2курс лекции. Мелиорация земель
 Скачать 1.89 Mb.
|
|
Виды регулирующей сети. В зависимости от ТВП регулирующую сеть выполняют: 1. в виде осушителей (грунтовое и грунтово-напорное питание); 2. в виде собирателей (остальныеТВП). В настоящее время строят преимущественно закрытые осушительные системы, причем закры- тые дрены могут быть как осушителями, так и собирателями. Назначение регулирующей сети – создавать и поддерживать водно-воздушный и тепловой режимы в соответствии с требованиями сельскохозяйственных культур. Глубина заложения регулирующей сети и расстояние между каналами или дренами - зависят от водно-физических свойств почв, выращиваемых культур и др. Открытая регулирующая сеть – это каналы, устраиваемые для оттока грунтовых вод с це- лью понижения их уровней (осушители), а также для сбора с осушаемой территории поверхност- ных вод (собиратели). Осушители размещают параллельно друг другу (систематическая сеть) поперек потока грунтовых вод под острым углом к горизонталям (поперечная схема) или при уклоне поверхности по их трассе параллельно горизонталям и гидроизогипсам (продольная схема) (рис. 9.2). 33 Рис. 9.2. Поперечная (а) и продольная (б) схемы расположения дренажа: 1 – дрена; 2 – закрытый коллектор; 3 – гори- зонталь; 4 – магистральный канал или транс- портирующий собиратель; 5 – устье закрытого коллектора Открытые осушители выполняют с минимальным уклоном 0,0005, сечение кана- лов трапецеидальное, ширинапо дну 0,4-0,5 м, заложение откосов 1-1,5, глубина осушителей зависит от нормы осушения и находится в пре- делах 11,5 м. Расстояние между ними зависит от водно-физических свойств почв и составляет обычно 60-100 м, а иногда и более. Расстояния между каналами принимают по рекомендациям научно-исследовательских учреждений. Открытые собиратели ускоряют отвод избыточных вод, образующихся на поверхности почвы (атмосферный, склоновый, частично намывной ТВП). Это каналы глубиной 0,8-1,2 м, дру- гие характеристики их - как у открытых осушителей. Длина собирателей - до 1-1,2 км. Расстояние между собирателями колеблется в пределах 80-120 м, а при осушении под луга – 100-200 м. Для определения расстояний между открытыми собирателями имеются зональные рекомендации. Сеть открытых собирателей разделяет осушаемую территорию на небольшие участки, со- здает препятствия для передвижения по полю сельскохозяйственной техники. Под каналами и бермами иногда пропадает до 10-15% площади осушаемых земель. Поэтому в настоящее время отдается предпочтение закрытым осушителям и собирателям. Закрытая регулирующая сеть. При грунтовом и грунтово-напорном ТВП грунтовые воды отводят в проводящую сеть при помощи сделанных в подпочвенном слое отверстий – дрен. Дрены бывают с закрепленными стенками и свободной полостью (гончарные, пластмассо- вые, деревянные и др.), с незакрепленными стенками и свободной полостью (кротовые и щеле- вые), с незакрепленными стенками и заполненной полостью (жердевые, каменные) и др. Дрены с закрепленными стенками и свободными полостями обычно более долговечны. Закрытые дрены располагают по поперечной схеме – параллельно или под острым углом к гидроизогипсам. Такие дрены с наибольшим эффектом перехватывают потоки грунтовых вод. Лишь при практически безуклонной поверхности (i<0,0005) используют продольную схему. Дре- ны делают с искусственным уклоном, их глубина увеличивается от истока к устью. Дренаж бывает траншейным и бес- траншейным. Траншейный дренаж состоит из выполненных экскаватором траншей ши- риной 0,4-0,5 м, труб, стеллажей, фильтра и грунта дренажной засыпки (рис. 25). При бестраншейном строительстве дренажа тру- бы укладывают в полость, выполненную специальным экскаватором. Рис. 9.3. Конструкции закрытых дренажей (размеры в см): а - кротовая дрена; б - щелевая дрена; в - дрена из каменных плит; г - дрена из камен- ной наброски; д – жердевая дрена; е - фа- шинная дрена; ж - дощатая дрена; з - гончар- ная или пластмассовая дрена; 1 - гумусиро- ванный слой; 2 - защитный фильтрующий материал; 3 – камень; 4 – жерди; 5 – деревян- 34 ная прокладка; 6 - фашина; 7 – труба из досок; 8 - гончарная или пластмассовая дрена В настоящее время наиболее распространен траншейный способ строительства дрен. В малоустойчивых почвах для предохранения укладываемых в траншею труб от смещения в вертикальной плоскости устраивают подкладки-стеллажи из деревянных планок. Материалами для дрен служат обожженная глина с добавками (керамические или гончар- ные трубы, этот вид материального дренажа наиболее распространен), пластмассовые трубы, ка- мень, дерево, стекло и др. По виду материала различают: гончарный, пластмассовый, каменный и другие виды дренажа. Вода поступает в дрены через отверстия в их стенках или через стыки между трубами. Для защиты дрен от заиления и увеличения водоприемной способности делают фильтры из мха, песка, стеклоткани и других материалов. В качестве защитного материала используют гумусироваиный слой почвы высотой 20...30 см. Далее траншею засыпают вынутым из нее грунтом. Гончарные трубы для дрен, выполняют из глиняных, хорошо обожженных труб правиль- ной цилиндрической или граненой формы. Их изготовляют с внутренним диаметром 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200 и 250 мм длиной 333 мм, а трубы диаметром более 100 мм – длиной 500 мм. Зазоры между трубами не должны пре- вышать 1-2 мм. При укладке граненых труб производительность труда и качество работ ниже, чем при укладке цилиндрических. Осушительные дрены устраивают из труб диаметром 50-75 мм, коллекторы – из труб больших диаметров. Рис. 9.4. Гончарные дренажные трубы: а. г – цилиндрические и граненые; б - с опорной плоскостью; в - перфорированные; д - рифленые; е - с фасками; ж - раструбные; з - фланцевые; и – с фигурным торцом Для укладки труб сначала отрывают траншею глубиной, равной глубине закладки дренажа. Ширина такой траншеи определяется шириной дреноукладчика или экскаватора. Дно траншеи тщательно планируют. Осушительным дренам придают уклон не менее 0,002 и не более 0,01. Укладку ведут сверху вниз по уклону. На 1 га осушаемой площади в зависимости от расстояния между дренами требуется следующее количество дренажных труб: Расстояние, между дренами, м 10 20 30 40 Гончарные трубы, тыс. шт. 3,3 1,65 1,05 0,83 Укладка дренажных труб в траншеи полностью механизирована, (рис.9.5). Гончарный дре- наж при благоприятных условиях имеет большой срок службы, не менее 50 лет. Пластмассовые трубы бывают полихлорвиниловые или полиэтиленовые (гладкие или гофрированные). Трубы перфорируют щелевыми (ширина 1-2,5 мм, длина 10-50 мм), реже круг- лыми (диаметр до 2 мм) отверстиями, через которые в них проникает вода. Поступают они в бух- тах длиной до 200 м и более, поэтому их укладку легко механизировать (рис. 9.6). 35 Рис. 9.5. Устройство гончарного дре- нажа: 1 – трактор; 2 – землеройный рабочий ор- ган; 3 – бункер; 4 – кассета с трубами; 5 – желоб для подачи труб; 6 – гончарная дрена Основное преимущество такого дренажа заключается в том, что трубы в работе не изнаши- ваются, они легче гончарных, что снижает затраты на их транспорт к месту укладки. Рис. 9.6. Устройство пластмассового дренажа: 1 – трактор; 2 – пустотелый нож для нареза- ния щели; 3 – направляющий желоб; 4 – ба- рабан для пластмассовых труб; 5 – пластмас- совая труба Для строительства материального закрытого дренажа в отдельных случаях используют ка- менную наброску (при наличии камней), бетонные и асбестоцементные трубы. В опытном по- рядке в траншею также засыпают гранулированный подсушенный торф. Глубина заложения материальных дрен в минеральных грунтах составляет 1-1,3 м. Если дрены закладывают с искусственным уклоном, то глубина их в истоке не