мелиорации лесных земель - Московский государственный

А. Е. Касьянов
М
етодике
ДИН8МИЧ8СКОГО
обучени ..
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ
МЕЛИОРАЦИИ
ЛЕСНЫХ ЗЕМЕЛЬ
ЛЕКЦИИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛЕСА»
А. Е . Касьянов
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ МЕЛИОРАЦИИ
ЛЕСНЬ~ЗЕМЕЛЬ.ЛЕКЦИИ
Допущено Учебно-методическим объединением по образованию
в области лесного дела в качестве учебного пособия для студентов
высших учебных заведений, обучающихся по специальности
«Лесное хозяйство» направления «Лесное хозяйство
и ландшафтное строительство»
2-е издание
Москва
Издательство Московского государственного университета леса
2007
УДК
630*651.78 (075.8)
К28
Рецензент :
профессор В . и. Сметанин, декан эколого-мел иоративного
факультета;
профессор Б. Ф . Никитенков, заведующий кафедрой общей
и промышленной экологии МГУП
Работа подготовлена на кафедре почвоведения
Касьянов, А. Е.
К28
Гидротехнические мелиорации лесных земель. Лекции : учеб. пособие.
-
2-е изд.
-
М.
: ГОУ
ВПО МГУ Л,
2007. - 62
с.
: ил .
ISBN 5-8135-0315-3
Представлены OCHO~Hыe разделы теории и практики осушения, орошения лес­
ных земель и объектов садово-nаркового хозяйства. Рассмотрены связанн ые с
гидромелиорацией разделы гидрологии, гидравлики и гидрогеологии . Дана оцен­
ка nриродоохранным мероприятиям на орошаемых и осушаемых землях. Показа­
ны гидротехнические методы nротивоэрозионных мероприятий на водосборах .
Пособие предназначено для студентов, аспирантов, специалистов лесного хо­
зяйства и ландшафтного строительства. В соответствии с Методикой динамиче­
ского обучения оно оформлено в виде записанного в тексте диалога студента и
преподавателя.
УДК
630*651.78 (075 .8)
ISBN 5-8135 -0315-3
© А. Е. Касьянов, 2005
© ГОУ ВПО МГУ Л, 2007
3
Введение
Гидротехнические мелиорации рассматривают теорию и инженерные
средства регулирования водного режима лесных и сельскохозяйственных
земель.
Водный
режим
во
многом
определяет
параметры
теплового ,
воздушного и пищевого режимов почв. На заболоченных землях и землях с
недостаточным естественным увлажнением гидротехнические мелиорации
повышают продуктивность древостоя, плодовых и сельскохозяйственных
культур .
Мелиорируемый
условия
участок
увлажнения
глобальными
или
знания
частью
большой
определяются
Поэтому
влагооборотами.
переувлажнения
необходимы
является
которой,
недостатка
гидрологии
для
и
установления
причин
увлажнения
участка
естественного
и
территории,
региональными
гидрометрии.
Эти
дисциплины
занимаются изучением и измерением составляющих влагооборотов.
Гидротехнические
перераспределяют
Закономерности
осушительные
потоки
движения
и
оросительные
поверхностных
поверхностных
и
и
мелиорации
грунтовых
грунтовых
вод
вод.
изучают
гидравлика и теория фильтрации грунтовых вод. Некоторые вопросы этих
дисциплин рассмотрены в учебном пособии .
Гидротехнические мелиорации
включают работы
по инженерной
подготовке ландшафта: планировку поверхности, мероприятия по борьбе с
оврагами , селями, а также, работы по рекультивации свалок, карьеров,
горных
выработок.
Гидротехнические
инженерным дисциплинам,
мелиорации
относятся
являются основной формой представления материала. На планах,
оросительных
и
к
поэтому планы, схемы, графики, формулы
осушительных
систем
каналы,
дороги
схемах
независимо
от
ширины, представлены в виде линий, гидротехнические сооружения в виде
условных обозначений. Планы и схемы в учебном пособии выполнены без
соблюдения
масштаба,
но
с
сохранением
пропорций.
Лекции
представлены в виде приведенной ниже формы. Она состоит из текстового
и графического материалов , записанных на листах формата А4. Текстовой
материал разбит на главы . Наименования глав даны в содержании.
Главы разбиты на подразделы , которые логически связаны с другими
подраздел ами и главами
в целом. После каждого подраздела студенту
предлагается задать вопрос преподавателю.
Это предложение в тексте
4
зап исывается
в
виде :
вопрос
сryдента
к
преподавателю
Далее
строка, в которую сryдент записывает свой вопрос.
также
вопрос
преподавателя
к
сryденry
( впс).
оставлена
(в сп)
пустая
Подраздел включает
После
букв
(впс)
записывается вопрос преподавателя и далее оставлена пустая строка. В
этой строке сryдент должен записать свой ответ на вопрос преподавателя .
Например.
(впс)
Какие
Функции
выполняет
илоуловитель?
далее
записывается ответ студента на этот вопрос. Все записи в форме лекций
делают ручкой.
Формы
лекций
разработаны
в
соответствии
с
Методикой
дииамического обучения. Они ежегодно обновляются.
Основные
разделы
лекций
завершаются
перечнем
контрольных
вопросов, которые входят в экзаменационные · билеты.
На все аудиторные занятия сryдент обязан приносить форму лекции.
Для сдачи зачета, курсовой работы сryдент представляет заполненную
форму лекций.
5
Московский государственный университет леса
Кафедра почвоведения
Гидротехнические мелиорации лесных земель
Лекции
Выполнил(а) студент(ка)
_ _ _ _ __
Преподаватель
Москва
- 200
г.
группа
_ _ _
_ _ _ _ _ __ __
б
J.
Запомните термины :
Гидрология суши
гидрол огия ;
вл агооборот ;
водосбор;
водный
бал анс; испарение ; трансnирация ; осадки; сток ; гидрометрия
Гидрология суши изучает гидросферу земли, ее взаимодействие с
атмосферой , литосферой и биосферой . Вода в природе под влиянием
солнечной
радиации
гидросферой,
постоянно
почвой
и
совершает
атмосферой.
Различают
кругооборот
мировой
между
влагооборот
между мировым океаном и сушей. Его схема представлена на рис.
1.
(впс) Укажите на схеме циФрами эл ементы мирового влагооборота.
I~r,ж~\,
-r:')I--t~
"",~.,
"
"
I
I
I
I
I
Рис .
1-
4Малый
1. Мировой влагооборот:
2 - кон тиненты; 3 - испареНИе;
влаги ; 5 - осадки ; 6 - сто к .
мировой океан ;
перенос
влагооборот
разделяют
на
внутриконтинентальный ,
показанный на рис .
2 а , и океанический, показанный на рис. 2 б.
(всп) ___________________~--------------~------(впс) Впишите наименования циФровы х поз иций на рис. 2.
3
3
~, ~~;:~~~>
,,,
,,,
2
б
а
Рис .
а
-
;2-
увл ажнения
характеризует соотношение
водным бал ансом .
с хеме рис .
3.
Влагооборот:
внутриконтинентальный ; б
1У словия
2.
-
океанический ;
,4-
отдельного
участка
прихода и расхода влаги ,
Элементы
Водосбор
-
; 3-
кол ичественно
которое наз ывают
водного бал анса водосбора показ аны на
участок территории , включая толщу почв и
7
грунтов,
с
которого
в
отдельную
реку ,
систему
рек,
озеро,
пруд ,
водохранилище стекает вода .
о
С
Рис. 3. Элементы ВОДНОГО
1- атмосферные осадки ; 2 -
4-
баланса водосбора:
сток;
и зменение запасов влаги в бассейне ;
5-
3-
испарение ;
подземный водообмен
Количественную зависимость между элементами водного баланса
отображает
уравнение
водного
баланса .
конкретно го участка и определенного
Уравнение
периода
составляют
для
времени.
+ E.:t L1W.:t L1 U,
О = С
гд е
О
-
осад ки ; С - сток ; Е
суммарное испарение;
-
изменение
L1W -
з апасов вл а ги на водосборе в болотах , оз ерах, почвенном слое;
L1U -
подз емный водообмен.
АтмосФерные осадки
занимают важное место в
формировании
водного режима территории. Средний слой осадков (норма осадков)
территории России составляет
изменяется
от
180
до
800
540
мм
на
мм в год . Его величина по районам
в
год.
Величину осадков определяют
инструментально . Данные о норме осадков для конкретной области можно
найти
в
прави л ах
а гроклиматическом
справочнике,
строительных
табл ичной форм е и в виде карты с из олиниями норм осадков
Испарение
-
это
переход
жидкости
повер х ност и испарения в атмосферу .
на рис.
4.
нормах
и
по расчету гидрологических параметров. Они представлены в
в
пар
и
[1].
перенос
его
от
Схема процесса испарения по казана
8
Рис.
1-
4.
Схема процесса испарения:
испарение с поверхности почвы (физическое испарение);
испарение растительностью (транспирация);
2-
суммарное испарение
3-
И+ т = Е - суммарное испарение, Т - транспирация , И - физическое
испарение с поверхности почвы.
величиной
солнечной
Е определяется запасом влаги в почве ,
радиации .
Испарение
при
неограниченном
поступлении влаги называется испаряемостью . Её определяют по величине
испарения с водной поверхности. Нормы испарения с водной поверхности
по территории России изменяются от
300
до
1000
мм в год. Суммарное
испарение соснового древостоя в Ленинградской области изменяется от
до
390
мм
450
в
год .
Суммарное
испарение
и
испаряемость можно
рассчитать по различным эмпирическим формулам, а также измерить
инструментально.
Данные
о
норме
испарения
можно
найти
в
агроклиматических справочниках. Они представлены в табличной форме и
в виде карты с изолиниями
(всп)
[1].
_-:::--_ _ _ _ _ _ _-:::--_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __
(впс)
Сток
Где
-
испарение
движение
воды
больше
-
лесу
по поверхности
грунтов. Он подразделяется на С"
С" г
в
-
земли,
или
на
в толще
сток поверхностный, Се
-
лугу?
почв
и
склоновый ,
почвенно-грунтовый, С р - русловой и речной .
Его величина определяется гидрогеологией и рельефом бассейна,
величиной и формой площади водосбора, климатическими факторами:
осадками , температурой и влажностью воздуха.
Увеличение пл ощади болот на водосборе снижает величину стока.
Увеличение
лесами,
части
снижает
площади
величину
водосбора,
стока.
занятой
растениями,
Водохранилища
особенно
уменьшают
его
величину.
Wc[MO]
-
времени
t
3
объем стока определяют по расходу Q [м /с] и расчетному
[с].
\V[.\I '
]=Q[Jt ' / с]·г[с]
Мо дуль стока:
ц[ л /(с · га)] =
Q [-11 3/ с] / F[za],
9
где
площадь водосбора.
F-
Слой стока /1[ММ]
-
величина слоя воды в мм при распределении
объема стока равномерно по плошади водосбора:
h[.1f.\1] = W, [.'1 3]!ООО
F[.,, - ]
Коэффициент стока
G =С / О,
где С
-
сток, О
-
осадки .
Данные по стоку можно получить в результате полевых измерений,
или рассчитать по формулам.
Для осушенных сосняков в Ленинградской области годовой сток
изменяется
от
осушительной
до
120
сети
и
230
мм
в
состояния
год.
