История развития гидромелиоративной науки.

Осушение лесн. Земель было впервые предпринято в России в 30-40 годах 19 века. Наиболее значительная рабоы были проведены в лисинской лесной даче. В 1841-1843 гг было осушено болото Суланда В 1846 Войнюков составил первый в мире проект осушения лесных земель на основе нивелировке физико-химических исследований в почв и прогноза ожидаемого эффекта осушения. В 70-90 гг две экспедиции по осушению болот западная под руководством генерала Жилинского и Северная – Августеновича. В 60-х годах ХХ века образовались лесомелиоративные станции. Развитие гидромелиоративных работ основывалось на научных исследованиях. В 1944 г. Дубах издаёт книгу «гидрология болот» В 1934 г первый учебник «Гидротехнические мелиорации» Писарьков много сделал в области теории действия осушительных систем выделил виды водного питания.

№57. Противоэрозионные гидротехнические сооружения в вершине оврага.

Гидротехнические противоэрозионные мероприятия – включают создание водозадерживающих, водо-направляющих, водосборных сооружений. Размещают противоэрозионные сооружения, на основе расчетов по смыву, стоку размещают по границам рабочих участков, а также в вершинах интенсивно развивающихся оврагов. Основной принцип проектирования ПГС – состоит в получении максимальной почвозащитной эффективности при наименьших отводах ценных земель и затратах средств на их строительство. Валы-террасы – это земляные сооружения, горизонтальные и наклонные, высотой 35-45 см с заложением откосов 1:8 – 1:10. Их проектируют преимущественно параллельно с максимальным приближением к горизонталям местности, чтобы создать условия для производственной работы тракторных агрегатов.

Распылители стока – представляют собой земляной валик высотой 30-50 см. служащий для изменения направления концентрированных потоков и рассредоточение на эрозионно-устойчивые угодья.

Нагорные канавы – применяют для перехвата и сброса избыточного стока пределы рабочих участков в искусственные водоемы.

№58. Норма осушения, её величина для различных древостоев и угодий.

Минимальный УГВ на середине межканального промежутка, обеспечивающий максимальную для данных почвенных условий (зольность) эффективность древостоя. Необходимо обеспечивать к началу роста весной. Молодняки, спелые, перестойные 30-40, средневозрастные, приспевающие 40-50см. На верховых болотах нужна большая площадь питания (бедные почвы) и большая норма осушения. Для минеральных земель больше почти в два раза. После образования древостоя УГВ понижается, величина больше с увеличением продуктивности (активная транспирация). Для с/х необходимо более интенсивное осушение, освобождение от верховодки должно происходить к более ранним срокам для использования техники, прогревания почвы.

Образование, рост и трансформация болот.

Виды заболачивания. Заболачивание лесов: вырубка и пожар способствует заболачиванию на тяжёлых почвах, подзолистый горизонт накапливает верховодку, стоку препятствует тяжёлая подстилающая порода. Лесосеки (вырубки): увеличивается попадание осадков на почву, уменьшается транспирация, образуются микропонижения, в которые селятся мхи, обычно разболачиваются с появлением древесной растительности, болота могу образоваться на концентрированных вырубках. Горельники: как лесосеки, но возможность образования болот выше, так как площади больше (Хейновское болото). Речные поймы и старицы – на широких поймах с малым уклоном вода намывного питания долго застаивается, появляется таволга, рогоз, осока (низинное), затем сфагновые мхи (переходное). Нарушение режима стока: антропогенное воздействие, меняющее естественное движение грунтовых вод. Зарастание водоёмов: в озёрах послеледникового происхождения сначала нет жизни, постепенно привносятся минеральные вещества, появляется органическая жизнь, сначала мелкие организмы, затем развивается прибрежная растительность на глубине до 1м осоки, ситник, гречиха, глубже – тростник и камыш, плавабющие растения – ряска, пузырчатка. В зоне растительности постоянно идёт накопление органики, кроме сапропеля образуется торф, на мелководье – осоковый, на глубине – камышовый или тростниковый. Водоём мелеет, дно поднимается, озеро заторфовывается. Может образовываться сплавина (сабельник, белокрыльник). Наличие сапропеля говорит, что болото образовалось из озера. Образуется низинное болото с грунтовым типом питания. Болотная растительность вызывает рост болота в высоту, накопление торфа. Меняется характер водного питания: грунтовая вода не может подниматься по пористому верхнему слою, усиливается влияние атмосферных осадков. Низинное (евтрофное) болото становится верховым (олиготрофным) через переходное.

