомендуется располагать с подветренной стороны с разрывами, размер которых зависит от типа полей и объема сточных вод.

Для полей орошения защитные зоны соответственно уменьшают на 100 м.

По контуру полей обычно высаживают иву и другие влаголюбивые деревья. Ширину полосы насаждений принимают равной 10—20 м в зависимости от удаленности полей от населенных пунктов.

Лучшими для устройства полей являются песчаные и супесчаные грунты; поля можно устраивать на суглинистых и черноземных почвах, однако нагрузку на них сточных вод при этом снижают. Тяжелые суглинки и глины не пригодны для устройства полей, так как они заболачиваются. Торфяные грунты нуждаются в предварительном осушении.

Уровень грунтовых вод на территории, используемой под поля, должен быть на глубине не менее 1,5 м от поверхности. При более высоком положении уровня грунтовых вод необходимо устройство дренажа.

Расходуемый в процессе минерализации органических веществ кислород пополняется в основном из воздуха. Естественный обмен последнего в толще орошаемой почвы обеспечивается при периодическом выпуске на нее сточных вод.

Дополнительно по теме канализация:

Для полей фильтрации межполивной период колеблется от 5 до 10 дней; для полей орошения он устанавливается в соответствии с режимом полива выращиваемых культур.

Во избежание быстрого заиливания пор грунта и прекращения доступа воздуха в почву очищаемые сточные воды не должны иметь большого содержания жиров и масел, что достигается отстаиванием.

При определении требуемой площади полей орошения и полей фильтрации исходят из так называемой нормы нагрузки, т. е. объема сточной воды, которая может быть очищена на 1 га площади полей за определенный промежуток времени.

Нормы нагрузки зависят от многих факторов: от характера почвы, ее окислительной мощности, фильтрационной способности, пористости; от типа полей, рода выращиваемых на них культур, характера и концентрации загрязнений сточных вод; от климатических и метеорологических условий и пр. 

В первую очередь норма нагрузки зависит от водовоздушного режима полей. Оптимальная для роста растений влажность почвы составляет 40—60% ее пористости (скважности), т. е. когда примерно половина пустот в почве занята водой и половина — воздухом. Запасы воды в почве достаточно велики. Так, например, при пористости почвы 30% и оптимальной ее влажности 50% содержание воды в слое песчаного грунта 1 м составит 1500 м3/га.

При норме нагрузки 100 м3/(га-сутки) поступившая суточная порция сточных вод составит только 6—7%, имеющегося в почве запаса воды, и будет вытеснять соответствующий объем почвенной воды в осушительную систему.

Таким образом, с момента поступления на поля до момента выхода в дренаж каждая порция сточных вод будет соприкасаться с грунтом в течение примерно 6—12 суток, если даже не учитывать испарение и тран-спирацию. Этим объясняется высокий эффект очистки сточных вод, который достигается на полях орошения и полях фильтрации.

Большое значение имеет также концентрация сточной воды, характеризуемая БПК: чем больше БПК, тем меньше допустимая норма нагрузки.

При определении требуемой площади полей орошения необходимо различать следующие виды норм нагрузок (в м3/га): 1) среднесуточная норма — объем сточных вод, приходящийся на 1 га орошаемой площади полей в среднем за сутки в течение определенного периода; обычно принято указывать среднесуточную норму за год; 2) оросительная норма — объем воды, который требуется для выращивания данной культуры за весь вегетационный период; 3) поливная норма — объем воды, который подается за один полив; 4) удобрительная норма — объем воды, который требуется для выращиваемой культуры исходя из удобрительных свойств сточной воды; 5) норма зимнего орошения.

Таким образом, поливная норма нагрузки на поля орошения может быть установлена только с полным учетом климатических, гидрогеологических и агротехнических факторов. Санитарно-гигиенические требования во всех случаях являются руководящими.

Потребность выращиваемых культур в удобрениях и влаге обусловливает оросительные и удобрительные нормы (табл. 4.41).