должна быть менее 0,7-0,9 м. Уклоны дрен со свободной полостью должны составлять 0,002-0,003. Требования к дренам с наполнителями полости (каменная наброска, гранулированный торф) иные: во избежание быст- рого заиления такие дрены должны иметь уклон не менее 0,004-0,005. Длина дрен зависит от их уклона и пропускной способности. При обычных диаметрах пласт- массовых дрен, равных 40-50 мм, и уклоне i = 0,003 их делают длиной 150-250 м. При увеличении диаметра и особенно уклона, например до 0,01, длину дрен можно увеличить до 300-400 м. Расстояние между дренами (м): торф низинный – 20-40; песок мелкозернистый – 30-60; су- песь – 25-40; суглинок – 14-20. Дрены с незакрепленными стенками. Этот вид дренажа дополняет основные виды систе- матического дренажа, позволяя увеличивать расстояние между дренами. Кротовый дренаж представляет собой незакрепленные подземные ходы, напоминающие кротовые норы. Его закладывают на беспнистых болотах с уклонами не менее 0,002-003. Крото- вые дрены используют как собиратели и осушители. Глубина закладки 0,7-1 м. Кротовые дрены устраивают кротодренажными машинами КДГ-80 и др. (рис. 9.7). Рабочий орган – дренер - имеет диаметр от 8 до 20 см. Дрены располагают перпендикулярно к осушитель- ным каналам или под углом 80° к направлению течения в них воды. Рис. 9.7. Устройство кротового дре- нажа: 1 – трактор; 2 – нож; 3 – дренер; 4 – расширитель; 5 – кротовая дрена; 6 – закрепленное устье дрены; 7 – от- крытый канал Срок службы кротового дренажа - от 2 до 5 лет, после чего его нужно возобновлять. В су- глинистых грунтах расстояние между дренами - в среднем 5 м, в торфяных – 5-10 м. Сгущение 36 дрен необходимо в связи с тем, что кротовые дрены быстро выходят из строя. Длина кротовых дрен не превышает 150 м. При применении в комбинации с другим дренажем длина равна рассто- янию между каналами. Щелевой дренаж устраивают в сочетании с открытой сетью каналов. Щелевые дрены име- ют разнообразную форму, ширина их по дну 100-180 мм, глубина до - 80 см. Для сохранения по- лости щелевых дрен от засыпания при вспашке их закрывают на глубину до 40 см. Иногда щелевой дренаж используют в качестве основного вида систематического дренажа, глубина его достигает 2,5 м, длина – 200-300м, уклон - 0,005 и более. Расстояния между дренами 25-45 м. Срок действия щелевого дренажа больше, чем кротового. Щелевой дренаж, выполняют щеледренажными машинами. Вертикальный дренаж – это система скважин для осушения земель. Воду из скважин отка- чивают насосами. Вертикальный дренаж используют при соответствующем литологическом стро- ении водоносного комплекса (рис. 9.8). Рис. 9.8. Схема вертикального дренажа: 1 - осушаемый массив; 2 - водоносный пласт; 3 - водоупор; 4 - скважи- на; 5 – погружной насос; 6–рукав; 7 – депрессионная кривая. Стрелка- ми показано направление движения воды Осушаемые земли подстилаются более или менее мощной тол- щей песков. Тогда, как это показано на рисунке, снижение уровня грунтовых вод в подстилающих песках вызывает вертикальный отток воды из осушаемого пласта, что дает возможность увеличивать рассто- яние между скважинами. Это расстояние устанавливают расчетами, приведенными в специальной литературе. Использование вертикального дренажа для осушения земель экономически оправдывает себя при расстоянии между скважинами 200-300 м и более. Для ускорения процесса осушения вертикальным дренажем иногда устраивают водопоглоща- ющие колодцы. Их пробуривают в виде скважин и засыпают фильтрующим материалом. Осушительная сеть в плане. По степени покрытия осушаемой площади закрытый или открытый дренаж может быть систематическим, разреженным и выборочным. При систематическом дренаже дрены распределены по осушаемой территории равно- мерно, с приведенными выше расстояниями между ними. Разреженный дренаж равномерно покрывает осушаемую территорию, но