Он
древостоя.
зависит
Данные
от
по
параметров
слою
стока
приводятся в табличной и топографической форме в агроклиматических
справочниках .
Методы определения стока . Для оценки влияния почвенного покрова
и растительности на сток устраивают стоковые площадки площадью от
до
5000
500
м. кв. На изучаемом объекте устраивают не менее двух стоковых
площадок. Валиками и канавками ограничивают часть склона. В нижней
части огражденного участка устраивают сооружение для сбора воды.
Расходы
вод
в небольших речках,
ручьях,
каналах
и
бороздах
и з меряют водосливами . На крупных водотоках расходы воды определяют
по средней скорости потока и его площади живого сечения.
(всп)
_________________________________________
(впс) Где сток больше из болота или озера?
2. Основы
Запомните
термины:
установивщ ееся
движение;
гидрометрии
давление;
равномерное
дви.ж ение;
движение;
л аминарное
турбулентное
движение ; закон Паскаля, закон Бернулли; уравнение Шези ; гидрограф
реки;
фаз ы водного режима ; вариационный ряд ;
водослив с щирокuм
порогом, тонкой сте1iКОЙ водосбор
Гидрометрия рассматривает методы измерения параметров водных
потоков. Эти методы базируются на законах гидравлики.
Закон
Паскаля
поз воляет
определить давление
в любой точке
покоящейся жидкости . Его расчетная схема показана на рис.
Р. =Ро
5.
+ p · q·h.,
гд е
Ра - атмосферное давление; р
объема жидкости);
q -
расположения точки В.
-
плотность жидкости (масса единицы
ускорение свободного падения;
hB
-
глубина
10
Рис .
5. Расчетная
схема к закону Паскаля
Виды движения жидкости. При установившемся движении воды в
рассматриваемый интервал времени tl - t2 В расчетном створе
потока: скорость
V,
Q,
расход
глубина
hв
(впс) На рис. б укажите глубину потока в створе
.
Время 11
I
CT~
(всп)
момент времени t2.
I Время 12
~-
~:
6.
1в
CT~
----
-----
-=~
--=~~
Рис.
1 параметры
русле постоянные (рис. б).
---=-
Установившееся движение потока
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _'
При неустановившемся движении воды в рассматриваемый
интервал времени tl - t 2 В расчетном створе
V,
расход
Q,
глубина
h в русле
(впс) Укажите на рисунке
время
1 параметры
потока: скорость
изменяются (рис.7).
7
глубину потока в створе
I
в момент
t 2.
Время
12
I
CT~
--- --------
~
----
-~
Рис.
7.
--...
Неустановившееся движение потока
При равномерном движении воды в рассматриваемый момент
времени t l на участке русла
потока : скорость V, расход
(рис.
8).
L
от створа
Q,
глубина
1 до створа 2 все параметры
h в русле по его длине одинаковы
] ]
Время tl
Створ
2
I
CT~
-~
Рис .
8.
Равномерное движение вод ы .
При неравномерном движении воды в рассматриваемый момент
времени tl на участке русла
L
потока: скорость
Q, глубина h в
(рис.
V,
расход
от створа] до створа
2
все параметры
русле по его длине изменяются
9).
Время tl
Створ
I
CT~ I~
2
I
-==:1i===-::::::f
С7
4
Рис .
9.
-
Неравномерное движение потока
Движение воды называется
ламинарное, когда скорости всех точек
потока Р, = Р, = Р, одинаковы по величине и направлению рис.
]О
-- ---- - -~-------~- -~
------+ --
----------y~-------------~-
Рис.
10. Ламинарное движение
воды.
Ламинарное д вижение отмечается в капиллярах почвы и грунта.
При
турбулентном
движении
воды
изменяются по направлению и величине рис .
] 1.
(впс) Покажите на рис. 1] вектор скорости ~ ,
скорости
V, 7' V, 7' V,
12
-~~~
--~---~
- ~//
,-_- ---_--.......
~~--_/
-
--,;;::::..;----=_.... -.....
.......
--
........
......
.......
Рис.
11.
Турбулентное движение воды
Во всех остальных случаях движение воды турбулентное.
(всп)
__________________________________________
Движение
воды
в
открытых
руслах
описывается
уравнением
Бернулли.
(z ,
+
a,v,
2
Р,
+
У
)
2g
-
(z ,
+
Р,
У
V'
+ а, ' )
2g
h ,,'
где
Z1,2 - высоты центров тяжести живых сечений потока в створах
и
2;
Р I . 2 - давления в центрах тяжести живых сечений; а , . , - скоростные
коэффициенты; У 1 • 2 У
hw -
-
скорости движения жидкости в створах
удельная масса жидкости;
g -
ускорение свободного
потери напора на движение жидкости между сечениями
Расчетная схема для этого уравнения покаэана на рис.
12.
равномерном
и
2;
1и 2.
12.
)11
1(
Рис.
1
падения;
Расчетная схема для
установившемся
гидравлический уклон
уравнения Бернулли
движении
i = (ZI - z2)/L равен
V1
V 2,
уклону дна канала.
13
Рис.
(всп)
13.
Равномерное установившсеся движение
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __
Средняя
скорость
течения
для
равномерных
установившихся
потоков определяется по формуле:
v=c~,
где
с
скоростной
коэффициент,
R = liJ / Х - гидравлический радиус;
Х
-
(t) -
уклон
i
дна
канала,
площадь живого сечения потока;
длина смоченного периметра. Параметры живого сечения потока
показаны на рис.14 .
б
а
в
Рис.
14. Параметры живого
а - в реке; б - в канале;
сечения потока:
в
-
в трубе
Коэффициент С определяется по эмпирическим формулам.
Гидрол огический
режим
называется изменение расхода
рек.
Q,
Гидрологическим
режимом
ежегодно. Графически их можно отобразить гидрографом реки (рис .
На
гидрографе
половодье
выделяют
характеризуется
рек
уровней воды Н, которые повторяются
следующие
наибольшей
фазы
водного
водностью
и
15).
режима :
высокими
уровнями воды, которые обусловлены таянием снега и ледников;
паводок
вызвано
-
кратковременное увеличение расхода и уровней воды, которое
дождями
характеризуется
и
малой
снеготаянием
водностью
во
и
время
оттепели;
длительным
межень
стоянием·
-
низких
уровней , которое обусловлено снижением водного питания реки летом и
зимой .
14
:r:
rj
~
~
'У\
о
"-
>-
g
":е
I
I
I
\
\
\
" "-
б
"-
вес· на
лето
осень
зима
ВреМя
Рис. 15. Гидрограф реки:
1 - гидрограф реки в европейской части России ; 2 - гидрограф сибирских рек ;
3 - половодье; 4 - летне-осенний паводок; 5 - летняя межень; 6 - зимняя межень
Если
параметром
река
выполняет
является
функции
отметка
водоприемника,
уровня
воды
источник орошения, то расчетный параметр
в
то
половодье.
расчетным
Если
она
отметка уровня воды и
-
расход в летнюю межень.
Колебания
уровня
гидрометрических
постах.
воды
При
в
реках,
расходы
измерениях
уровня
измеряют
воды
на
вручную
устраивают свайные и реечные водомерные посты. На свайном посту
измерительную рейку устанавливают на вбитые в дно водотока сваи. На
реечном
посту рейка закрепляется на набережной, опоре
моста или
акведука.
(всп)~____________~______~_________________
(впс)
Покажите
на
вероятности уровня воды
60
граФике
рис.
16
точку,
соответствующую
см.
Автоматизированные
гидрометрические
посты
включают
гидравлически связанный с водотоком колодец, над которым размещают
помещение с приборами регистрации положения уровня воды. Применяют
механические приборы поплавкового типа и электронные
датчики.
По
данным наблюдений строят графики частот и обеспеченности расходов,
уровней воды (рис .
16).
данного
Максимальная
уровня.
Последние показывают
частота
вероятность превышения
повторения
уровня
называется горизонтом бытовых вод (ГБВ).
вероятность
/
L'}ТЮI
60
I~O
25
I~O
50
)00
~40
75
)60
100
%
Рис.16. Графики частот и вероятностей уровней воды
воды
15
Режим расходов воды в реках. _Расход воды Q [м 3 /с] - это объем
воды
3
W[M ],
который проходит через живые сечения потока
[м 3 ] , В
QJ
единицу времени ([с]:
Q=w/t=й) · v,
Скорость
поплавков;
движения
воды
лазер ными,
измеряют
тепловыми
и
инструментально:
методом
ультразвуковыми
зондами;
гидрометрической вертушкой .
Схема метода поплавков показана на рис .
от
друга
разбивают
пускают от
фиксируют
наблюдательные
8 до 15 поплавков, с
/\ t - время прохождения
определяют скорость
Z
= -t
V,.
_ ,О В
л
17.
створы.
На расстоянии
Выше
первого
Z
друг
створа
помощью теодолита и секундомера,
поплавка между створами
каждого поплавка,
1 и 3. Затем
находят среднюю
скорость поплавков V пов по скоростям всех поплавков . Далее по формуле:
V = V"Ж . k
находят среднюю скорость течения воды.
_____ -- .... ,-'''''_."J-"
11
111 - - -
I
Рис.
k -
поправочный
скоростью течения
17. Схема метода
1 - поплавки ; 2 -
поплавков:
створ
коэффициент между поверхностной
воды,
и средней
Его определяют по эмпирической
Далее находят площадь живого сечения . В створах
интервалы а измеряют глубину воды
1, 2, 3
формуле.
через равные
h (рис.18),
Площадь живого сечения складывают из площадей треугольников и
прямоугольников ,
а
длину
смоченного
периметра
-
из
сумм
длин
с
гипотенуз треугольников. По измеренным площадям живого сечения в
трех створах рассчитывают среднюю площадь живого сечения.
Гидрометрическую
вертушку
опускают
на
штанге
в
воду
и
фиксируют скорость оборотов лопастного винта . Затем по тарировочному
графику
между
скоростью
определяют скорость воды .
вращения
вертушки
и
скорости
потока
16
в
настоящее
время
для
измерения
скоростей
применяют
ультразвуковые, лазерные, температурные и Д р. зонды.
Рис .
18. Сх ема измерения площади живого сечения в створе реки
Расходы воды в реках постоянно изменяются и по данным рядам
наблюдения строят кривые обеспеченности. Значения расходов размещают
в ряд
по
порядку
называется
от самого
вариационным .
большого до
самого малого.
По эмпирической
формуле
Этот ряд
рассчитывают
вероятность каждого значения расхода:
р = т - 0,3 . 100
N +0,4
'
где
р
вероятность величины расхода ,
-
номер числа ;
Затем
N-
общее число членов ряда.
по
точкам,
вероятностей
строят
статистические
асимметрии
и
соответствующим
кривую
параметры
вариации,
%;
ряда:
средний
- порядковый
рассчитанным
обеспеченности
характери з ующие
т
(рис . 19).
значениям
Определив
расход;
коэффициенты
характер
распределения
вел ичин расхода , можно по формуле построить теоретическую кривую
обеспеченности .
~L--Ю---2-D--J-D--k~/~~~q--6~Q~т.~~~Q~Q~J-d--t.~~о~
t7 Б е {'I1е I/e HIfOt! 1111>, 1с
Рис.