Исходными данными при установлении удобрительных норм служат потребность выращиваемых культур в удобрительных веществах и концентрация этих веществ в сточной воде. Последняя зависит от нормы водоотведения.

Из всей массы удобрительных веществ, внесенных со сточными водами, растениями используется только их часть, а именно: 49% азота, 37% фосфора и 90% калия. Остальная часть питательных веществ выносится вместе с дренажной водой, а азот частично улетучивается в атмосферу.

Из сказанного следует, что при оросительных нормах 2500—8000 м3/га содержания фосфора и в особенности калия, вносимых в почву со сточной водой, будет недостаточно. Увеличение же оросительных норм не всегда возможно вследствие ограниченной фильтрационной способности грунтов. Концентрация удобрительных веществ понижается при увеличении нормы водоотведения и при поступлении производственных стоков.

При определении требуемой площади полей фильтрации учитывают фильтрационную способность грунтов на территории полей и климатические условия района их расположения.

По данным многолетней эксплуатации, необходимый санитарный эффект очистки сточных вод достигается при среднесуточных нормах нагрузки, приведенных в табл. 4.42.

Окислительная мощность почвы еще недостаточно изучена и не может быть использована для расчета.

В некоторые периоды года выпуск на поля орошения сточной воды не допускается. Например, в весенний период, когда большинство участков полей орошения подготовляют к летнему вегетационному периоду; в осенний период, когда убирают урожай и готовят поля к зимнему орошению, а также в периоды дождей. Для приема сточных вод в это время служат резервные, не занимаемые под культуры участки, выполняющие роль обычных полей фильтрации.

Площадь резервных участков следует определять так же, как при расчете полей фильтрации. Для предварительных подсчетов резервную площадь полей орошения принимают не более 25% полезной.

Объем сточных вод, поступающих на резервные участки, составляет часть всего объема воды, подаваемой на поля орошения, и оценивается коэффициентом а, значения которого тем меньше, чем выше средняя годовая температура в районе полей орошения и чем разнообразнее выращиваемые на полях сельскохозяйственные культуры.

Продолжительность периода зимнего намораживания обычно принимают по числу дней со среднесуточной температурой воздуха ниже —10° С; высоту слоя намораживания принимают 0,5—0,6 м, во всяком случае не более 1 м. Уровень намороженного слоя должен быть на 0,05 м ниже дна канала, разводящего сточные воды.

В целях удлинения периода фильтрации и сокращения зимнего намораживания применяют так называемую подледную фильтрацию. Для этого на зимних участках нарезают глубокие борозды, заполняемые водой. В сильный мороз на них образуется ледяная корка, под которой долгое время (иногда всю зиму) происходит фильтрация подаваемых на поля сточных вод.

На полях фильтрации необходимо выделять свободные от намораживания участки, способные принять сточные воды в период оттаивания намороженного слоя, просачивания талой воды и просушки участков, что может продлиться один-два месяца. При больших нагрузках и для полей в районах с длительным зимним периодом необходимая для летних условий площадь полей может быть недостаточна для размещения на ней всей массы сточных вод в зимний период. В этом случае приходится допускать большую высоту слоя намораживания или увеличивать общую площадь полей, предусматривая дополнительные резервные участки, площадь которых не должна превышать в южных районах 10%, в средней полосе 20% и в северных районах 25% полезной площади полей фильтрации. Для ускорения ввода в эксплуатацию полей после зимы допускается сброс талой воды с участков непосредственно в осушительные канавы в период весеннего паводка.

Способ определения размеров полей орошения по среднесуточной нагрузке пригоден только для предварительных расчетов, так как он не учитывает основных особенностей эксплуатации полей — виды выращиваемых культур и потребность их в воде. Наиболее полно это учитывается при расчете полей по сезонным периодам орошения или по оросительным нормам.

Если для проектируемых полей известен характер выращиваемых культур, то исходя из сроков полива могут быть определены режим и нормы полива полей по месяцам, неделям и даже дням (по аналогии с имеющимися полями в данном районе), а определение размеров полей может быть произведено по так называемому поливному графику. Для составления поливного графика необходимо в каждом отдельном случае привлекать опытного агронома.