расстояние между дренами в 1,5-2 раза больше рекомендуемого для данной зоны. Такой дренаж предназначен для отвода воды в годы повышенной водности. Выборочный дренаж проводят только по тальвегам, вымоинам, замкнутым понижениям местности и другим участкам с повышенной увлажненностью, отвод воды с которых обеспечивает нормальный водный режим всей осушаемой территории. Проводящая осушительная сеть. К ней относятся: с открытыми каналами – транспортирующие собиратели и магистральные каналы; с закрытым дренажем – закрытые и открытые коллекторы, транспортирующие собира- тели и магистральные каналы. Каналы проводящей сети прямолинейны, с минимальным числом поворотов, пересечений с дорогами. Длина каналов проводящей сети должна быть минимальной. Каналы располагают по границам хозяйств или полей севооборотов с таким расчетом, чтобы они не расчленяли осушае- мый массив на мелкие участки. Их проводят по наиболее низким отметкам осушаемой поверхно- сти (по тальвегам), на болотах - по тальвегам минерального дна. Расстояния между транспортирующими собирателями определяется рельефом местности, конструкцией регулирующей сети и др. На равнинных участках, где нет дорог или крупных кана- лов, транспортирующие собиратели прокладывают на одинаковом расстоянии друг от друга. Эти расстояния составляют 400-1200 м. Расстояния между закрытыми коллекторами, определяются длиной впадающих в них дрен. 37 Глубину транспортирующих собирателей и закрытых коллекторов рассчитывают с учетом необходимости бесподпорного приема воды из элементов регулирующей сети. Глубина закрытого коллектора (Н к ) должна быть равна: Н к =H д +d, где Н д –глубина заложения устьев дрен; d–диаметр коллектора. Таким образом, глубина элементов проводящей сети является функцией глубины регули- рующих элементов данной осушительной системы. Поперечное сечение открытых каналов проводящей сети – равнобокая трапеция (рис. 9.9,а). Такое сечение облегчает строительство канала и уход за его откосами. Глубокие (свыше 3 м) кана- лы, а также каналы, проходящие в неустойчивых и слоистых грунтах (мелкозернистый песок, сильноразложившийся торф), делают параболического сечения (рис. 9.9, в). У каналов трапецеидального сечения минимальная ширина по дну - 0,4 м. Коэффициент за- ложения откосов принимают в зависимости от грунтов и глубины каналов. Уклоны дна каналов принимают равными уклону поверхности. Они должны быть такими, чтобы, каналы не размывались и не заилились. Минимальный уклон дна в каналах - 0,0005, в крупных каналах допускается 0,0002. При значительных уклонах местности строят сопрягающие сооружения - перепады или быстротоки. Для предохранения проводящих каналов от размыва крепят их откосы (реже дно). Наибо- лее распространенные виды крепления откосов: травяные или дерново-травяные ковры, пригруз- ка откосов крупнозернистым грунтом, прикрытие их стеклохолстом, пластмассой, плитами из пористого бетона, фильтрующими синтетическими тканями. Крепление дна каналов выполняется в виде гравийно-щебеночной засыпки слоем 12-15 см. Рис. 9.9. Сечения каналов открытой осушительной сети: а - трапецеидальное; б - полигональное; в - параболическое; г - искусственная ложбина Закрытую проводящую сеть – закрытые коллекторы строят из гончарных, пластмассовых, реже асбестоцементных и железобетонных труб. Правила трассирования коллекторов как для от- крытых проводящих каналов Длина коллекторов не превышает 600-800 м, уклоны 0,003-0,015. Размеры открытых и закрытых элементов проводящей сети проверяют гидравлическим расчетом в устье; выше и ниже впадения канала; в створах, по которым определяется уклон. Расчетные периоды и расходы устанавливают гидрологическими расчетами. По заданному расходу определяют размеры поперечного сечения канала. Скорость движения воды (V) в канале должна удовлетворять неравенству: V min < V < V mах где