19.
Кривая об еспеченности расходов воды
17
(впс) Обеспеченность
первого расхода
45%,
а второго
60%.
Какой
расход
воды
расход больше?
На
небольших
реках,
ручьях,
каналах,
бороздах
измеряют водосливами с тонкой стенкой и широким порогом. На рис.
показан водослив с широким порогом, на рис .
21 -
20
водослив с тонкой
стенкой.
По измеренному напору Н
над порогом водослива, его ширине В
рассчитывают расход.
Расходы
расходомерами,
в
трубах
а также,
вентури по величине
измерения расхода
-
измеряют
турбинными
и
крыльчатыми
посредством суживающих диафрагм
и
труб
потери напора в сужении. Наиболее точный способ
объемный метод. Фиксируют затраты времени
наполнение емкости известного объема
W.
Расход
А-Д
Рис.
20.
Рис .
ВОДОСЛИВ с широким порогом
2] . ВОДОСЛ ИВ с
L1 t
Q будет равен W/L1t.
тонкой стенкой
на
18
3.
Запомните
Почвенные и грунтовые воды .
термины:
фил ьтрация ;
закон
Дарси;
коэффициент
фильтрации; влагоnроводность ; почвенная вода; грунтовая вода; прибор
Дарси; скорость фильтрации; напор.
Вода в почве и грунтах размещается в порах. Она может находиться
в твердом , жидком и парообразном состоянии .
Объем пор в единице объема грунта определяется по уравнению:
P=l-&
Ут '
где
Уел
-
плотность сложения грунта; У1"- плотность твердой фазы .
Объем пор изменяется от
0,3
в глинах до
0,9
в крупнозернистых
песках и торфах. Воду в почвах и грунтах подразделяют на парообразную ,
связную и свободную. Связная вода удерживается электроосмотическими
и молекулярными силами . К ней относятся гигроскопическая вода. Это
вода конденсируется на поверхности почвенных частиц. Пленочная вода
наход ится
под
удерживается
в
воздействием
почве
за
молекулярных
счет
сил.
сорбционных
и
Свободная
влага
капиллярных
сил.
Количественно она характеризуется наименьшей влагоёмкостью (НЕ).
При полном заполнении пор, отмечается перемещение воды под
действием силы тяжести. Такая вода называется грунтовой . Движение
грунтовой воды в почве называется фильтрацией.
Скорость фильтрации
V-
это расход воды через единицу площади ,
выделенную в почве перпендикулярно направлению потока воды.
Количественно
фильтрация
описывается
расчетная схема которого показана на рис.
уравнениям
Дарси,
22 .
V=K·H II,
где
кобозначают
коэффициент фильтрации; Н/l-градиент напора, который
i.
Коэ ффициент фильтрации изменяется от О,ООп для глин до
100
м/сут
В щебенистых и трещиноватых грунтах.
(всп)
__________________________________________
(впс) Какая величина больше : скорость Фильтрации или скорость
движения воды в почве?
Методы определение коэфФициента фильтрации. В лабораторных
условиях коэффициент фильтрации определяют на почвенных монолитах с
испол ьзованием
прибора
Дарси
(см.
рис .
способом расход протекающей жидкости
Fn"
его длину
Q,
22).
1, напор Н и по формуле:
К = ~ находят К.
F,,·H
Измеряют
объемным
площадь сечения монолита
19
Q
11
1
3
Рис.
13В
22.
Расчетная схема фильтрации:
почвенный монолит;
2-
слой воды на поверхности монолита;
нижний уровень фильтрующейся воды;
полевых
условиях
при
высоком
4-
Фильтрующийся расход
стоянии
грунтовых
вод
коэффициент фильтрации находят методом восстановления уровня воды в
скважине. Схема определения показана на рис.
23.
У страивают скважину глубиной Н. Откачивают воду из скважины до
уровня уо . А затем фиксируют через интервалы времени
L'I.t
уровня
скважине.
У2 ,
YI ,
Уз,
(6-7
замеров)
при
подъеме
воды
в
положение
По
полученным значениям и известным формулам определяют коэффициент
фильтрации.
Измерения
повторяют
и
находят
среднее
значение
коэффициента фильтрации.
При
глубоком
стоянии
уровня
грунтовых
вод применяют метод
инфильтрации.
В дно шурфа забивают колышек. Наполняют шурф водой по уровень
колышка. Вода начинает впитываться. Фиксируют время
L1 t
уровня
W.
на
1
см
и доливают одинаковый объем
прекращают, когда
L1 t
воды
опускания
Измерения
становится постоянным. Коэффициент фильтрации
рассчитывают по формуле:
где
F-
суммарная площадь дна и стенок щурфа.
Схема определения К методом инфильтрации показана на рис.
23.
20
Рис .
23.
Определение коэффициента филь.трации методом восстановления
уровня воды в скважине
РИС . 24 . Определение коэффициента фильтрации методом инфильтрации:
1-
колышек;
2-
слой гравия
На осушаемых землях коэффициент фильтрации можно определить
по формуле Роте .
где
н
q-
напор;
В
расстояние
между
осушителями;
удельный дренажный расход.
Расчетная схема этого метода показана на рис .
25 .
g
Рис.
25.
Расчетная схема определения коэффициента фил ьтрации по формуле Роте
Формулой можно пользоваться при близком залегании водоупорного
слоя.
21
Вопросы для самопроверки .
1. Влагообороты: мировой; локальный.
2. Водный баланс бассейна .
3. Количественная характеристика элементов водного
4. Методы измерения расхода.
5. Построение кривой обеспеченности.
6. Закон Паскаля.
7. Закон Бернулли.
8. Виды движения жидкости.
9. Методы определения коэффициента фильтрации.
I О . Закон Дарси.
баланса.
22
4. Осушение
лесных земель
Запомните термины: заболоченные земли; болото; верховое болото;
переходное
болото;
осушения ;
способ
низинное
болото;
осушения;
норма
тип
водного
осушения;
питания ;
метод
осушитель ;
дрена;
коллектор; магистральный канал; ловчий канал; нагор//ый канал
Гидромелиоративный Фонд включает площади лесных земель, на
которых целесообразно проводить осушение и орошение .
При
лесохозяйственном
производстве
осушению
в
основном
подлежат следующие категории земель : избыточно увлажненные земли
лесхозов,
паркхозов,
выращиванию
населенных
лесопарков ,
посадочного
пунктов,
парков,
материала для
земли
лесных
сельскохозяйственные
питомников
культур
и
угодья
по
озеленения
лесхозов
и
леспаркхозов.
Объектом осушения являются переувлажненные земли в условиях
высокого стояния грунтовых вод. Переувлажненные земли разделяются по
величине слоя торфа (рис.
26).
МОЩНОСТЬ слоя торфа
h = 0.0
h
меньше
0.3
h, м
h больше 0.3
б
в
а
Рис.
а
-
26.
Классификация переувлажненных земель:
минеральные ; б
2-
заболоченные земли ;
в
болота ;
-
1-
торф ;
минеральный грунт
Типы болот показаны на рис.
27 .
Тип болота определяется типом
водного питания .
Верховое
болото
минеральных веществ
4%.
-
формируется
водами
с
малым
содержанием
это атмосферные осадки . Зольность торфа меньше
Переходное болото формируется на стадии перехода от верхового к
низинному болоту. В переувлажнении участвуют
вод ы .
Низинное
бол ото
формируется
грунтовые исклоновые
грунтовыми
водами
содержанием минеральных веществ . Зольность торфа более
с
высоким
10-15%.
По строению болота подразделяются на однородные и слоистые. В
первых
-
коэффициент фильтрации по профилю постоянный, во вторых -
23
коэффициент фильтрации по слоям изменяется от
переувлажненных
земель
любых
10 до 100
категорий
раз. Осушение
полезно
в
целях
лесовыращивания. Однако резкое повышение продуктивности древостоя
после осушения достигается на болотах с зольностью торфа более
Осушение
верховых
болот,
содержащих
малые
запасы
8%.
питательных
веществ, не рационально .
I-
верховое болото ,
Осушение
При рост
2-
переходное болото,
обеспечивает
продуктивности
Целесообразность
3-
увеличение
древостоя
осушения
низинное болото
бонитета
отмечается
переходных
болот
на
2- 3
до
единицы .
80
м 3 /га.
оценивается
по
содержанию элементов питания в торфе. Переходные болота осушают при
зольности торфа более
6%.
(всп) __________~------------------~~----~---В настоящее время в России можно осушать окол о 15 млн. га болот и
заболоченных земель.
Методы
и
способы
осушения
Метод
осушения
показывает
направление изменения элемента водного баланса осушаемого участка.
В основном применяют два метода осушения .
1.
Ускорение сброса избыточных вод из активного слоя почвы в
более глубокие горизонты, путем понижения уровня грунтовых вод.
2.
Ускорение поверхностного стока.
Первый метод применяют при грунтовом и грунтово-напорном типе
водного питания . В торой метод осушения
-
при атмосферном типе
водного питания.
Способ осушения является
инженерным приемом, обеспечивающим
техническую реализацию мето д а осушения.
24
Осушение
земель
реализуется
двумя
способами
открытыми
-
каналами и закрытым дренажем.
Поверхностный
сток
ускоряют
открытыми
каналами.
Уровни
грунтовых вод понижают открытыми каналами и дренажем. Лесные земли
осушают обычно открытыми каналами.
Схема действия осушительных каналов показана на рис.
Рис.
Количество
28.
28.
Схема действия осушительных каналов
воды,
поступающее
в
каналы,
примерно
пропорционально квадрату напора Н:
q = ен2 .
Коэффициент С зависит от коэффициента фильтрации, расстояния
между каналами, глубины каналов и положения водоупора .
Уменьшение
расстояния
между
каналами
увеличивает
скорость
сброса воды. Увеличение глубин каналов увеличивает напор и скорость
сброса
избыточных
вод.
Увеличение
глубины
залегания
водоупора
увеличивает скорость сброса избыточных вод.
Грунтовая вода поступает в канал по всему смоченному периметру.
Понижение
уровня
грунтовых
вод
на
межканальном
участке
неравномерное. Оно максимальное вблизи канала, минимальное в центре .
Влияние канала обычно прослеживается на расстояние не более пяти его
глубин .
По
мере
понижения
уровня
грунтовых
вод
величина
напора
уменьшается и уменьшается расход воды, сбрасываемый осушительной
сетью.
Норма осушения
уровень
грунтовых
древостоя.
Норма
-
вод
это глубина, на которую необходимо понизить
для
осушения
создания
показана
осушения для торфяников составляет от
оптимальных
на
рис.
условий
роста
29. Величина нормы
60 см, на минеральных
40 до
80 см [1,2,3,5,8].
(всп) _____________________________________________
почвах до
Увеличение нормы осушения повышает класс бонитета. При прочих
равных условиях
возраст древостоя
влияет на глубину грунтовых вод.
Наиболее низкие уровни грунтовых вод
наблюдаются
в приспевающих
25
древостоях, более высокие
в молодняках,
-
самые высокие
-
в спелых и
перестойных лесах .
(впс) В древостоях какого возраста транспирация максимальная?
Нормы
осушения
сельскохозяйственных
культур
должны,
как
правило, достигаться к началу весенних полевых работ для возможности
ранневесенней обработки почвы и проходимости техники.