Распределение сточных вод по полям

Сточные воды на поля подают с помощью сети распределительных каналов. Профильтровавшуюся очищенную сточную воду, если это требуется по грунтовым   условиям,   отводят   осушительной   (дренажной) сетью. Для удобства эксплуатации поля разделяют валиками   на отдельные карты ( 4.81).

Размер карт зависит от назначения полей и ряда других условий (рельефа местности, характера грунтов, общей площади полей, обеспечения условий для механизации работ на картах и т.д.). На коммунальных полях орошения карты имеют площадь 5—8 га с соотношением сторон прямоугольника 1:5—1:4. Площади карт полей фильтрации, имеющих большие нагрузки, принимают меньшими. Размеры карт для малых полей определяют из условия чтобы общее число карт было не менее трех. Для возможности механизации обработки земли длину карт принимают равной 300—1500 м; излишнее удлинение карт приводит к удорожанию разводящей картовой сети. Ширина карты также не может быть выше некоторого предела (100—200 м при двустороннем напуске), обусловливаемого рельефом местности, грунтовыми условиями и способом полива. Для легких грунтов ширину карт принимают меньше, чем для тяжелых.

При большой ширине карты труднее осуществлять равномерное  их орошение. Обычно карта своей длинной стороной располагается вдоль горизонталей    местности, поэтому при широких картах и крутом рельефе приходится выполнять больший объем земляных работ во время планировки полей. Разность отметок двух соседних карт (располагающихся террасами) у разделительного валика не должна быть больше 1 м во избежание просачивания воды через него и оползания откосов.

Сточная вода подается (под напором или самотеком) в наивысшую точку полей орошения или полей фильтрации, где обычно   устраивается   распределительный колодец. Из него вода по оросительной сети поступает к отдельным картам. Оросительная сеть делится на постоянную и временную. Постоянная оросительная сеть состоит из магистрального канала, его ветвей, распределителей (лотков и канав) и картовых оросителей, обслуживающих отдельные карты. Она предназначена для подачи воды от распределительного колодца до поливных участков (карты). Временная сеть предназначена для распределения воды внутри поливной карты и устраивается перед поливами.

Устройство временной поливной сети зависит от способа полива, который производится напуском по полосам или по бороздам; на полях фильтрации, кроме того, применяется сплошное затопление. Полив сточными водами путем дождевания запрещается.

Для равномерного заполнения борозд карты планируют с продольными и поперечными уклонами; размер уклона зависит от водопроницаемости грунта. Продольные и поперечные уклоны равны соответственно для легких суглинков 0,001 и 0,002, для супесей 0,002 и 0,003, для песков 0,003 и 0,004.

Оросительная сеть должна быть запроектирована так, чтобы сточная вода подавалась самотеком в любой из участков обслуживаемой этой сетью территории. Земляные канавы устраивают трапецеидального сечения, каналы и лотки — с облицовкой прямоугольного сечения.

Ширина по верху оградительных и разделительных валиков должна быть не менее 0,7 м. Крутизну их откосов принимают в зависимости от грунта: в супесях и суглинках она должна быть не более 1 : 1,5, а в песках— 1 :2.

Водоподводящий канал, распределители и картовые оросители устраивают в виде открытых бетонных, деревянных, кирпичных или зем-ляных одернованных лотков и каналов ( 4.82); при соответствующем обосновании они (кроме картовых оросителей) могут выполняться из неметаллических труб.

Размеры лотков и трубопроводов определяют расчетом. Наименьшие размеры лотков принимают 0,2X0,2 м, а диаметр труб — 100 мм.

Земляные каналы устраивают с одинарным откосом, с соответствующей облицовкой или без нее (в плотных грунтах). Насыпи, в зависимости от грунта, делают с полуторными или двойными наружными откосами, которые укрепляют камнем, дерном, посадкой трав, мощением и т. п. Ширину бермы для удобства обслуживания принимают от 1,5 м для магистральных канав до 0,5 м для оросительной сети.