Рост болот. В высоту обусловлено ростом мха. Сфагновый мох прирастает на 5-7 см в год. Торф образуется медленнее, в верхних горизонтах 2-3 см, в нижних слоях 1 мм. Можно определить по природным индикаторам: росянка, сосна. Рост в горизонтальном направлении начинается, когда шапка поднимается над уровнем понижения, где находится болото, и кислые воды попадают на прилегающие территории. Колеблется от нескольких см до м.

Устройство копаных прудов.

Копаные пруды устраивают в водонепроницаемых грунтах в нижних частях склонов, при возможности – в понижениях. Копаные пруды питаются в основном весенними талыми водами. Объём весеннего стока вычисляют по формуле. W_c = Fhds.

Необходимый объём пруда достигается выемкой грунта на глубину 2 –4 м. Перед устройством выемки снимается верхний слой на глубину 20 –30 см. Для очистки воды перед входными отверстиями создают загущенные посадки кустарников (обычно ив). Отводящаяся вода отводится в пруд по специальным трубчатым водовыпускам или лоткам, уложенным на 20-30 см выше дна канавки. Забор воды из копаных прудов рекомендуется производить с помощью специальных колодцев – фильтров. Колодец включает фильтр, устраиваемый на дне пруда и водоотводную трубу, подающую воду в колодец для забора воды.

Необходимый объем пруда достигается выемкой грунта на глубину 2-4 м.Откосы стенок пруда устраивают пологими в зависимости от грунта. Перед устройством выемки снимается верхний слой на глубину 20-30 см. Торфяной горизонт удаляют полностью. Вынутый минеральный грунт укладывается вокруг пруда в виде дамбы. С помощью пло­тины можно увеличить объем пруда. Плотина располагается на удалении 10-20 м от котлована. При строительстве прудов в парках и садах дамб не делают, а вынутую землю равномерно разбрасывают, выравнивая микропонижения. Для отвода из пруда излишней воды устраивают водосбросные сооружения в виде канала с простейшим креплением откосов, а при необходимости — и дна (хворостяной выстилкой, наброской щебня, дерном и пр.). Для очистки воды перед входными отверстиями создают загущенные посадки кустарников (обычно ив). Отстоявшаяся вода отво­дится в пруд по специальным трубчатым водовыпускам или лоткам, уложенным на 20-30 см выше дна канавки. Забор воды из К.п. рекомендуется производить с помощью специальных колодцев — фильтров. На территории вокруг К.п. следует создать лесную полосу шириной не менее 10-20 м, что снизит ин­тенсивность заиления пруда. Пруды требуют периодической очистки. При небольшой глубине пруда в зимний период очистку можно проводить путем вымораживания воды и периодического удаления льда вместе с илом.

При устройстве прудов на водопроницаемых грунтах во время очистки целесообразно оставлять небольшой слой ила (5-10 см). Это уменьшит фильтрацию воды через дно пруда после его очистки.

 

№61. Противоэрозионные сооружения на дне оврага.

Для прекращения размыва оврага возводят донные гид­ротехнические противоэрозионные сооружения. Наиболее распространенными из них являются запруды из различ­ных материалов. Плетневые запруды(З.). Поперек дна оврага роют траншею глубиной и шириной 0,5 м, которую заглубляют в откосы. Через 20-25 см друг от друга в траншею комлем вниз забивают ивовые колья. Установку кольев начинают от середины будущей запруды при этом каждый последующий от центрального кол ставят выше на 2 см.

Колья плотно оплетают, начиная со дна траншеи. Верхний ряд плетня закрепляют проволокой. З. должна быть несколько выпуклой а сторону текущей воды к вершине оврага. Для устранения подмыва запруды снизу устраивают водобойную площадку. Водобойную площадку укрепляют хво­ростом, фашинами или наброской камней. Перед плетнем со стороны движения воды ставят дамбу с двойным откосом.