(впс) Покажите на рис.
29
величину напора.
Рис .
1Осушительная
обеспечивающий
переувлажненных
открытых
29.
система
землях.
каналов
норма осушения
инженерных
оптимального
Осушит~ьная
на
h-
комплекс
создание
сельскохозяйственных
Норма осушения:
уровень грунтовых вод;
землях
землях
система
лесхозов,
осушительная
сооружений,
водного
режима
выполняется
на
сетью
парклесхозов .
система
На
выполняется
закрытым дренажом. Закрытый дренаж используют в парках, на отдельных
участках
лесопарков,
в
питомниках
и
закрытых
культивационных
сооружениях. Возможно выполнение комбинированной осушительной сети
в
виде
сочетания
открытых
каналов
и
дрен
[3,8]
.
Сеть
каналов
осушительной системы подразделяется на следующие элементы.
1.
2.
3.
4.
Регулирующие
-
осушители.
Транспортирующие
Ограждающие
-
-
собиратели, магистральные каналы.
нагорные и ловчие каналы.
Оградительные (защитные)
-
каналы, защищающие прилегающие
территории от действия осушительной системы.
Осушители обеспечивают перехват поверхностных вод и понижение
уровня грунтовых вод. Собиратели принимают воду из осушителей и
транспортируют в магистральный канал . Магистральный канал принимает
воду из собирателей и транспортирует ее за пределы осушаемого участка.
Водоприемники
реки,
балки,
водохранилища
принимают
сбрасываемую избыточную воду. План осушительной сети показан на рис.
30.
(всп)
___________________________________________
26
Размещение
квартала
сети
в
плане.
под острым углом
к
Осушители
горизонталям.
располагают
в
пределах
Осушитель примыкает к
собирателю под углом от 60 до 900.
Собиратели
минимальные
размещают
отметки
на
по
квартальным
площади
квартала.
просекам,
Собиратели
имеющим
впадают
в
магистральный канал под углом от 60 до 800. При прямо м угле
пересечения осей собирателя и магистрального канала делают скругление
устьевой части собирателя.
Магистральный
канал
проводят
по
наиболее
низким
отметкам
осушаемого участка , обычно по тальвегам, лощинам и балкам. Его длина
должна быть минимальная и ось близка к прямой .
(впс)
Где на осушительной системе находится створ с наименьшей
отметкой дна канала?
.
Длина транспортирующих собирателей и осушителей изменяется от
200 до 1500 м [3 , 8] .
Определение расстояния между осушителями . Величина
расстояния
между каналами во многом определяет эффективность осушения .
Малые
расстояния
могут
обеспечить
максимальный
прирост
продуктивности древостоя, но экономически будут нерентабельны из-за
увел ичения объема и стоимости работ по строительству системы.
Кроме того, одну и туже норму осушения можно получить при
разном сочетании расстояний между каналами и их глубиной .
(всп)
___________________________________________
Существуют следующие
методы определения расстояния между
осушителями.
1.
Гидрологический метод
-
базируется на установлении глубины и
расстояния между каналами, которые обеспечивают заданную скорость и
глубину
понижения
уровня
грунтовых
вод
за
определенное
время.
Предложено много формул Аверьяновым, Ведерниковым, Писарьковым и
др .
Общий вид формул:
В =j(к,н,t. е. h, б , Ь,т),
где
к
-
расчетный период
коэффициент
[; t -
фильтрации;
Н
средний
продолжительность расчетного периода;
осадков, выпавший за период
(;
е
испарение за время
-
водоотдача активного слоя грунта; Ь
-
[;
напор
h-
за
объем
б-удельная
ширина канала по дну; Т - глубина
залегания водоупора.
2.
Лесоводственный метод осушествляют согласно схеме на рис.
Рядом с осушителем и на расстояниях
31.
1, I z .lзразбивают пробные плошадки.
Фиксируют изменение бонитета древостоя на пробных площадках .
За расстояние между осушителями В принимают удвоенное удаление
той площадки, на которой класс бонитета изменяется на единицу :
27
в =
2 ·Z ,
3 . Технико-экономическиЙ метод устанавливает величину расстояния
по максимальной рентабельности от осушения
4.
Комплексный
рассмотренных
делают
прогноз
метод
методов.
заключается
Гидрологический
ожидаемого
[4].
в
и
класса бонитета
комбинации
всех
лесоводственный
в зависимости
выше
методы
от норм
осушения территории, а технико-экономический выявляет наибольший
экономический эффект от осушения.
Рис. 30. План осушительной системы с сетью открытых каналов:
1 - водоприемник; 2 -- магистральный канал; 3 - транспортирующий собиратель ;
4 - осушитель; 5 - нагорный канал ; б - ограждающий канал ; 7 - мост;
8 - противопожарный водоем; 9 - трубопереезд; 1О - шлюз-регулятор; 11 зверопроход;
12 - илоуловитель ; 13 - дорога; 14 - квартальная просека
28
Расстояния между осушителями в зависимости от групп и типов
леса, мощности слоя торфа, подстилающего грунт, типа водного питания
изменяются от
проектных
100
до
250
проработках
м . Расстояние между осушителями В пр при
необходимо
принимать по
используя
[3],
формулу
где
В баз
базовое
расстояние
определяется по таблице, приведенной
таблице
Здесь
1.
между
[3] . Часть
осушителями .
Оно
этой таблицы по казана в
приводится базовое расстояние, на основе которого
рассчитывают расстояние для конкретного региона и участка мелиорации
в
соответствии
с
гидрологическими
коэффициент,
его
почвенно-грунтовыми,
условиями .
учитывающий
К зон
глубину
коэффициентов также при водятся в
лесорастительными
зональный
-
коэффициент.
осушителей.
Кос
Величины
и
-
этих
[3].
Таблица
1
Расстояния между осушителями базового варианта
(Кос =
1.00) при установившейся
глубине
1.0 м.
по
[31
Расстояние между
Группа типов леса
и условий место
-
осушителями по
Глубина торфа, м
Подстилающий
критерию
грунт
максимума, м
произрастания
рента-
продук
бель-
-тив-
ности
ности
Низинный (евтрофный) тип заболачивания
0.6 -1.0
Черноольшанники
болотно-травные
(С 4 - 5 -
J4 )
Суглинки
190
Супеси и пески мел-
220
козернистые
(осоковые и
таволговые
крупнозернистые
более
1.0
0.3 - 0.6
Сосняки , ельники,
Торф
Суглинки
Супеси и пески мел-
кедровники , лист-
венничники
240
Пески средне- и
и сме-
240
130
145
65
75
160
80
козернистые
шанные
Пески средне- и
насаждения ,
крупнозернистые
болотно-тоавные
(всп),
При
____________________________________________
осушении
сельскохозяйственных
значительно меньше . Они изменяются
от
20
земель
до
90
эти
расстояния
м. Причем открытые
каналы применяют только дл я осушения луго в .
Проектирование осушительной сети в вертикальной плоскости.
Минимальная установившаяся
пределах
0.8 -
1.0
м.
С
учетом
глубина осушителей изменяется
осадки
торфа
проектная
в
глубина
29
осушителей изменяется от
до
0.9
м. Уклон дна регулирующих каналов
1.3
должен быть близким к уклону поверхности земли, но не
менее
0.0003.
0.02 - на
Максимальная допустимая величина уклона дна осушителей
морене при малых площадях водосбора. Дно каждого младшего канала
сопрягается с уровнем меженного горизонта воды старшего канала
.
.tz
1
--,
-,
г
I
I
1" -,
I ., I
I
V:
Jii
д;
r-~/L~~
I
I
I .,- I
Ll...J
Класс бонитета
Рис.
31.
Схема определения расстояния между осушителями при
лесоводственномметоде
Для
гидравлически
не
рассчитываемых
транспортирующих
собирателей
составляет
м, а для магистрального канала
0.05 - 0.15
перепад
осушителей
между
отметками
0.1 0- 0.25
м
их
и
дна
[5].
(всп) ______________~~------------------------Гидрологические расчеты. Гидрологическими расчетами определяют
расчетные
и
поверочные
сооружениях.
расходы
Поперечные
воды
размеры
сооружений определяют по расчетным
в
водоприемниках,
каналов,
каналах
водоприемников
и
и
расходам с учетом допустимой
глубины их наполнения .
у стойчивость русел каналов против размыва и заиления, вероятность
затопления
территории,
сооружений,
дренажных
систем
оценивают
по
поверочным расходам.
При
проектировании
осушительных
систем
лесных
земель
гидрологические расчеты про водятся для следующих периодов стока.
1.
2.
3.
Весеннего половодья
Летне-осенних паводков
Меженного периода.
Вероятность превышения (обеспеченность) расчетных и поверочных
расходов
указанных
хозяйственного
периодов
значения
естественного травостоя
25%
обеспеченности .
паводков
25%
(впс)
и
для
каналов
при
и
осушении
принимают
водоприемников
лугов
с
в
лесах
сохранением
на про пуск летне-осенних паводков
Каналы на размыв проверяют на пропуск весенних
обеспеченности.
Почему
среднемноголетние
в
качестве
значения,
расчетных
а
расходов
заданной
применяют
не
обеспеченности?
30
В зеленых зонах городов и при осушении окультуренных пастбищ
дренажем
каналы
и
водоприемники
летне-осенних паводков
рассчитывают
на
про пуск
обеспеченности, а устойчивость русел на
10%
25%
размыв проверяют на про пуск весенних паводков
обеспеченности.
Водоприемники и каналы в лесопарках рассчитывают на про пуск
весенних паводков
обеспеченности и проверяют на размыв при этих
25%
же паводках.
(всп)
___________________________________________
Сооружения на каналах сети осушительной системы рассчитывают
на
пропуск
весенних
паводков
обеспеченности.
25%
Поверка
этих
сооружений выполняется при пропуске расходов на уровне бровки канала,
но не более расходов весенних паводков
обеспеченности.
5%
При отсутствии многолетних данных наблюдений по расходам в
расчетном створе используют формулы
характеристик по СНиП
для расчета гидрологических
2.01.14-83 [4].
Гидравлические расчеты. Гидравлическими расчетами определяют
размеры
поперечных сечений водоприемников,
про веря ют их устойчивость на
горизонтов
воды
в
каналах
и
каналов,
сооружений
и
размыв и заиление . Увязка расчетных
водоприемниках,
условия
вертикального
сопряжения элементов осушительной сети, также, выполняют посредством
гидравлических расчетов.
Расчетная
глубина
наполнения
каналов
в
парковой
пропуске расходов весеннего половодья принимается на
зоне
0.4 - 0.5
м
при
ниже
бровки каналов на рабочих участках. В лесах хозяйственного значения при
пропуске
летне-осенних
паводков
уровень
воды
в
канале
принимается
ниже бровки на
0.4 - 0.5 м.
(всп) __________________________~--------------
Проводящие
каналы
рассчитывают
по
формуле
равномерного
движения воды Шези. Обычно принимают трапецеидальное поперечное
сечение канала. Расчет выполняет в небсколько этапов.
На первом этапе
задают коэффициент заложения откосов канала . Он изменяется от
осушителей
в
глинах
до
3.0
для
водоприемников
в
0.75
для
мелкозернистых
грунтах. Снимают с продольного профиля глубину и уклон дна канала . С
учетом запаса от бровки до уровня воды определяют глубину воды в
канале.
