Бабиков Б. В. Гидротехнические мелиорации (2002)
.pdfБ.В. БАБИКОВ
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ
МЕЛИОРАЦИИ
Реко.нендовано
учебно-.нетоОuчеСЮL:\l объедZlflеl-lllе.н ,НlIнооразовШ/llЯ рф
в "ачестве учеБНlIка
для студентов GblCUlllX учебных заведенuй, обучаlOЩ1L\СЯ по наnравлеflll/О
«лесное хозяйство 1I лаllдuшфтное строительство».
3-е издание, переработанное и дополнеНllое
Санкт-Петербург
2002
УДК 630.651.7'8.
Бабиков Б.В. Гидротехническис I\'lслиорации: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - СПб.: ЛТА, 2002.
Г1риведены основныс положения гидрологии, ГИДIЮi\IСТРИИ и неоБХОДИi\'IЫС ')JIC-
\-Iеl-ПЫ гидравлики. Рассмотрены объекты и способы ОСУIIIСIIИЯ JICCllblX зсмеJIЬ и дре
нирования объектов саДОВО-lIаркового н ландшафтного СТРОl1телы;тва. Дано обо
снование и основы просктировання ОС)'IШ1: СI\'IЫХ ЗС~(СЛI). Г!оказаllО ВО'3действие осу ШСI-lИЯ на окружающую среду. Расс!\,ютрены особеНIIОСТИ строительства объектов
обводнения 11 способы орошения. Приведсны свеДСIIllЯ о борьбе <.: водной ЭРО'3исЙ.
Табл. 44, ИЛ.I 02, бибJI. 37 нюв.
r е ц с н '3 е 11 ты:
доктор тсхнических наук, профессор ЕД. Сабо
доктор ССJlЬСКОХО'3ЯЙСТВСННЫХ наук, профессор
В.В. Пахучuй
:(; ГО<.:У;lарственная .IIССОТС.\III'l'lсская ака:lеi\IIIЯ, 2()О2,
:{:, Ь.I3 . Ijа6икон, 2002 .
ПРЕДИСЛОВИЕ
Слово "мелиорация" происходит от латинского «улучшение» и
включает систему мероприятий, направленных на улучшение со
стояния 'Земель. Последнее может осуществляться ра'Зличными l\'le-
тодами и приемами. В зависимости от этого получаем название и
вид мелиорации. В условиях избыточного увлажнения почв приме няют осушение, а при недостатке влаги - орошение. Это гидротех нические мелиорации. Они включают комплекс мероприятий, на
правленных на регулирование водного реЖИl\ta почв.
Улучшение состояния 'Земель может носить и другую направлен ность. На обширной территории юга России большой ущерб нано
сят овраги. При борьбе с ними применяют специальные гидротехни
ческие мероприятия и сооружения. Гидротехнические мероприятия
используют также при борьбе с оползнями, при абразии и эрозии
берегов рек. Указанные мероприятия, виды работ, приемы и методы
изучаются в курсе "Гидротехнические мелиорации".
Есть и другие виды мелиорации. С целью повышения плодо
родия почв могут применяться удобрения, или химические мели
орации. Для борьбы с суховеями и засухами создают полезащит ные полосы. Это так называемые лесные мелиорации (агролесо мелиорация). Эти виды мелиораций изучают в других учебных
дисциплинах.
Настоящий учебник по сравнению с предыдущим изданием (1993 г.)
переработан и существенно дополнен новыми материалаi\Н1 и разде
лами. Поскольку наиболее часто осушаемыми землями являются болота, то подробно рассмотрены виды заболачивания, образование и трансформация болот и их ГИДРОJlОГИЯ. На основе новых исследо
ваний рассмотрена устойчивость древостоеrз на осушенных 'Землях.
Гидротехнические i\'lелиорации ПРИiVlеняют не только в лесном,
но и в саДОI30-паРКОВОi'v1 хо'Зяйстве и ландшафТНОI\! строительстве.