Деревянные З. П оперек овра­га забивают ряд свай, к сваям крепят деревянные пласти­ны или доски. Перед установкой сваи и пластины просмаливают. Остальные элементы З. сооружают так же как и элементы плетневых З.

Фашинные З. В траншею, проложенную как и при строительстве плетневых З., укладывают фашину, закрепляют кольями и тщательно утрамбовывают. За­тем укладывают одна на другую две фашины, образуя стенку. Сверху кладут прерывистую фашину, образуя отверстие для пропуска воды. Концы фашин тщательно заделывают в откосы оврага. Со сторо­ны устья оврага фашины закрепляют сваями. В последние годы начали создавать запруды из сборных железобетонных элементов. При наличии материала можно устраивать и каменные З..

Расстояние между З. можно определить по формуле: L=h/i, L-расст.м/д, h- высота, i-уклон оврага.

 

№62. Исследование болот. Классификация болот. Виды торфа.

Классификация болот. Торфяные залежи, виды торфа различают по торфности. 3 типа: низинные(евтофные)-обогащенные болота, переходные(мезотрофные)-средние по богатству, лиготрофные (олиго)-бедные болота.

6 подтипов: 1) низинные травяные (собственно низинные), 2) переходные травяно-сфагновые (нач. стад), 3) переходные бедные травяно-кустарн.-сфагновые(переходные), 4)верховые пушицево-сфагковые (начальная стадия верхового Б.); 5)верховые кустарничково-сфагновые (сформировав­шиеся верховые Б.); 6) верховые грядово-озерково-мочажинные (бедные верховые Б. — дистрофные).

Исследуя Б., измеряют глубину торфа, произво­дят зондировку. При небольшой мощности торфа используют металлическую трость с боковым желобком вдоль трости. При большой мощности применяют сборный зонд из металлических свинчивающихся штанг. Для отбора образцов торфа одновременно с зондировкой использует­ся специальный бур Гиллера.

Сфагновый Т. обычно бурого цвета, на воздухе тем­неет. В торфе встречаются шейхцерия, клюква, вереск.

Для пушице-сфагнового Т. характерно присутствие пушицы в виде мочалообразных пучков черно-бурого, а иногда черного цвета. Древесный Т. черный, бесструктурный.

Осоковый Т. разного цвета — от светло-ко­ричневого до бурого, характерно присутствие стеблей осоки. Осоково гипновый Т.также бывает различного цве­та. Консистенция войлочная, плотность небольшая. Тростниковый Т. имеет цвет от светлого до темно-коричневого, в зависимости от степени разложения.

На глаз степень разложения можно определить по таблице Варлыгина.

По степени разложения торф принято делить на три категории: слаборазложившийся — 5-25%, среднеразло-жившийся — 25-45%, сильноразложившийся — более 45%.

 

 

№63. Методы определения расстояния м/д осушителями.

Расстояние между каналами регулирующей сети в зна­чительной степени определяет величину и скорость пони­жения почвенно-грунтовых вод на осушаемой площади. Методы опреде­ления расстояния между осушительными каналами:

Гидрологический метод основан на скорости пониже­ния уровня грунтовых вод на требуемую глубину за опре­деленное время. формула X. А. Писарькова:

где L — расстояние между осушителями, м; К — коэффициент фильтрации, м/сут; h₁ — начальный напор, м; h₂ — конечный напор, м, t — время понижения уровня грунтовых вод на величину δ — удель­ная водоотдача; е — суммарное испарение, м/сут.; P_t — количество осадков, достигших почвы за время t, м.

Удельную водоотдачу можно определить для минераль­ных почв по формуле Г. Д. Эркина:

для торфяных почв по формуле А. И. Ивицкого:

Лесоводственный метод основан на выявлении изменения влияния осушения на рост леса по мере удаления от каналов. Рас­стояние от канала на участке, где производительность дре­востоя снижается на один класс бонитета по сравнению с производительностью возле канала, принимается за поло­вину расстояния между осушителями. Недостаток: снижение влияния осушения по мере удаления от осушителей происходит постепенно и труд­но установить предельную удаленность влияния осушения. Совершенно недо­пустим лесоводственный метод определения расстояний между осушителями по оценке эффективности осушения на участках, осушенных одиночными каналами.