Задают коэффициент гидравлической
шероховатости,
который
зависит от расхода, характеристики грунта ложа канала. Он изменяется от
0.012
для каналов с облицовкой до
0.040
для естественных водотоков с
камнями в русле. Далее принимают ширину канала по дну в
0.4
м.
Определяют расход первого этапа и сравнивают его с расчетным. Если
расход первого этапа меньше расчетного, то увеличивают ширину канала
по дну и расчет повторяют. Расчеты заканчивают, если расход этапа будет
отличаться
от
расчетного
расхода
менее
чем
на
5%.
Гидравлические
31
расчеты можно выполнять на ЭВМ . Все необходимые данные для расчета
приводятся в
[2, 3].
(впс) Что определяют в гидравлическом расчете канала при про пуске
мехенного расхода?
Дренаж.
Осушение
лесных
приусадебных участков, лесхозов
земель
осушествляют
питомников,
парков,
скверов,
и лесничеств, сельскохозяйственных
дренажем.
Дрена
-
это
переформированный
трубопровод, уложенный с уклоном в грунте . Дренажная сеть включает
следующие основные элементы.
1.
2.
3.
4.
Регулирующие
-
дрены
Транспортирующие
Ограждающие
Оградительные
Элементы
-
коллекторы, магистральные каналы
ограждающие дрены
-
дренажной
оградительные дрены .
сети
выполняют
те
же
функции ,
что
и
элементы открытой сети каналов.
План
дренажной
осушительной
системы
показан
на
Междренное расстояние в гумидной зоне России принимают от
Дренажные
линии
устраивают
бетонных , асбестобетонных трубок .
из
гончарных,
рис. 32.
1О до 30 м.
пластмассовых,
Проводящие полости изготавливают
из досок, фашин, жердей, крупного камня. Кротовые дре ны устраивают в
виде полостей в слое осушаемого грунта . Наиболее распространенный
дренаж
-
гончарный и пластмассовый .
I/fq
Рис.
15-
32. План дренажной осушительной системы :
2 - коллектор ; 3 - дренажный колодец; 4 - устье;
6 - дорога; 7 - линия электропередач ; В - расстояние между
дрена ;
водоприемник ;
дренамн
32
r ончарный дренаж длина
70
- 333
керамические трубки диаметром от
мм . Пластмассовые перфорированные трубки
м гладкостенные или гофрированные
-
диаметром от
-
42 до
В местах изменения диаметра трубок коллектора, через
5 до 20 см,
50 125 мм.
250 - 400 м.
длиной
устраивают дренажный колодец . Дренажный смотровой колодец показан
на рис.
33.
Рис.
33. Дренажный смотровой колодец:
1- дрена ; 2 - коллектор
На следующих рисунках показаны дрены из различных материалов .
б
а
Рис .
34. Дрены:
а
-
керамические трубы ; б
-
поли ~ерные трубы
33
Рис.
Доска
15-25
35.
трубчатых дрен из досок от
Срок
Срок
Дрены: а
мм, ширина
-
из жердей ; б
-
из досок
10-15см, доски длиной 3-5м
Уклоны
0,05 Длина дрен не более 200 - 250м.
службы в минеральных грунтах 12 - 15 лет, в торфяных до 50 лет.
Уклон дрен из жердей 0,003 - 0,005, глубина заложения 1,1 -1,2 м.
службы в торфяниках до 20 лет.
0,001
до
фашины
Рис.
Фашина диаметром
диаметром
3-5 см.
36.
15 - 30
Фашинный дренаж
см, длиной до
Уклон фашинного дренажа более
Рис .
37.
Каменный дренаж
100
200
0,003.
м. Хворост
34
Уклон дренажа более
0,005.
Размер камня от
3 до 10 см .
Рис. 38. Дренаж: а - крото~ый ; б - щелевой
Диаметр кротовых дрен на минеральных грунтах изменяется от 8 до
10 см, на торфяных - 15 - 20 см. Расстояние между дренами составляет 21О м на минеральных и 5 - 20 м на торфяных. Срок действия 3-4 года .
Специальные способы осушения. Подъем поверхности земли показан
на рис.
39.
Рис.
39.
Подъем поверхности земли
Устраивают чеки площадью
500-1000 м
2
•
В чеки подают воду с
высоким содержанием твердых фракций . Вода сбрасывается, а твердые
фракции оседают на дно чека.
Осушение
подтапливаемых
с
машинным
участках,
где
водоподъемом
отсутствует
выполняют
возможность
на
самотечного
сброса дренажных вод в водоприемник. План осушительной системы с
машинным водоподъемом показан на рис.
Вертикальный
дренаж.
На
устраивают скважины глубиной до
500 - 1000
40.
хорошо
100
водопроницаемых
м , диаметром до
1 м,
грунтах
на расстоянии
м друг от друга. Он применяется в основном на орошаемых
землях.
дренаж
в
садово-парковом
хозяйстве .
Дрены
в
садах
и
парках
размещают с учетом посадок древесно-кустарниковой растительности. Не
35
допустимы
коллекторов
и
древесно-кустарниковой растительности . На рис .
пересечения
трассами
41
дрен
рядов
посадок
показаны допустимые
расстояния между посадками растений и дренажными линиями. Участок
коллектора,
который
пересекает
растительности, гидроизолируют.
посадки
древесно-кустарниковой
Размеры водонепроницаемого участка
коллектора показаны на рис .
(всп)
42.
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _
Дренаж
спортивных
интенсивностью
площадок
дренирования.
В
выполняют
качестве
с
повышенной
траншейной
засыпки
использу ют гравийно-песчаные материалы.
Рис .
40. План осушительной системы с машинным подъемом:
1 - дамба ; 2 - насосная станция; 3 - шлюз;
4 - нагорно-ловчие каналы; 5 - дренажная сеть ;
6 - водоприемник
Рис.
41. План размещения дренажных линий в садах и парках:
1 - древесные культуры; 2 - плодовые деревья;
3 - дренажные линии; 4 - кустарник
36
Коллектора закольцовывают. Дрены подключают к коллекторам с
обоих концов . План
рис .
дренажа
спортивной
площадки
показан
на
45.
(впс) Зачем закольцовывают коллектор на спортивной площадке?
На
территории
кладбища
дренажные
линии
размещают
дорожек между рядами могил. Глубина заложения дрен
-
вдоль
ниже отметок
дна могилы .
Рис.
42.
Конструкция коллектора при пересечении рядов древесно­
кустарниковой растительности:
1 - водонепроницаемый участок коллектора;
2 - ряд древесно-кустарниковых посадок
Для защиты дренажных трубок от зарастания корнями растений
применяют специальные виды дренажа: перекрестный (рис .
(рис .
43).
двойной
44).
CJV D9 tw
b~
0[0 0~
u
QdZN Ov:Jо'
0'0 ~ LtJ
1/
дрены
Рис.
43.
План перекрестного дренажа
D<=--l
37
внешняя дрена
Рис.
(всп)
44.
Конструкция двойного дренажа
___________________________________________
Переувлажнение пойменных земель часто вызывают высокие уровни
воды в реке. Для защиты поймы применяют береговую дрену. Схема
действия береговой дрены показана на рис .
46 .
2
Рис .
45. Пл ан дренажа спортивных площадок:
I - дрена ; 2 - коллектор
Рис.
46.
I-
План и профиль берегового дре нажа:
дрена ;
2-
река ;
3-
уровень грунтовых вод
38
Для
дренирования
фундаментов
зданий
в
парках
и
лесопарках
устраивают кольцевой дренаж. Конструкция кольцевого дренажа показана
на рис .
47.
Рис.
1-
47.
Конструкция кольцевого дренажа:
ф ундамент здания ;
2-
дрена;
3-
дренажный фильтр
дренажные фильтры. Эффективность работы дренажа во многом
определяется
дренажным
фильтром
и
грунтом
траншейной
засыпки.
Дренажный фильтр задерживает мелкие фракции грунта и защищает дрену
от
заиления.
Наиболее
распространены
дренажные
фильтры
из
синтетических волокон в виде стекловаты, стеклохолста, стеклосеток.
Пластмассовые
дренажные
полимерного
фильтра.
отложениями
окиси
добавками древесных
Для
железа
трубы
поставляют
предотвращения
используют
опилок.
в
фильтры,
За рубежом
оболочке
засорения
из
фильтра
выполненные
применяют фильтры
с
из
кокосового волокна .
(всп)
___________________________________________
Организация
строительства
осушительной
системы.
Технология
строительства включает следующие операции.
1.
2.
Устройство подъездных путей к объекту:
Трассоподготовительные работы:
2.] . Разбивка трасс про водящих каналов
2.2. Вырубка древостоя по трассам каналов ;
2.3. Уборка древесины, кустарников, корчевка
3.
4.
5.
6.
пней;
Регулирование водоприемника
Устройство каналов
Устройство дорог вдоль каналов
Устройство
гидротехнических
сооружений:
противопожарных
водоёмов, мостов, трубопроводов , устройство крепления каналов.
39
(впс)
Почему
строительные
работы
начинают
с
устройства
подъездных путей?
Все
работы
строительства
по
по
строительству
условиям
категории: легкие, удельное давление
тяжелые
-
до
При
25
механизированы.
проходимости
50
механизмов
Объекты
разделяют на
и более кПа, средние
-
до
35
3
кПа,
кПа.
легких
условиях
допустимо
применении
всех
машин
и
механизмов. При средних и тяжелых условиях используют тракторы и
механизмы болотной модификации с уширенными гусеницами .
Тракторы: Т-30Б, Т-100МБГС, ДТ-75Б .
Экскаваторы : Э-304В, Э-2Б13, ТЭ-3М.
Каналокопатели: ПКЛН-500А, МКН-600, КФН-1200А, МК-1,8Г,
Корчеватели: ДП-25, Д-695А, ДП-8
Кусторезы: МГП-43Х, КБ-4А .
Трассоподготовительные работы:
Ширина разрубки трасс определяется в соответствии со схемой на
рис.
48.
где
В,
-
ширина бермы от верхового откоса канала до стены леса;
В,=1-2 м; В К -
ширина канала по верху; В 2 -
каналом и дорогой; В 2 =1-4 м; В
менее
-
ширина бермы между
ширина полотна дороги или отвала не
5 м.
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __
составляет от 9 до 13 м при устройстве
осушителей. При устройстве собирателей она изменяется от 1О до 15 м и
магистральных каналов от 15 до 20 м.
(всп)
В среднем ширина трассы
При
подготовке трасс
используют лесосводные
МГП-43, или корчуют корчевателями Д-695А и Д-531А.
Рис.
48.
Схема разрубки трассы канала
машины ЭСЛ-4,
40
Регулирование водоприемника в основном направлено на снижение
уровня
воды ,
путем
понижения
гидравлического
уклона
водотока
и
увеличение площади живого сечения . Дл я рек ручьев , старых каналов
применяют
спрямление
русла,
расчистку
русла
реки
от
растительных
наносов и т.д.
Необходимый минимальный уклон определяют по формуле
и'
C- R
i шiп =, -·
Величина и =
0,3-0,5 м /с
По условиям
должен быть более
Если
в меженный
неразмываемости
IО В,
где В
высокие
-
поворота водотока
ширина русла по урезу воды.
