§ 15. Проектирование лесоосушительных работ

Цель занятия: разработка проекта осушения переувлажненного участка леса (размещение и расчет сети открытых осушительных каналов).

Исходные данные: таксационная характеристика участка (тип леса, воз­раст, класс бонитета, полнота), характеристика почвогрунта (тип заболачи­вания, мощность торфяного слоя, степень разложения и др.), план участка в масштабе 1:10000 с сечением горизонталей через 0,25—0,5 м, площадь участка (1500—2000 га).

Материалы и оборудование: миллиметровая бумага и калька, чертеж­ные принадлежности, планиметр.

В вводной части пояснительной записки к проектной работе необходимо указать местонахождение объекта осушения, его границы, дать характеристику объекта мелиорации, т. е. опи­сать ландшафт заболоченных урочищ, их рельеф, гидрографи­ческую сеть, климат, почвы, растительный покров.

Лесные земли осушают преимущественно открытыми кана­лами. Составными элементами открытой осушительной сети обычно являются: водоприемник, проводящая и регулирующая сети, оградительные рвы, а также сооружения на сети в виде мостов, труб-переездов, перепадов, быстротоков, креплений от­косов. Водоприемником, принимающим воду из всей, в боль­шинстве случаев многоярусной, системы осушительных кана­лов, могут служить реки, речки, ручьи, озера, иногда овраги, пласты водопроницаемого грунта (песка), залегающие на неко­торой глубине в земле под менее проницаемыми грунтами. Водоприемник может находиться в пределах осушаемого мас­сива или вне его границ. Проводящая (транспортная) сеть со­стоит из магистральных каналов и транспортирующих собира­телей, через которые вода из наиболее густо расположенных каналов, образующих регулирующую сеть, поступает в водопри­емник. Регулирующую сеть образуют каналы, в которые посту­пают поверхностные и избыточные почвенно-грунтовые воды с межканавных полос. Каналы регулирующей сети называют осушителями. Оградительные или контурные рвы в виде нагор­ных, ловчих и пограничных каналов перехватывают поверхност­ные воды, стекающие на осушаемый земельный массив с господствующих над ним заболоченных или незаболоченных участ­ков местности, или потоки грунтовых вод, которыми в естест­венных условиях питаются осушаемые болота.

Размещение осушительной сети на плане. При размещении осушительной сети на плане учитывают рельеф территории, мощность торфяной залежи, причины избыточного увлажнения почвы, цель осушения, расположение просек и дорог. Магист­ральные каналы направляют по основным понижениям местно­сти — ложбинам и тальвегам.

Осушители для обеспечения более полного перехвата почвенно-грунтовых и поверхностных вод располагают под острым углом к горизонталям местности. Величина угла зависит от уклона дневной поверхности: чем больше уклон поверхности, тем острее угол. Каждый осушитель должен иметь достаточный уклон дна. Для осушителей допустимы уклоны, изменяющиеся в диапазоне 0,0005≤i≤0,1. Оптимальными считаются уклоны порядка 0,001—0,005.

Расстояния между осушителями на территории гослесфонда устанавливают по таблице технических указаний (ТУ) по осу­шению лесных площадей, разработанных Союзгипролесхозом. В среднем они составляют около 200 м. Установив ориентиро­вочно ширину межканавных полос, на плане размещают регу­лирующую сеть, для чего всю подлежащую осушению площадь покрывают сетью осушителей; при этом между всеми осушите­лями выдерживают рекомендуемое расстояние. Длины отдель­ных осушителей должны быть не менее 100 м и не более 1—1,5 ка. Углы поворота осушителей в плане и углы примыкания их к проводящим каналам могут составлять от 45° до 90°. Осушители должны, возможно, меньше препятствовать съезду транспортных средств с дорог (просек) на межканавные поло­сы и меньше их пересекать.

Транспортирующие собиратели располагают применительно к принятому размещению осушителей, главным образом по квартальным просекам, с их верховой стороны. При таком рас­положении собирателей просеки будут защищены от притока на них поверхностных вод и потому могут служить более на­дежными путями передвижения транспорта. Транспортирующие собиратели должны впадать в магистральные каналы под ост­рым углом в 60—80°. Углы поворота проводящих каналов не должны превышать 60°. Угол впадения каналов в водоприемник около 60°. На рис. 13 показано примерное размещение осуши­тельной сети в двух различных по рельефу кварталах.

Глубины каналов разного порядка. Существенными морфометрическими элементами любого осушительного канала явля­ются его проектная глубина, которую придает ему при отрывке земснаряд, и установившаяся глубина, которую принимает канал после того, как в результате осушения торфяной залежи произойдет ее осадка (табл. 13, по ТУ).