Технике экономический Задачей этого метода является наивыгод­нейшее соотношение расходов на осушение и доходов от него. Такой метод требует точного прогнозирования изме­нения прироста на разных удалениях от каналов, что слож­но сделать.

Комплексный метод предлагает определять расстояние на основе всех вышеизложенных методов или части их.

По мере интенсификации лесного хозяйства расстоя­ния между осушителями стали уменьшаться.

№64. Использование грунтовых вод при орошении. Способы отбора вода.

Грунтовыми наз воды, залегающие в первом от поверхности водоносном гор-те, подстилаемом во­доупорным гор-том. Грунтовые воды могут выходить на поверхность: нисходящие родники; в условиях прогиба пластов зем­ной коры образуются напорные грунтовые воды – восходящих родником; при выхо­де напорного горизонта на поверхность в местах прогиба или при бурении скважин вода может изливаться фонта­ном – артезианским.

Грунтовые подземные воды являются важным источ­ником воды для орошения. Ороситель­ная вода подземных источников по химическому составу должна быть физиологически пригодной для растений, не вызывать засоления почвы. При орошении грунтовыми водами устраивают колодцы или каптажные сооружения. По технике исполнения К. подразделяются на шахтные и буровые (трубчатые).

Шахтные К. устраивают при забо­ре воды с глубины не б. 10-20, реже 30 м. Состоит из 3 частей: головка, шахты, или ствола, и водоприемника. Стенки шахты крепят деревянным срубом или железобетонными кольцами.

По степени заглубления К. в водоносный слой они дел на: Совершенным(полные) является К., прорезающий весь водоносный слой до водоупора. Если К.прорезает только верхнюю часть водоносного го­р-та,его наз несовершенным(неполные). Для защиты от заполнения грунтом из водонос­ного гор-та дно К. засыпают крупнозернистым песком, а сверху – гравием и мелким. Для защиты от проникновения в К. поверхностных вод вокруг верхней части шахты прокладывают траншеи, за­полняя их грунтом из хорошо утрамбованной жирной гли­ны. Верхнюю часть шахты закрывают оголовком и крышкой. Пов-ть грунта вокруг К. покрывают бетоном или асфальтом с уклоном от К..

Трубчатые К. устраивают при заборе воды с глубины 50-100 м и б. Состоят из 3 частей: эксплуатаци­онной скважины, водоприемной части и устья с оголовком. Ствол скважины закрепляют стальными об­садными трубами. Опускают тру­бы меньшего диаметра до заглуб­ления нижней трубы в водоносный го­р-т. Затем поднимают нижнюю трубу и на ее место опускают фильтр с надфильтровой трубой и отстойником, образующими водоприемную часть ко­лодца. В верхней части К. возводят шахту с оголовком. Стенки и дно шахты бетонируют. В шахте монтируют водоподъемное оборудование. Шахту утепляют, предохраняя воду при ее подъеме от замерзания.

Разновидностью трубчатого К. являются забив­ные, или абиссинские, К. Диаметр такого К. 25-100 мм (чаще 30 мм). К. устраивают путем за­бивки не менее чем на глубину 3 м заостренной трубы. Конец трубы оборудуют фильтром. Насос монтируют в верхней части трубы.

№65.Подтопление лесных земель в зоне водохранилищ.

Берега рек и горных склонов могут подвергаться раз­рушению вследствие действия грунтовых вод на высоких обрывистых берегах (оползней) и в результате механиче­ского действия потока (размыва) и волнобоя (абразий).

Под оползнями понимается медленное смещение (опол­зание) участков территории по наклонной поверхности.

Наиболее часто оползни об­разуются на крутых склонах при наличии на некоторой глубине наклонного водоупор­ного слоя, обнажающегося на склоне. Равновесие вышерасположенных пород нарушается. Образуется тре­щина, которая постепенно расширяется, и отделенная ею "часть склона оползает по водоупору вниз. При­чиной оползня: сильные дожди и интенсивное снеготаяние, подмыв склонов рекой или прибоем, пе­регрузка склонов тяжелыми строениями, подрезка склонов при строительстве и др. Вместе с участ­ками суши оползают леса, сады, здания, железные и шос­сейные дороги.