уровни
воды
гидротехническими
сооружениями:
трубопереездами
выполняют
-
период.
русла радиус
в
водоприемнике
плотинами,
мероприятия
вызваны
мостами,
по
шлюзами,
реконструкции
этих
сооружений.
у стройство
каналов
и
типа
КНФ
каналокопателями
машинами типа МК-I
дорог.
Осушители
1200А,
-
нарезают
собиратели
фрезерными
прицепными
-
а также применяют экскаваторы с профильными и
,8,
прямоугольными ковшами.
Магистральные
устраивают
каналы
магистральный
отрывают
канал,
затем
экскаваторами.
собиратели
и
в
Вначале
последнюю
очередь осушители . Русло канала начинают с устьевой части . Вынутый
грунт укладывают в кавальер, который разравнивают под полотно дороги .
Одновременно
с
устройством
каналов
отрывают
котлованы
под
гидросооружения. Применяют экскаваторы : ТЭ-3М , Э-304Б, Э-302Б .
(всп)
____________________________~-----------
Техника без опасности при произ водственных работах.
В проектах по трассам каналов должны быть указаны опасные места:
окна, трясины, зыбуны и т.п.
Производство работ в местах бывших
военных действий согласуют с военными комиссариатами, согласуются
технические
требования
производственных
работ
в
зоне
линий
электропередач.
При валке деревьев к машине запрещается подходить ближе
20
м.
Перед началом работы и движения необходимо подать звуковой сигнал.
На болотах со слоем торфа более
Запрещается работать ближе
20
2
м экскаватор размещают на сланях.
м от складов с горючим. На рабочем месте
э кскаваторщика должна быть аптечка.
ЭФфективность
лесном
хозяйстве
-
общехозяйственную
Общехозяйственная
осушения .
повышение
и
Основная
задача
осушения
продуктивности древостоя.
лесоводственную
эффективность
эффективность
характеризуется
земель
в
Различают
осушения.
улучшением
41
условий ведения лесного хозяйства, дорожного строительства, рекреации,
а также обогащением флоры и фауны.
Лесоводственная
повышением
эффективность
продуктивности
улучшаются
условия
естественного
роста
возобновления
характеризуется,
лесных
земель.
На
существующего
леса,
прежде
древостоя,
происходит
всего,
осушаемых
замена
землях
условия
малоценных
древостоев молодыми.
(впс) За счет чего на осушаемых землях повышается продуктивность
древостоя . ?
Лесоводственная
переходных
болотах
эффективность
с
зольностью
максимальная
торфа
более
на
низменных
6 %
и
и
высоким
содержанием питательных веществ. Класс бонитета здесь увеличивается
на
2
единицы. Для северных территорий, где недостаток тепла, прирост от
осушения меньше
На
[9] .
заболоченных
неудовлетворительное .
землях
естественное
Отмечается
возобновление
загнивание
семян
и
леса
вымокание
всходов. Мхи также подавляют рост всходов .
Осушение
ускоряет
возобновление
леса.
Наиболее
четко
это
проявляется на низинных и переходных болотах.
Прогноз лесоводственной эффективности осушения .
Все осушенные участки подразделяют на четыре группы.
1
группа
-
после осушения здесь можно выращивать древостои
I-H
классов бонитета
2
группа
Объекты
- обеспечивает рост древостоев Н-Ш классов бонитета.
4 группы осушаются в целях предупреждения вторичного
заболачивания или для улучшения условий лесовосстановления.
Для определения класса бонитета на осушенных землях определяют
высоту
древостоя
в
момент
осушения
и
во
время
таксации
и
далее
по
таблицам определяют класс бонитета .
Повышение
эфФективности
осушения.
До
осушения
вырубают
спелые и переспелые древостои с запасом ликвидной древесины 40 м 3 /га. В
3
разновозрастном древостое с запасом менее 40 м /га вырубают старые
деревья с последующим возобновлением за счет прироста.
На осушенном в 1841 г. болоте
древостоя достигает 500-600 м 3 /га.
Лесокультурное
устройством
освоение
осушительной
Суланда по данным
осушенных
сети,
земель
обработкой
[1]
запас
осуществляют
почвы,
отсыпкой
микроповышениЙ . Для посева и посадки культур устраивают борозды
глубиной
35-40
см
через
4
м.
Вопросы
повышения
осушения лесных земел ь подробно рассмотрены в
Эксплуатация
обеспечивать
осушительных
проектный
режим
систем.
влажности
эффективности
[9] .
Эксплуатация
почв
осушенного
должна
участка.
Служба эксплуатации осуществляет надзор за состоянием всех элементов
42
осушительной системы, составляет и ведет мелиоративный кадастр. Она
проводит текущие, аварийные, капитальные ремонты и уходы: очищаются
и ремонтируются каналы, трубопереезды, шлюзы-регуляторы. Аварийный
ремонт выполняют для ликвидации сильных разрушений. Капитальный
ремонт
через
-
лет эксплуатации системы. Текущий ремонт
15 - 20
ежегодно.
(всп)~
(впс)
________________________________________
Какие
животные
могут
вывести
из
строя
осушительную
систему?
Изыскания при проектировании осушительных систем. Изыскания
выполняют в два этапа. Первый этап включает общие мелиоративные
исследования
обоснования
и
изыскания
(ТЭО)
для
составления
различных
схем
площадь переувлажненных земель ,
технико-экономического
осушения.
оцениваются
Здесь
определяется
материальные, трудовые
и денежные ресурсы, рассчитывается эффективность осушения.
Схема осушения составляется
документации:
материалов
справочников,
СНиПов,
на основе анализа существующей
лесоустройства,
агроклиматических
материалов
землеустройства ,
геоморфологических и геоботанических карт .
На
15%
осушения
площади проводятся натурные обследования. Из площади
исключают
удалены
от
водоприемника
заболоченные участки площадью менее
недревесной
сбора
продукции,
и
мелкоконтурные
га, площади, выделенные для
50
участки
для
сельскохозяйственного
использования .
(всп)
_________________________________________
На
втором
этапе
выполняют
изыскания
(технорабочего)
проектирования.
Они
геодезические,
лесоводственно-мелиоративные,
для
технического
топографо-
включают:
гидрологические,
гидрогеологические, почвенно-геологические изыскания.
Гидрологические,
гидрогеологические,
почвенно-геологические
изыскания дают данные по составляющим водного баланса осушаемого
участка , водно-физическим и химическим показателям почв и грунтов.
Топографо-геодезические изыскания дают планы с горизонталями,
схемы
расположения
нивелирных
ходов
с
указанием
временных
и
постоянных реперов.
(впс)
Что
показано
на
плане
осушаемого
Лесоводственно-мелиоративные
и з ыскания
участка
в
проектной
документации?
положение
гидромелиоративного
фонда.
Они
таксационных материалов лесоустройства .
Вопросы для самопроверки
1.
2.
Типы болот.
Типы водного питания.
уточняют
выполняются
плановое
на
основе
43
3. Методы и способы осушения.
4. Норма и степень осушения .
5. Основные элементы осушительной системы .
6. Проектирование осушительной сети в плане .
7. Проектирование осушительной сети в вертикальной плоскости.
8. Методы установления расстояния между осушителями .
9. Основные элементы дренажной системы .
10. Конструкция дренажа.
] 1. Повышение эффективности осушения лесных земель.
12. Влияние осушения на недревесную продукцию леса.
13. Из ыскания для проектирования осушения.
14. Специальные способы осушения .
15. Организация строительства осушительной системы.
16. Гидромелиоративный фонд, категории осушаемых земель.
17. Эксплуатация осушительных систем.
18 .. Изыскания при проектировании осушительных систем .
44
5.
Оросительные
Орошение
мелиорации
сельскохозяйственных
земель,
включают
а
также
обеспечивающее потребности в воде
орошение
лесных
обводнение
и
территорий,
промышленных и хозяйственных
организаций.
Источники воды: поверхностные и подземные воды.
Поверхностные воды: озера; большие и малые реки; местный сток
сток
-
небольших речек; ручьев; временных водотоков в период весеннего
половодья и летне-осенних паводков, который собирается в прудах
и
лиманах.
Бесплотинные водозаборы на крупных реках оборудуют насосной
станцией или
часть
водоотводящими
потока
воды
Использование
в
сооружениями,
магистральный
водоотводящих
уровнях и расходах воды
канал
сооружений
которые
направляют
оросительной
возможно
системы.
при
высоких
в поливной период. При низких уровнях воды
применяют насосную станцию.
Плотинный
водозабор
включает
устройство
плотины,
которая
поднимает уровень и запасы воды в водохранилище.
Воды местного стока собирают в пруды и лиманы. При устройстве
прудов применяют грунтовые (земляные) плотины. Их размещают поперек
временных
водотоков
в
балках,
прекративших рост оврагах.
лощинах,
ручьях,
маленьких
рек,
В комплекс гидротехнических сооружений
пруда помимо плотины входят: водосброс, водоспуск, водовыпуск.
гидротехнических сооружений пруда по казан на рис.
(всп)
План
49.
_ _ _ _ _ _ _ _-=-___________---,
схема водного баланса пруда показана на рис. 50.
Расчетная
Уравнение водного баланса за год при полном использовании полезного
объема Wпо включает следующие элементы.
(впс) Впишите пропущенные наименования элементов.
Wнпу
+ Wсб + Ос + С -
И
-
М
-
Фпл
-
Фосн
-
Флож = О,
где
Wнпу
Wсб
-
объем воды при нормальном подпорном уровне (НПУ);
объем воды сброшенной через водосброс; Ос
-
водосбора; И
-
испарение с водной поверхности; М
орошение и хозяйственные нужды;
плотины; Фосн
-
;с-
сток с
водозабор на
Фпл
- фильтрация через тело
; Флож - фильтрация в ложе
-
пруда.
Из
уравнения
составляет
WYMO -
водного
баланса
находят
Wнпу.
Часть
Wнпу
объем воды при уровне мертвого объема (УМ О) . Его
величина зависит от санитарных и хозяйственных условий. Глубина воды
при ума должна составлять не менее
2,5 - 3 м.
45
49. План гидротехнических сооружений пруда:
2 - ось створа плотины ; 3 - трасса водосброса; 4 - трасса
5 - водоспуск; 6 - русло временного водотока; 7 - ОСЬ лощины
Рис
1-
плотина;
водовыпуска;
Основные параметры грунтовой плотины представлены на рис.
Ее поперечный профиль выполняют в виде трапеции. В
51.
основании
плотины снимают растительный слой, рыхлые грунты, торф.
Створ
плотины,
который
совпадает
с
ее
продольной
осью,
размещают в наиболее узкой части понижения рельефа. В основании
плотины
и
ложа
пруда
желательно
иметь
прочные
стабильные
минеральные грунты с низкой водопроницаемостью.
50. Расчетная схема водного баланса пруда:
3 - осадки; 4 - испарение; 5 - сток с
водосбора; 6 - ложе пруда; 7 - фильтрация через тело плотины; 8 - фильтрация под
основанием плотины ; 9 - фильтрация в ложе пруда; 1О - забор воды на орошение и
хозяйственные нужды; 11 - сброс воды через водосброс
Рис.
1-
плотина;
2-
основание плотины;
46
Рис.