Глубины проводящих каналов предопределяются основным принципом вертикального сопряжения младших каналов со старшими, заключающимися в том, что дно младшего канала должно выводиться на уровень бытового горизонта воды в старшем канале (рис. 14). Бытовая глубина в проводящих каналах с площадью водосбора менее 500 га в транспортирую­щих собирателях составляет 0,15—0,2 м; в магистральных кана­лах — 0,2—0,3 м. Для магистральных каналов, а также водо­приемников при их регулировании, допускаются уклоны дна от 0,0002 до 0,005; для транспортирующих собирателей и огради­тельных каналов от 0,0005 до 0,005 и для осушителей — от 0,0005 до 0,01.

Гидрологическая характеристика объекта мелиорации. За­дачей гидрологических расчетов является определение расчет­ных и поверочных расходов для мелиоративных каналов и сооружений. При проектировании лесоосушительных меро­приятий гидрологические расчеты ведутся для характерных пе­риодов стока: весеннего половодья; летне-осенних паводков; меженного периода.

Размеры осушительных каналов на лесных землях устанав­ливают в расчете на сброс летне-осенних паводков 25% обеспе­ченности и бытового стока 50% обеспеченности. Запроектиро­ванные каналы не должны подвергаться размыву при пропуске расходов талых вод 25% обеспеченности. Для расчетов прини­маем: модуль летних паводков — g_л.п25%=0,35—0,8 л/с на 1 га; модуль весеннего половодья — g_т.в25%=1—1,5 л/с на 1 га; бытовой модуль стока — g_быт=0,035 л/с на 1 га.

Расчетные расходы. Каждому из указанных выше периодов работы ме­лиоративных каналов соответствуют некоторые расчетные значения расхо­дов воды. Эти значения устанавливаются умножением исчисленных модулей стока на площади водосборов, замыкаемой расчетными створами каналлов. Например, для магистрального канала в его устьевом створе, замыкающем водосборкую площадь, FQ_л.п25% =g_л.п, где Q — расход воды, g — модуль стока, F — площадь водосбора.

Гидравлические расчеты мелиоративных устройств. Задачами гидравли­ческого расчета осушительных каналов являются определение размеров поперечных сечений каналов, проверка скоростей течения воды в них и увязка расчетных горизонтов воды в каналах разного порядка.

Для выполнения гидравлического расчета любого канала должны быть заранее установлены: расчетные расходы воды; устойчивая форма поперечного сечения канала; уклоны его дна согласно продольному профилю; рас­четное положение горизонта воды в канале относительно его бровок при сборе того паводка, при котором недопустимо переполнение канала.

В лесах хозяйственного значения при расчете каналов на пропуск рас­ходов летних паводков, глубину наполнения принимают на 0,2—0,4 м мень­ше их установившихся глубин. Гидравлический расчет каналов производится в характерных местах: в устье канала; выше и ниже впадения каждого гидравлически рассчитываемого канала; выше и ниже точки изменения уклона дна.

Проектируя канал трапецеидального профиля, определим ширину его дна. В основу расчета положим основное уравнение равномерного движения жидкости: Q=WC√RY, где Q=Q_л.п25% — расчетный выход; W=(b+mh)h — площадь живого сечения потока в канале (рис. 15); m — коэффициент залежания откосов (m = ctgα=d/T), который для проводящих кана­лов в сфагновом торфу может быть принят равным 1; R=W/χ — гидравли­ческий радиус потока воды в канале, м; χ=b+2√l+m²h^l=b+m^lh — смоченный периметр канала, выражаемый так же, как b и h, м; m' = 2√1+m²; С — коэффициент Шези, численные значения которого даются в справочных таблицах в зависимости от гидравлического радиуса и коэффициента шеро­ховатости канала (см. учебник: X. А. Писарьков, А. Ф. Тимофеев, Б. В. Бабиков, табл. 25, Гидротехнические мелиорации лесных земель); Y — уклон дна канала. Задача решается методом подбора или графоаналитически.

Осушение лесных земель открытой сетью каналов наиболее дешевый способ, быстро окупается и в совокупности с лесными и гидротехническими мелиорациями является мощным фактором повышения продуктивности лесов. Осушение дренажем (гончарный дренаж, дренаж из деревянных труб, фашинный жердянок и др.), а также особые виды осушения с меха­нической откачкой воды, вертикальный дренаж, кольматаж и др.) в лесном хозяйстве применяются редко.

Контрольные вопросы

1. Как проводится разбивка территории землепользования на противоэрозионные зоны?

2. Какие особенности размещения различных защитных насаждений (по­лос) на территории землепользования?

3. Как рассчитывается ширина водорегулирующей полосы?

4. Какие основные факторы влияют на выбор схемы насаждений?

5. Какие технологические особенности имеются при создании и выра­щивании полосных и массивных лесных насаждений?

6. Из каких элементов состоит открытая осушительная сеть?

7. Какие уклоны рекомендуются для различных каналов?

8. Что такое модуль стока и его значения для различных фаз?