Поэтому в предлагаемом учсбнике, KpOi\'le общих сведений о дре нажс, рассJVЮТРСНЫ особеllНОСТИ дренирования '13рков, бульваров
3
и скверов, городских ДОРОI~ спортивных площадок и площадок для
отдыха.
В разделе водоснабжения показана специфика устройства водо
сбросных сооружений парковых плотин, а таюке рассмотрено уст
ройство копаных прудов.
Знания, полученные в курсе гидромелиорации, необходимы при
изучении других специальных дисциплин, таких, как лесные пи
томники и культуры, лесоводство, лесоустройство, лесная такса
ция, пирология, древесиноведение, цветоводство и древоводство,
садово-паРК0вое строительство.
Учебник предназначен для студентов высших учебных заведе ний, обучающихся по специальностям «лесное хозяйство», а также
«садово-парковое и ландшафтное строительство».
Автор выражает глубокую благодарность рецензентам проф. Е.Д. Сабо и проф. В.В. Пахучему за ценные замечания, позволив шие улучшить содержание учебника, а таюке доценту Л.С. Ветро
ву и инженеру Е.Я. Гриньковой за подготовку учебника к печати.
Особую благодарность автор приносит Нине Владимировне Баби
ковой.
•
ВВЕДЕIПIЕ
Гидротехнические мелиорации имеют давнюю историю. Самый
древний вид гидромелиорации - обводнение и орошение. По сооб
щению Геродота, царь Мин (Менес) около 3000 лет до н. э. пост роил на Ниле плотину высотой 15 м и отвел реку в канал.
Работы по осушению земель начали проводить довольно давно. В России они впервые были осуществлены в начале ХУНI века в окрес тностях Петербурга. Выполнялись они главным образом для улучше ния вида посещаемых населением мест. Осушение лесных земель было впервые предпринято в России в 30-40-х годах XIX века. Наиболее
значительные осушительные работы были выполнены в Лисинской лесной даче Лисинскоro учебного лесничества Петербургского лесно
го института. В частности, в l841-l843 годах здесь было осушено бо лото Суланда, где в настоящее время произрастает сосново-еловый древостой 1-11 класса бонитета. В l846 году воспитанник Петербург
ского лесного института И. r. Войнюков для 1 отделения Лисинской дачи (Хейновское болото) составил первый в мире прое",. осушения
лесных земель на основе нивелировки местности, химических иссле
дований почв, оценки состояния древостоя и прогноза ожидаемого
эффекта осушения. Сопоставляя этот проект с прое",.ами наших дней, можно увидеть в нем прообраз современного проекгирования. На вы ставке в Париже прое",. Войнюкова получил Золотую меда.J1Ь. На осу шенном по этому проекту Хейновском болоте в настоящее время про израстают хвойные древостои 1-111 класса бонитета.
Наибольшее развитие работы по осушению заболоченных зе
меЛl~ получили в XIX веке, в 1873-l894 годах. В этот период рабо
тали две экспедиции по осушению болот - Западная под руковод
ством генерала И. И. Жилинского И Северная, возглавляемая вице инспектором Корпуса лесничих И. К. Августиновичем. Западная
экспедиция выполняла проектирование и строительство осушитель
ных систем в ПолеСL,е, в Рязанской, Владимирской, Московской И
Тверской губерниях. Северная проводила осушение в Олонецкой,
5
Петербургской, Новгородской , Псковской гуоеРI-IИ}IХ и Гlрибалти
ке. Часть спроектированных И построеНIII,IХ ОСУШИТСЛЫIЫХ систеi\1
сохранилась И действует до настоящего времени. В цеЛОi\'1 осуше ние земель продвигалось медленно. До середины ХХ века в лес ном фонде России было осушено около 300 тыс. I'а зеl\lель.
Наиболее интенсивно осушительны e работы стали развиваться
в конце 50 - начале 60-х годов ХХ века, а особенно после обрс130ва ния в 1965-1969 годах лесных машинно-мелиоративных станций
(ЛММС). В настоящее время площадь осушенных земель в лесном
фонде России составляет около 4 млн. га, общая же площадь забо
лоченных земель и болот - около 250 млн. га.