51. Основные параметры грунтовой плотины:
2 - основание; 3 - низовой откос; 4 - верховой откос ; 5 крепление откоса ; 6 - гребень плотины ; 7 - растительный слой; V ГП - отметка гребня ;
VФП У - отметка форсированного подпорного уровня; v нпу - отметка нормального
подпорного уровня ; "'УМО - отметка уровня мертвого объема; VОП - отметка основания
1-
тел о плотины ;
плотины
Поперечный профиль плотины
до
от
-
трапецеидальный. Высота плотины
J 5 м, заложение откосов по СНиП 2.06.05-84 [6]
J.5
дО
Ширина гребня плотины принимается от
3.0.
3
изменяется
до
6
м . Тело
плотины отсыпают из суглинистых гру нтов послойно С уплотнением . Для
снижения
фильтрации
устраивают ядро,
основанием
через
э кран .
плотины
тело
Для
плотины
снижения
размещают
Противофильтрационные детали
зуб,
в
ложе
экранов
из
ее
центральной
замок,
конструкции
глины , полимерных пленок , асфальтобетона .
устройство
в
фильтрационного
полимерной
цементную
плотины
части
потока
под
завесу.
выполняют
из
Уплотнением ложа пруда,
пленки,
глины
снижает
фильтрацию.
(всп)
__________________________________________
(впс) На какую составляющую баланса пруда влияет уплотнение
грун тов тела плотины?
Огметку гребня плотины 'v' ГП определяют по уравнению
'v' ГП = 'v'НПУ + Нв +hH + hB + а,
гд е
Нв
-
напор на пороге водослива головной части водосброса
при про пуске расчетного расхода весеннего половодья;
ветрового нагона волны;
а
hH -
высота
высота наката волны;
hB -
- конструктивный запас . 'v'НПУ + Нв = VФПУ. hH, hB находят по
эмпирическим формулам.
Трассу
Головную
водосброса
часть
размечают
выполняют
в
виде
на
откосе
водослива
понижения
с
широким
рельефа .
порогом.
Отметка порога совпадает с отметкой НПУ. Транспортирующую часть
водос л ива выполняют в виде канала в з емляном русле. Его поперечное
сечение
-
трапецеидальное.
Водосброс рассчитывают на пропуск расхода
весеннего половодья расчетной обеспеченности
3 - 5%.
47
Подземные воды, залегают в водоносных грунтах на водоупорном
горизонте. Схема залегания и добычи подземных вод показана на рис.
Рис.
52.
Схема залегания и добычи подземных вод:
водоупорные горизонты;
1-
без напорных грунтовых вод ;
артезианских вод;
Каптажное
46-
сооружение
2-
Рис.
дрена;
2-
53.
водоносные горизонты;
3 - уровень
5 - фонтан
поток напорных грунтовых вод;
колодец ;
7-
собирает
каптажного сооружения показана на рис.
1-
52.
скважина ;
8-
родник
родниковую
воду.
53.
Схема каптажного сооружения:
водосборный бассейн;
3-
уровень грунтовых вод
Схема
48
(всП)_____________________________________________
(впс) Чем колодец отличается от скважины?
Орошение земель. В лесном хозяйстве орошают питомники, сады,
сельскохозяйственные культуры и полезащитные полосы .
Основные
показаны на рис.
элементы
оросительной
системы
с
сетью
каналов
54.
54. Основные элементы оросительной системы с сетью каналов:
1 - водоисточник; 2 - водозабор; 3 - магистральный канал;
4 - севооборотные оросители; 5 - оросители ; 6 - выводные борозды;
7 - поливные борозды; 8 - концевые водосбросы ; 9 - каналы водосбросной сети;
1О - дренажная сеть ; 11 - нагорный канал; 12 - аварийный сброс; 13 - дорожная сеть;
14 - гндротехнические сооружения; 15 - электросеть
Рис.
49
Открытую
земляном
оросительную
ложе
или
асфальтобетона и
сеть
выполняют
с
облицовкой
каналов
в
виде
из
каналов
в
железобетона,
других материалов . К открытой сети относятся лотки,
установленные на грунт
или опоры .
Закрытую
сеть
представляют
трубопроводы: бетонные , асбоцементные, пластмассовые и металлические
(чугунные, стальные и алюминиевые).
Водозабор
обеспечивает
Распределительная
распределители;
оросители
сеть:
внутрихозяйственные
транспортирует
временные
подачу воды
магистральный
оросители;
воду
к
гибкие
в
оросительную
канал;
распределители,
участку
орошения.
трубопроводы;
систему.
межхозяйственные
севооборотные
Поливная
выводные
сеть :
борозды,
поливные борозды распределяет воду по орошаемому участку .
Водосбросная
сеть
обеспечивает
сброс
воды
из
постоянно
действуюших каналов при остановке полива. Дренажная сеть препятствует
подъему
уровня
грунтовых
вод
и
засолению
орошаемого
участка.
Гидротехнические сооружения обеспечивают регулирование расходов и
напоров
воды,
измерение
этих
величин .
Электросеть
снабжает
электроэнергией насосное оборудование и механизмы маневрированием
затворов и задвижек.
(всп)
(впс)
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __
Зачем
на
водозаборе
устанавливают
насосную
станцию?
Способы орошения . Поверхностное самотёчное орошение . В мире
этим способом поливают более
85%
орошаемых площадей. Схема полива
по бороздам и полосам показана на рис.
55.
---,
I
I
Q,7h1
. 1.
I,Чм,
I
I
I
~4:
2
Рис.
а-по бороздам; б
поливная борозда ;
I
3
~
1
I
б
а
2-
I
3-
-
55.
Схема полива:
по полосам ;
1-
поливная полоса ;
выводная борозда;
4-
разделительный валик
50
Глубина борозд от
0,5 -
О ,б м
0,8 - 1,2
м
12 до 25
см. Расстояние между бороздами:
- супесчаные почвы;
- тяжелые суглинки и
О,б
Длина борозд изменяется от
до
2
О
-
,8
м
среднесуглинистые почвы;
-
глины
75
до
400
м.
Расход воды от
0,04
л/с.
Запомните
термины:
каптаж;
сква.жина;
колодец;
водозабор;
магистральный канал ; межхозяйственные распределители; ороситель;
поливная борозда; поливная полоса; режим орошения ; поливная норма;
оросительная норма; гидромодуль ; лиман.
Синхронно-импульсное
аппараты
работают в
накопления воды и короткие
Мелкое
дождевание.
Стационарное
импульсном режиме,
дождевальные
чередуя длинные
периоды
выброса воды из сопла.
-
дисперсионное
дождевание
заключается
в
том,
что
туманообразующими установками насыщают воздух влагой. В основном
применяют в теплицах и садах .
Капельное орощение.
рис .
5б .
Схема сети капельного орощения показана на
Капельница подает
воду каплями
или
непрерывной струёй,
непосредственно к стволу дерева.
Лиманное орощение.
рис.
57.
Схема лиманного орошения
Ширина лиманов от
непосредственно
со
склона,
до
заполнении
простые и
больше
при
показана на
м. Вода в лиманы поступает
или
-
также
700
пруда. По расположению на склоне они подразделяются на
ярусные. Мелкие лиманы
а
100
разливе
реки
средняя глубина наполнения
м, глубокие
0,3
м. Площадь лимана изменяется от нескольких гектаров до
0,3
и более . Преимущество перед другими способами полива
устройства
и
Недостаток
-
малая
стоимость ,
-
орошения
простота
древостоя.
одноразовый полив, неравномерность увлажнения.
Рис .
1-
возможность
56.
Схема сети капельного орошения :
пол ивные трубопроводы;
2-
древесные культуры;
3-
1000
капельница
51
I-A
_-------_-~й/
Рис.
1-
57.
Схема лиманного орошения:
направление поверхностного стока;
3-
водообходы;
4 -резерв; 5 -
2-
водоудерживающие дамбы;
водное зеркало
(впс) Где уровень увлажнения почвы больше рядом с дамбой
или
выше по склону?
Дождевание
полив
искусственным
дождем
посредством
дождевальных машин. Применяемые дождевальные аппараты по казаны на
рис.
58.
Дождевальная
машины.
Двухконсольный
ДДА-l00 МА. Расход воды ДДА-I00МА
дЛЯ ДДА-I00 МА показана на рис.
59.
- 100
дождевальный
л/с.
Ее применяют для полива зерновых,
кормовых культур, овощей и бахчи.
а
агрегат
Схема поливной сети
б
Рис.
58 . Дождевальные насадки:
а - дефлекторная; б - струйная; 1- сопло; 2 3 - выравниватель потока
дефлектор;
52
{РtJ..,
f-'--------i'.--2.
5
Рис.
1-
59.
Схема поливиой сети для ДДА-l ООМА:
распределительный трубопровод;
4-
2-
дождевальный агрегат;
ороситель;
5-
3-
доро га ;
насос
Широкозахватная дождевальная машина ДКШ-64 "Волжанка".
Схема поливной сети дЛЯ ДКШ-64 показана на рис.
60.
Ее применяют
для полива зерновых, кормовых культу р , овощей и бахчи.
I
2
-y~
kJ
Рис.
13-
60.
4
--6-
r==----,-
Схема поливной сети для ДКШ-64:
гидрант;
2-
распределительный трубопровод;
дождевальная машина ДКШ-64 ;
4-
гибкий трубопровод
Дальнеструйные дождевальные машины ДДН-70, ДДН-45. Схема
53
поливной сети дЛЯ ДЦН-70 показана на рис.
61.
использовать для полива садов, питомников и всех
Эти машины можно
сельскохозяйственных
культур.
100м
Рис. б 1. Схема поливной сети для ДДН-70:
1-
ороситель;
4Расход
2-
гидрант ;
воды
дорога;
5-
3-
распределительный трубопровод;
дождевальная машина ДДН-70
ДЦН-70
70
л/с .
Полив
стационарными
дождевальными насадками ДЦ-зо, ДН-1, ДА-2 показан на рис.
Расход
воды в насадках изменяется от
полета струи от
35
до
50
11
до
30
62.
л/с. Дальность
м. Дождевальные насадки используют для полива
садов, питомников и всех сельскохозяйственных культур.
Преимущество дождевания по сравнению с поверхностным поливом:
возможен
полив
склонов;
низкие
затраты
ручного
труда;
увлажнение
приземного слоя воздуха; возможность внесения удобрений. Недостатки:
высокая металлоемкость; энергозатраты; влияние ветра на качество дождя.
т-, т
,\1-'- ,-
l(
. llj7
J
~il
~
"j
+
l
t-J--
f
1 i
Рис.
62. Полив дождевальными насадками ДД-зо , ДН-1 , ДА-2:
1 - распределительный трубопровод ; 2 - стояк с насадкой
(всП)
___________________________________________
54
Режим
показателя:
поливов.
орошения.
Термин
"Режим
орошения"
I. Величи ны поливных норм.
4. Величину оросительной
2.
включает четыре
Сроки поливов.
3.
Число
n -
число
нормы.
M=I.m,
i .. :
где
т i -
норма полива, мм;
i -
номер полива;
поливов.
Норма полива определяется по формуле:
т
=h . А . (Wне - W• .) ,
где
объема;
h - расчетный слой промачивания, мм; А - пористость, В долях
WHB, Wпп - влажность почвы соответственно наименьшая
влагоемкость и предполивная, в долях объема.