Для перехвата и отвода поверхностных вод в зоне под­питки проводят водоотводные каналы и лотки. При не­глубоком залегании водоупора применяют дренаж с филь­трующей засыпкой дренажных траншей с отводом воды за пределы опасного участка. Необходимо также обеспе­чивать правильное водопользование без сброса избыточ­ной воды, соблюдение норм полива при орошении. Следу­ет проводить выполаживание подножных склонов. Полез­но проводить облесение оползнеопасных участков. В горных условиях хорошие результаты дает возведение каменных подпорных стенок в сочетании с дренажем.

На крупных реках происходит ежегодное смещение берегов вследствие их размыва.

 

№67.Приток воды к колодцам. Дебит колодца.

При отборе воды из колод­цев уровень грунтовых вод вокруг него понижается и об­разуется депрессионная воронка. Чем больше разность между зеркалом грунтовых вод (статический уровень) и уровнем воды в колодце (динамический уровень), тем боль­ше приток воды в него. В совершенном колодце при безна­порном водоносном горизонте приток воды (дебит колод­ца) определяют по формуле

где Q — приток воды в колодец, м³/с; К — коэффициент фильтрации водоносного слоя, м/с; Н — мощность водо­носного слоя, м; h — глубина пониженного уровня воды у стенок колодца, приближенно равна глубине воды в ко­лодце; Я — радиус воронки понижения от центра колод­ца, м; г — радиус внешней окружности трубы колодца, м.

Приток воды к несовершенным колодцам определяют

где Т — расстояние от уровня воды в колодце до подсти­лающего водоупорного слоя, м; остальные обозначения те же, что в формуле.

При большой мощности водоносного слоя поступление воды ограничено верхней (активной) зоной, равной при­ближенно (по Паркеру) 4/3 глубины воды в неполном ко­лодце до откачки воды. В этом случае Н и Т следует определять от нижней границы активной зоны.

Дебит колодца можно увеличить созданием вакуума внутри него. Для этого колодец герметически перекрыва­ют и через перекрытие пропускают трубу насоса. При откачке в колодце возникает вакуум и приток воды к колодцу увеличивается в 2-3 раза.

Колодец-фильтр устраивают в виде шахты в коренном берегу на удалении от уреза воды за пределами затопления водами половодий и паводков. Колодец-фильтр состоит из ствола (верхняя часть) и водоприемной камеры с филь­тром. Стенки колодца крепят железобетонными кольцами. В нижней части водоприемника ставят фильтр, состоящий внизу из слоев гальки и крупного гра­вия мощностью, выше располагают слои мелкого гравия и крупного песка, а сверху — слой мелкого песка мощностью. Вода в колодец поступает из открытого водного источника по трубе. Ого­ловок трубы, подводящей воду из водного источника, рас­полагают на 1,0-1,5 м ниже горизонта бытовых вод. Труба выходит в колодец-фильтр на 0,5-0,7 м выше фильтрую­щей засылки (фильтра). Труба, отводящая воду к водоза­борному сооружению или водопроводу, отходит от нижней части фильтра, начинаясь в слое гальки. Шахтную часть глубиной 1,5-2 м приподнимают над уровнем земли на 0,7-1,0 м, ставят настил из досок внутри колодца на уровне земли и закрывают крышкой.

№69. Частота(повторяемость) уровней воды в реках. Практическое применение ГБВ.(горизонта бытовых рек).

Положение уровня воды в реках имеет важное значение. При высоких уровнях воды происходит затопление пойм рек и подтопление прилегающих к рекам земель за счет подъема грунтовых вод. Уровень стояния воды в реках влияет на глубину проводящих каналов при впадении их в реки, используемые в качестве водоприемников. От глубины воды зависят возможности передвижения по ним различных судов и грузов. Уровни воды в реках сильно меняются как в течение года, так и в годы с разным количеством осадков. На равнинных реках наиболее высокие уровни наблюда­ются весной в период половодий, реки предгорий характе­ризуются двумя максимумами уровней: в периоды весенних половодий и летних паводков. Измеренные в течение анализируемого периода уров­ни группируют по этим интервалам. Горизонт, на котором вода в водотоке находится наиболее часто, называется горизонтом бытовых вод (ГБВ). Суммируя количество дней стояния уровней в пределах каждого интервала от верхних уровней к нижним, выявляют общее количество дней стояния воды выше того или иного уровня. Отмечая эти величины на графике по ниж­ним границам интервалов, получают график обеспеченности стояния горизонтов.