минимально допустимая скорость (из условий заиления и зарастания) V min =0,3-0,4 м/с. Минимальные диаметры коллекторов из керамических труб 75...100 мм, из пластмассовых 75 мм. Диаметры бетонных и железобетонных труб 600...900 мм, пластмассовых – до 150 мм. Ограждающая сеть в осушительной системе представлена нагорными и ловчими канала- ми, закрытыми дренами, а при намывном ТВП дамбами; иногда для ограждения территории целе- сообразно применять мероприятия, входящие в противоэрозионный комплекс. Нагорные каналы предназначены для перехвата поверхностных вод, поступающих на осу- шаемую территорию; ловчие каналы (или дрены) - для перехвата грунтовых вод. Иногда эти функ- ции совмещены в нагорно-ловчих каналах (рис. 9.10, 9.11). 38 Рис. 9.10. Перехват поверхност- ных вод нагорным каналом: 1 — нагорный канал; 2 — кавальер вы- нутого грунта; 3 — эродированный склон Рис. 9.11. Схема расположения в плане нагорных каналов: 1 - сплошной нагорный канал; 2 - прерывистый нагорный канал; 3 - транспортирующие собиратели; 4 - магистраль- ный канал; 5 - горизонтали Каналы ограждающей сети устраивают вдоль верх- ней границы осушаемой территории. Длина их доходит иногда до 8-10 км. Глубина нагорных каналов не превыша- ет 1-1,2 м, уклон не менее 0,0005. Нагорно-ловчие каналы отличаются большей глу- биной, которая должна быть достаточной для требуемого понижения уровня грунтовых вод в зоне действия канала. При крутых склонах, большом объеме поверхностного стока, напорном ТВП устраивают два параллельных канала: глубокий (ловчий) и мелкий (нагорный). Ловчие каналы устраивают глубиной до 3 м. Если осушаемый объект - торфяник, то дно ловчего канала (или ловчая закрытая дрена) должно располагаться на 0,2-0,5 м ниже подошвы торфяника. Дно и откосы ловчих каналов необходимо крепить, особенно в местах сосредоточен- ного выклинивания грунтовых вод. Ограждающей сетью на поймах служат дамбы, рассчитываемые на предохранение осушае- мой территории от затопления паводковыми водами. 9.2. Сооружения на осушительных системах Для обеспечения нормальной работы осушительные системы оборудуют гидротехнически- ми, дорожными, природоохранными и эксплуатационными сооружениями и устройствами. Сооружения на открытых осушительных каналах, по назначению делят на пять групп: 1) регулирующие – предназначены для регулирования уровней и расходов воды в каналах; применяются на осушительно-увлажнительных системах и осушительных системах с предупреди- тельным шлюзованием; к ним относятся различные шлюзы-регуляторы; 2) переездные – обеспечивают переезд через каналы и реки; к ним относятся мосты, труб- чатые переезды и пешеходные мостики; 3) сопрягающие – предназначены для сопряжения на различных уровнях двух участков ка- налов (перепады и быстротоки); 4) природоохранные – применяют для охраны животного и растительного мира, рекреаци- онных и других целей; к ним относятся водопои, отстойники, охранные зоны на водотоках и пр.; 5) эксплуатационные – обеспечивают контроль и управление водным режимом почвогрун- тов на системе; к ним относятся: гидромелиоративные створы с наблюдательными скважинами, гидрометрические посты, водомеры, средства связи и управления. Сооружения различного назначения следует по возможности совмещать (шлюзы-регуляторы с переездами, перепадами и пр.). Русловые шлюзы на магистральных каналах проектируют в створах, имеющих наилучшие условия командования для подачи воды в осушительную и увлажнительную сеть. На осушитель- ных системах с предупредительным шлюзованием русловые шлюзы создают подпор воды в кана- лах, расположенных выше шлюзов. Устья применяют для сопряжения закрытых коллекторов с открытыми каналами; они включают в себя концевую часть дренажного коллектора длиной 1,5-2,0 м, усиленную обычно ас- бестоцементной трубой, и закрепленный участок откоса канала в месте выхода коллектора. |