Развитие гидромелиоративных работ основывалось на научных исследованиях, Наиболее существенный вклад в ГИДРОi\lелиоратив
ную науку внес академик Александр Давыдович Дубах. Первые его
работы опубликованы еще в 1908 году За 40 лет научной и педагоги ческой деятельности им сделано очень много. Почти на полвека orle-
редив последователей, Дубах заложил основы большинства совре
менных исследований по ГИДРОl\rелиорации. В 1914 году он BeJ~eT
изучение норм стока и предлагает расчеты осушительных каналов.
В 1922 году изучает проблему регулирования водного режима зе мель Полесья. В 1929 году публикует исследования стока по ма лым рекам и выполняет работы по выявлению влияния осушения
на водный режим рек. В 1936 году Дубах определяет новое направ
ление изучения эффективности осушения, публикует работу "Вли
яние осушения на прирост древесины", занимается изучением ди
намики грунтовых вод в лесу и определяет первые придержки по
нормам осушения. В 1938 году ведет разработку проблемы водоре
гулирующей роли леса и размещения лесов в бассейнах рек. В 1944
году по результатам многолетних исследований Дубах издает кни
гу «Гидрология болот», не утратившую своего значения и сегодня .
Дубах является основателем учебного курса «Гидротехнические ме
лиорации». В 1931 году он готовит учебное пособие по этому курсу
•
для студентов сел~скохозяйственных и лесных вузов. В 1934 п)ду
им издан первый учебник для студентов В)'''З0В «Гидротехнические
мелиорации JleCHblX зеi\lель», переизданный в 1944 году
Большие работы по теории и практике гидромелиорации выпол нены академиком Л. Н . Костяковым. Его многолетние исследова ния позволили ПОДГОТОВIЛЪ учебник «Основы J\lелиораций», выдер-
6
~" r
жавшии шесть издании, последнее из которых оыло осуществлено
в 1960 голу. Многие положения в гидромелиоративной науке, при
веденные в этой книге, не утратили своего значения и в наСТОЯIJ~ее
время.
Неоценим вклад в ГИДРОi\'lелиоративную науку, практику и под готовку кадров профессора Харитона Алексеевича Гlисарькова, проработавшего в Ленинградской лесотехнической акадеl\!ИИ око
ло 45 лет. Писарьковым i\'IHOrO сделано в области теории действия
осушительных систем, выделены виды водного питания осуши
тельных каналов, предложены формулы для расчета каналов и рас стояний между осушителями, для определения коэффициентов
фильтрации и др. На основе многолетних исследований в лесных насаждениях Лисино установлены нормы осушения для основных
лесообразующих пород в зависимости от возраста древостоя и ха
рактера почв. Совершенствовался и учебный курс. Х. А. Писарько
вым совместно с А. Ф. Тимофеевым в 1957 году был издан учебник по курсу гидромелиорации, переизданный в 1964 и 1968 годах. С
ПРИХОдОI\'! Писарькова на преподавательскую работу в Лесотехни
ческую академию началось регулярное издание методической ли
тературы для студентов высших учебных заведений. Ученики Пи
сарькова развили идеи учителя, возглавив крупные научные кол
лективы.
Наиболее часто осушаеl\lЫМИ объектами являются болота. Стра
тиграфия болот и строение почвенного профиля отличаются от строения профиля минеральных земель. Своеобразна и их гидро
логия. Последняя в значительной степени разработана професса рами К. Е. Ивановым и В.Д. Лопатиным. Ими выделено наличие
двух различных горизонтов в строении торфяной залежи - деятель
ного и инертного, в значитеЛbl-ЮЙ степени определяющих сток с
~ ~
оолот, величину понижения грунтовых вод и ооеспечение HOPI\! осу-
шения.