Число и сроки поливов устанавливают по динамике суммарного
водопотребления, показанного на рис.
Расчетный слой промачивания
63.
h измеияется
в следуюших предел ах:
в питомниках от
молодых садах
0,1 до 0,3 м; в школьных отделениях 0,4 - 0.5
0,6 - 1,0 м; в парках до 1,0 - 1,2 м.
м; в
Число поливов измеияется по видам растений и климатическим
зонам.
J/I
Jq l
~~~Ц-Ю-Н
~6~--U-h1~А~ьС-~'--а-i'?--у~~Л7--~'--
Рис.
1-
63.
График для определения сроков и числа поливов:
2 - кривая
3 -поливы
кривая запасов влаги в почве;
водопотребления;
55
В зоне неустойчивого увлаж нения число поливов
- 4 - 6 , в зоне
- до 8 и более. Норма полива изменяется от
3
150 до 200 м /га в питомниках, 500 - 600 м 3 /га в плодоносящем саду.
Оросительная норма изменяется от 1 100 до 1400 м 3 /га .
недостаточного увлажнения
При поливе одной культуры расчет расхода определяем по формуле:
Q"
F" · lOOO·m
Т· 86400 '
=
где
т
-
Fn
площадь
-
полива,
га;
т
поливная
-
норма,
м 3 /га;
продолжительность полива, сут.
При
одновременном
поливе
нескольких
культур
на
участке
поливные расходы складывают:
QKH =Q, +Q, +QJ'
Для
уменьшения
расхода,
подаваемого
на
участок,
укомплектованный график гидромодуля , показанный на рис.
~
~I.1
'"
tJ.7
" UJ
0.6
""" 4'
Us
;:;; 1.'1
О. ~
'""
-q
:-..
43
1=
~ 02
//.7
~ v [\v
'"
Рис.
Зачем
-
v~E""
v
1=
.А
r
а
(впс)
..
~I.J
~
строят
64.
Графики гидромодуля:
64.
неукомплектованный; в
уменьшают
- укомплектованный
расход
подаваемый
на
участок?
При подаче оросительной воды по каналам Q6p часть воды теряется:
Q6P =QH+Q"om'
где
Qnom -
потери воды из канала.
Величина потерь может составлять до
40%
от объема воды в голове
канала.
(всп)
Борьба с потерями из оросительных каналов .
Потери на фильтрацию из канала можно определить по формуле
56
где
верху ;
КФ
- коэффициент фильтрации;
В
ширина канала по
-
глубина воды в канале.
11 -
Так
как потери
фильтрации ,
то
на
фильтрацию пропорциональны
противофильтрационные
мероприятия
коэффициенту
направлены
на
снижение водопроницаемости ложа канала .
Уплотнение грунтов ложа канала
1.
срок службы
Кальматация
2.
содержанием
действия
до
-
илистых
5- 7
снижает фильтрацию до
70%,
года.
2- 4
60%.
частиц,
В
канал
снижают
подают
воду
фильтрацию
до
с
высоким
70%.
Срок
лет.
3. Солонцевание - заполнение канала раствором поваренной соли,
2 - 5 раз. Срок действия 3 - 5 лет.
снижает фильтрацию в
Применение покрытий.
Битумизация
1.
фильтрацию в
2.
Срок
2- 3
пропитка
-
Глиняное покрытие
службы до
ложа
раза. Срок действия до
5 лет .
-
канала
вяжущими.
Снижает
5 лет.
смесь соломы и глины, толщина
5 - 1О
2 - 3 раза .
30%, песок до 40%,
см.
Снижение фильтрации в
3. Глинобетонное покрытие - глина до
35%. Толщина до 10 см . Полная водонепроницаемость.
гравий до
Срок службы до
10
лет.
4.
Бетонные ,
железобетонные
Толщина покрытия до
до
20
15
и
асфальтобетонные
лет и более .
5.
Полимерные
пленки.
Толщина
Водонепроницаемость полная. Срок службы
до
10
облицовки.
см. Водонепроницаемость полная. Срок службы
пленки
3- 4
0,1
мм.
0,2
года. Защитный слой
см.
(всп) __________________~~~---------------Засоление орошаемых земель и борьба с ним .
На оросительных системах всех типов до
уходит в глубокие горизонты грунта ,
20%
оросительной воды
пополняя грунтовые воды. Уровень
грунтовых вод поднимается. Грунтовые воды в аридной зоне , как правило ,
минерализованы . Вода испаряется, а соли остаются в почве.
При глубине грунтовых вод
отмечается .
Здесь
закладывая дрены
строят
на глубину
изменяются в пределах
водопроницаемого
2 - 2,5
2,5 - 3
120 - 250 м .
грунта
устраивают
дренаж , с глубиной скважин до
между скважинами от
м засоление орошаемых почв не
систематический
1000 до
80 м
5000 м .
м.
горизонтальный
дренаж ,
Междренные расстояния
На землях с мощным слоем
систематический
и диаметром до
1
вертикальный
м . Расстояние
57
Гидросооружения в ландшаФтном строительстве.
Противоэрозионные
мероприятия
на
водосборе,
устройство валов-террас, водоудерживающих валов,
показанных на рис.
включают
распылителей стока,
65.
Для устройства валов применяют плуги и
горизонталей склона . На рис.
66
вспашку всвал вдоль
показаны поперечные сечения валов­
террас, водоу держивающих валов и распылителей стока
[1 О] .
Гидротехнические сооружения в вершине оврага. При небольших
расходах и скорости течения воды менее
оврага.
на рис .
План
вершины
оврага
до
I
м/с выполаживают вершину
выполаживания
и
после
показан
67.
(всп)
__________________________________________
ч
Чlf-'~"
,..
~'
l'
t \ t "
~---~
u~
Рис .
1-
65.
План противоэрозио нных сооружен ий на водосборе:
валы-террасы;
(впс)
Какой
2-
водоудерживающие валы ;
параметр
рельеФа
3-
распылители стока
изменяет
выполаживание?
58
б
а
Рис.
б
-
66.
в
Поперечные сечения: а
водоудерживающих валов ; в
\ _АI
.
валов-террас;
А-А
I ____
I{r'AГ
_
-
распылителей стока
-
I
~qq-L:1j;
А
.
/,
1/5.
т7f.-.
J.
/,
AfТ
"~/'
\
1(3~
'v'
I
I
1tZ--r-
112
а
Рис.
а
Во
всех
перепад (рис .
71);
б
Процесс выполаживания вершины оврага:
до выполаживания; б
остальных
гидротехнические
(рис .
-
67.
69);
случаях
сооружения:
в
-
после выполаживания
вершинах
быстроток
водобойный колодец (рис.
воронковидный разлив (рис.
Рис.
68.
70);
72) [7].
Быстроток
оврагов
(рис.
68);
устраивают
ступенчатый
консольный водосброс
S9
Рис.
69.
Ступенчатый перепад
Рис.
70.
Водобойный колодец
Рис.
71.
Консольный водосброс
Рис.
72.
ВОРОI!КОВИДНЫЙ разлив
60
Донные
сооружения
включают
сл едующих материалов : плетней;
запруды,
выполненные
из
дерева; фашин ; железобетонных плит;
каменной наброски. Конструкция запруды показана на рис.
73.
(впс) На устройство какого сооружения в голове оврага затрачивают
больше материала?
А-А
Рис .
73 . Конструкция
запруды
Процессы водной эрозии непосредственно связаны с особенностями
водосбора.
Поэтому
оврагообразования
-
наиболее
комплекс
действенное
средство
противоэрозионных
подавления
мероприятий
на
водосборе: лесомелиорация , устройство водохранилищ , прудов.
Вопросы для самопроверки.
1. Водные ресурсы. Условия их формирования.
2. Режим орошения.
3. Основные элементы оросительной системы .
4. Способы поверхностного полива. их достоинства и недостатки .
5. Технология полива дождеванием. Его достоинство и недостатки.
6. Режим орошения и методы определения его элементов .
7. Способы добычи подземных вод.
8. Водный баланс пруда.
9. Противоэрозионные мероприятия на водосборе.
10. Гидротехнические сооружения при борьбе с оврагами.
11. Лиманное орошение.
12. Специальные способы орошения.
61
13. Методы борьбы с фильтрацией из каналов.
14. Причины засоления орошаемых земель и способы борьбы с ним.
15. Природоохранные мероприятия при оросительных мелиорациях.
] 6. Гидротехнические сооружения на оросительной системе.
Библиографический список
Бабиков Б.В. Гидротехнические мелиорации лесных земель.
].
Лесная промышленность,
-
Касьянов А. Е. Гидротехнические мелиорации лесных земель.
2.
МГУ Л,
2000. - 83
-
-
М.:
с.
Руководство по осушению лесных земель. Часть
3.
М.:
1993. - ]92 с.
М.: Гослесхоз СССР,
2.
Проектирование.
] 986. - 99 с.
СНИП
2.01.14-83. Определение расчетных гидрологических
- М.: Стройиздат, ] 985. - 36 с.
СНиП 2.06.03-85. Мелиоративные системы и сооружения. - М.:
циm Госстроя СССР, ]986. - 60 с.
СНИП 2.06.05-84. Плотины из грунтовых материалов. - М.: ЦИТП
Госстроя СССР, 1989. - 32 с.
СНиП 2.06.0]-86. Гидротехнические сооружения. Основные
положения проектирования. - М.: циm Г осстроя СССР,
1989. - 32 с.
Сабо Е.Д. Основы гидролесомелиорации. - М.: МЛТИ, ] 988. - 96 с.
4.
характеристик.
5.
6.
7.
8.
9.
Сабо Е.Д. Основы гидролесомелиорации. Лесоводственная
эффективность гидролесомелиорации.
] О.
ландшафта. М.: МГУЛ,
1 ].
-
М.: МЛТИ,
1993. - 60
с.
Касьянов А. Е . , Алтунина Г. С. Гидротехническое обустройство
2001. -165
с.
Касьянов А. Е. Применение методики динамического обучения.
Гидротехнические мелиорации. М.: ГОУ ВПО мгул,
2005 . - 36 с .
Оглавление
Введение .....................................................................................................3
1. Гидрология суши ................................................................................... 6
2. Основы гидрометрии ............................................................................. 9
3. Почвенные и грунтовые воды ............................................................ 18
4. Осушение лесных земель ..................................................................... 22
5. Орошение ............................................................................................ .44
Библиографический списоК ...................................................................... 61
Учебное издание
Касьянов Александр Евгеньевич
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ МЕЛИОРАЦИИ
ЛЕСНЫХ ЗЕМЕЛЬ. ЛЕКЦИИ
Под редакцией автора
По тематическому плану внутривузовских изданий учебной литературы на
2007
г., до п.
Подписано в печать 11.10.2007 . Формат 60 х90 1/8. Бумага 80 r/M2
Гарнитура «Таймс». Ризография. Усл. печ. л. 8,0.
Тираж 300 экз.
Заказ N2 544.
Издател ьство Московского государственного университета леса.
141005,
Мытищи-5, Московская обл. , I-я Институтская,
E-mail:
1, МГУЛ.
i z d аt (а) IlЩLll.аULl
По вопросам при обретения литературы издательства ГОУ ВПО МГУ Л
обращаться в отдел реализации.
Телефон:
(498) 687-37-14 .