Каналы рассчитывают по обычным формулам гидравлики для равномерного движения жидкостей. Скорость движения воды в каналах должна исключать выпадение взвешенных веществ из потока, т. е. она должна быть незаиливающей и в то же время не вызывать размыва стенок каналов.

Для обеспечения нормальной эксплуатации полей на оросительной сети устраиваются вспомогательные сооружения: шлюзы-регуляторы, выпуски, перепады, быстротоки, мосты и дюкеры.

Шлюзы-регуляторы ( 4.83) служат для создания подпора и поддержания постоянного уровня сточной воды в распределительном канале, из которого в данное время идет орошение. Выпуск ( 4.84) предназначен для передачи воды из картового оросителя на карту. Для сброса талых вод в водоем в весеннее время в самой пониженной части карты устраивают весенний выпуск, соединяющий карту с осушительной канавой ( 4.85). При значительных уклонах местности во избежание образования в разводящих канавах больших скоростей устраивают быстротоки и перепады. При пересечении с дорогами разводящую канаву пропускают под дорогой дюкером или же для пропуска дороги над канавой устраивают мост; при пересечении с осушительной канавой, обычно расположенной значительно ниже, устраивают акведук,

Отвод очищенных сточных вод

Осушительную (водоотводящую) сеть устраивают на полях орошения и полях фильтрации при неблагоприятных грунтовых условиях. Она состоит из дренажа, сборной сети, отводящих линий и выпусков.

Дренаж является важным элементом полей. Он позволяет своевременно отводить излишнюю влагу почвы и способствует прониканию воздуха в осушаемый деятельный слой, без чего не может проходить аэробный окислительный процесс. Устройство дренажа обязательно при залегании грунтовых вод на глубине менее 1,5 м от поверхности карт.

В зависимости от характера грунтов дренажную сеть устраивают в виде открытых осушительных канав или закрытого дренажа. В слабопроницаемых грунтах (суглинках) устраивают закрытый дренаж, в сильнопроницаемых грунтах (песок, супесь) его или не устраивают, или уст-раивают открытые осушительные канавы.

В сырую погоду, когда испарение уменьшается, или во время обработки участка, когда он еще не покрылся растительностью и, следовательно, поглощение воды растениями отсутствует, коэффициент просачивания повышается до 0,75 и более; во время дождя объем воды на полях также увеличивается. Однако для этих случаев коэффициент а при расчете не повышают, учитывая увеличение продолжительности отведения воды с участка.

Закрытый дренаж устраивают из керамических дренажных труб или из асбестоцементных безнапорных труб диаметром 75—100 мм Дрены следует располагать перпендикулярно направлению потока грунтовых вод, т. е. параллельно горизонталям местности. Уклон дрен принимают от 0,002 до 0,005; желательно, чтобы он соответствовал уклону поверхности земли. Во избежание заиливания скорость в дренах должна быть не менее 0,2—0,25 м/с.

Рекомендуемая длина дрен не более 120 м. Трубы укладывают впритык с зазорами 4—6 мм. Под стык кладут глиняную подушку ( 4.87). Место стыка сверху закрывают толем, войлоком, березовой корой, перевернутой дерниной, а иногда засыпают щебенкой или гравием. При отсутствии указанных выше труб дренаж может выполняться из фашин, гравия (щебня) или из деревянных труб из досок ( 4.88).

Открытые осушительные канавы или сборную сеть, в которую поступают воды от закрытого дренажа, устраивают в виде каналов трапецеидальной формы с боковыми сторонами под углом естественного откоса грунта ( 4.89). Слабые грунты необходимо крепить фашинами, дерном, а иногда камнем.

Глубина канав в верховье должна быть не менее 1,25 м. Отводящие линии, так же как и сборные, почти всегда делают в виде открытых канав, если к этому не встречается каких-либо препятствий, заставляющих переходить на закрытые водостоки.

Для защиты от затопления дождевыми водами поля должны быть ограждены в верхней части по периметру нагорными канавами с выводом их в общую осушительную сеть.