Развитие гидромелиорации основывалось на исследоваllИЯХ ре
зультатов осушения . Первые такие работы выполнены в Лисинс
КОi\'lлесничестве леСНИЧИi\\ д. М. Кравчинским. Его выводы, полу ченные на основе изучения результатов осушения и опубликован
ные в 1908-1912 годах, Гlослуж:или основой для ДШII)I-Iейших иссле
дований Х. А. ПисаРhкова и П. И. Давыдова, выполненных на Постоянных пробных 1'lJlOщадях в Лисина, и М. П. EJlnaTbeBCKoro-
7
.1
вЛенНИИЛХ. Вообще работы НИИ лесного хозяйства (ныне СПБНИИЛХ) - определенная эпоха в гидромелиоративных иссле дованиях. Существенна роль в этом профессора В. К. Константи нова. Значителен вклад в гидромелиорацию института «СОlOзгип ролесхоз» и, в частности, профессора Е. Д. Сабо. Его исследования
вразличных зонах России позволили уточнить оценку эффектив ности осушения. Сабо является пионером внедрения вычислитель
ных машин в проектирование осушительных систем.
С течением времени исследования результатов осушения с эпи зодических 2-З-летних перешли в стадию стационарных. Прекрас
ные стационары созданы учеником Х.А. Писарькова С. э. Вомпер ским - директором Института лесоведения РАН (Западно-Двинс
кий стационар).
Стационарные исследования проводятся с 1961 года и кафедрой
почвоведения и гидромелиорации C.-ПетербургскоЙ лесотехничес
кой академии под руководством проф. Б. В. Бабикова. Сотрудника ми кафедры создано в Ленинградской области три стационара: Уша
кинский и Тосненский (см. форзац) в лесхозе Лисинского лесного колледжа и Малиновский в Лисинском учебно-опытном лесхозе.
В настоящее время гидромелиорация является важным направ
лением в лесной отрасли, обеспечивающим повышение продуктив ности лесов и стабилизацию их состояния. Не обойтись без гидро
мелиорации и в садово-парковом строительстве, и в ландшафтном
хозяйстве.
•
Раздел 1
ГИДРОЛОГИЯ, ГИДРОМЕТРИЯ, ГИДРАВЛИКА
Глава 1
ГИДРОЛОГИЯ СУШИ
r и д р о л о г и я - наука, изучающая гидросферу, ее свойства,
протекающие в ней процессы и явления во взаимосвязи с атмосфе
рой, литосферой и биосферой. Гидрология занимается изучением
природных вод, их распространениеl\'l по зеi\'IНОЙ поверхности и в толще почвогрунтов, выявлением процессов, явлений и закономер
ностей, по которым эти процессы и явления развиваются. Раздел
гидрологии, где рассматриваются закономерности распространения
поверхностных вод, процессы и явления, протекающие в них, на
зывается гидрологией суши.
r и д р о м е т р и я - раздел гидрологии рассматривающий
методы измерений гидрологического ре:ж:има водных объеh."ТОВ.
1.1. Водные ресурсы земли и IIХ фОРМllроваНllе
Общий объем воды на земном шаре составляет около 1338 млн. км3 .
Основной ее запас (96,5 о/о) находится в Мировом океане. В :жиз
ни человека наибольшую ценность представляют пресные воды .
Ледники и постоянный снежный покров содержат 24,1 млн. км3
пресной воды, Т.е. около 69 % общих ее запасов. Свыше 50 o/t)
(10,5 млн.км3) пресной воды сосредоточено в почвогрунтах (под земные воды). Пресные озера России содержат около 28 тыс. км-' воды, из них 25 тыс. км3 в озере Байкал. Вода в болотах составляет около 12 тыс. км3 , или 0,03% запаса пресных вод. Годовой сток рек
нашей страны составляет 4720 км3 в год. В руслах рек России еди новременно находится около 500 KI\" 3 воды.
:Круговорот воды в природе. Вода в природе под влияние!\1
солнечной радиации, вызывающей испарение, и силы земного
9