№70. Каптаж грунтовых вод.

Можно использовать для орошения или водоснаб­жения при небольших расхо­дах воды. Каптажные сооружения устраивают в местах выхода родников для сбора родниковой воды. каптажных сооружений нельзя полно­стью перекрывать выход воды. При затруднении свобод­ного истечения воды родник может найти другой выход.

Для водоснабжения можно использовать и открытые источники — реки, ручьи, водохранилища. Сброс неочищенных сточных вод в реки, ручьи, водо­хранилища запрещен вообще. В местах водозаборов глу­бина воды в водном источнике должна быть не менее 2,5 м. Берега в местах отбора воды должна быть устойчивыми, с удобными подъездами. Отбор воды целесообразно прово­дить с помощью металлических водозаборных труб. Трубу укладывают на 1,0-1,5 м ниже горизонта бытовых вод (см. главу 3). Для задержания крупных предметов место расположения водозаборной трубы ограждают металлической решеткой. Для задержания мелких предметов и мусора на оголовок трубы устанавливают сетку. По трубе вода подается в помещение насосной станции.

 

№71.Гидрологический и гидравлический расчеты

Гидрологический и гидравлический расчеты проводят с целью опре­деления ширины по дну крупных проводяших каналов. Непосредственно ширина по дну определяется гидравлическим расче­том.

где q_v — расчетный модуль стока, л/(сга); F —площадь водосбора, га; о — живое сечение канала, м₂; v — скорость течения воды в канале, м/с.

а) гидрологический расчет

Расчет­ные модули стока при осушении лесных земель принимают с обеспеченно­стью 25%, при осушении лесопарков— 10%.

где q_p и F_p— модуль стока и площадь водосбора в расчетном сечении (в устье); q_a и F» — модуль стока и площадь водосбора для сечения, где прово­дились наблюдения за стоком воды.

б) гидравлический расчет

1. Площадь живого сечения (о (часть поперечного сечения канала, за­нятого водой) вычисляется как площадь трапеции (м):

где m — коэффициент откоса; h_? -— расчетная глубина воды в канале.

2. Смоченный периметр х (подводная часть периметра поперечного сечения канала) (м):

3.Гидравлический радиус (м):

 

4, Скоростной коэффициент С по формуле Н. Н. Павловского

где п — коэффициент шероховатости русла, равный 0,025; у—переменный показатель степени;

Скоростной коэффициент С можно определить по формуле И. И. Агроскина

 

5. Скорость течения воды по формуле равномерного движения воды в открытых водотоках (формула Шези)

 

где v — скорость течения воды, м/с; R — гидравлический радиус, м; i — уклон дна канала в рассчитываемом сечении (в. устье канала). 6. Расход воды по каналу по формуле (mVc):

 

№72.Бонитировка древостоев на осушенных землях.

Определение класса бонитета на осушенных землях имеет свои особенности. Применение обычной бонтивочной методики здесь возможно только для древостоем возникших после гидромелиорации. В большинстве случаев гидромелиорацию проводят на участках, заняты лесом. Древостой, произраставшие здесь до осушения, были задержаны в росте вследствие избытка влаги. Поэтом, определять класс бонитета общепринятым в таксации ме­тодом по высоте и возрасту невозможно. В настоящие вре­мя используют различные приемы бонитирования насаждений на осушенных землях. Оценку результатов осушения по классу текущего бонитета можно проводить на основе таблиц А. В. Тюрина путем сопоставления за 5 и 10 лет общей средней высоты и среднего периодическо­го прироста в высоту за рассматриваемый период. Зная таксационные показатели в момент таксации насаждения и закономерность изменения класса текущего бонитета, можно вычислить ожидаемый прирост в высоту.