2.2. Организационно-хозяйственные мероприятия.

- составление схем и проектов противоэрозионных мероприятий (сначала – схема по области или республике, затем – водосборным бассейнам, далее – внутрихозяйственные мероприятия);

- обеспечение претворения запроектированных мероприятий в жизнь;

- контроль за осуществлением мероприятий;

- противоэрозионная организация территории севооборотной площади.

Следует пересмотреть установившуюся специализацию и структуру посевных площадей, учитывая наличие трудовых ресурсов, способность растений защищать почву от смыва и изменения в различные фазы вегетации растений. Это позволит подобрать для борьбы с весенним стоком воды такие виды растений, которые лучше скрепляют почву весной, а для борьбы с ливневыми осадками – такие, которые достигают максимального развития в период ливней.

Возможно полосное размещение культур – полосами размещают с/х культуры с различным почвозащитным действием и.т.д.

2.3. Агротехнические (агромелиоративные) мероприятия.

- фитомелиоративные приемы (защита с помощью растительности).

Важно проведение всех полевых работ на склоновых землях в определенные сроки, учитывая экспозицию склонов, смену почвенного покрова, влажности и температуру почвы на различных участках. Пашня на крутых склонах отводится под постоянное залужение многолетними травами.

- приемы противоэрозионной обработки почв;

К ним относятся: контурная обработка почв с сохранением стерни, полосное глубокое рыхление почвы, щелевание почвы и др.

- специальные приемы задержания снега и регулирование снеготаяния. (посев высокостебельных культур, расстановка щитов, валкование снега, его полосная укатка и задержание).

- применение удобрений (агрохимические приемы) резко повышает урожай возделываемых культур, существенно увеличивая почвозащитную роль растительного покрова и скорость восстановления эродированных почв.

- контурная обработка почвы различными препаратами (агрофизические приемы) производится поперек линий склонового стока. Используются различные препараты; полимеры – структурообразователи, латексы (водные дисперсии синтетических полимеров) и др.

2.4. Лесомелиоративные мероприятия – применяются во многих случаях, когда агромелиоративных мероприятий недостаточно; при особенно сильных ливнях или интенсивном снеготаянии.

- противоэрозионные лесные, кустарниковые и лесокустарниковые полосы, закладываемые поперек склонов;

- водозащитные лесные и кустарниковые насаждения вокруг водоемов, прудов, по берегам рек.

Основное назначение – очистка вод склонового стока от транспортируемых наносов.

- приовражные лесные полосы;

- насаждение леса и кустарника по откосам и днищам оврагов.

- облесение склонов – сильно размытых и очень крутых, не пригодных для сельхозиспользования.

Древесные породы подбирают применительно к почвенно-климатическим условиям.

2.5 Гидротехнические мероприятия – весьма дорогостоящи, они применяются только тогда, когда недостаточно организационно-хозяйственных, агротехнических, лесомелиоративных мероприятий.

Гидротехнические сооружения (ГТС) устраивают

* перед вершинами,

* в вершинах,

* по дну оврагов,

* по берегам рек,

* непосредственно на водосборной площади.

В вершинах оврагов сооружения предназначены для задержания их роста.

Противоэрозионные гидротехнические мероприятия являются составной частью почвозащитного комплекса. Гидротехнические сооружения обычно связаны со сравнительно большими затратами средств на их создание; поэтому они применяются только тогда, когда для предотвращения эрозии недостаточно организационно-хозяйственных, агротехнических и лесомелиоративных мер.

Притивоэрозионные гидротехнические сооружения устраивают перед вершинами, в вершинах, по дну оврагов, по берегам рек, а также непосредственно на водосборной площади.

Сооружения, которые устраивают в вершинах оврагов, предназначены для задержания их роста: это

* быстротоки,

* перепады,

* консольные сбросы.

Закрепление дна оврагов осуществляется посредством строительства различных запруд.

А на водосборной площади и перед вершинами для задержания или безопасного сброса поверхностного склонового стока устраивают

* валы-террасы с широким основанием,

* водозадерживающие валы,

* распылители стока,

* водоотводные валы (нагорные канавы).

Противоэрозионные гидротехнические сооружения бывают земляными, из хвороста, дерева, камня и бетона. В последние годы получили широкое распространение сооружения из сборного железобетона. Земляные сооружения имеют ряд элементов, подверженных размыву водой, поэтому они нуждаются в проведении укрепительных работ, чтобы избежать преждевременного разрушения. При устройстве сооружений из бетона и сборного железобетона следует строго соблюдать соответствующую технологию.

Одним из видов противоэрозионных гидротехнических сооружений являются валы-террасы с широким основанием. Обычно они представляют собой параллельно расположенные на склоне, горизонтальные, обрабатываемые валы, не препятствующие комплексной механизации полевых работ. Высота валов 0,3...0,6 м, ширина основания не менее 10...12-кратной высоты вала, расстояние между ними от 20 до 50 м в зависимости от их высоты, уклона местности и водопроницаемости почвы. Концы валов поворачивают вверх по склону под углом 110...130 градусов и постепенно сводят на нет. Заложение принимается в зависимости от крутизны и вида откоса (верховой откос выемки, мокрый или сухой - насыпи) в пределах от 1:4до-1:10.

В условиях избыточного увлажнения и при наличии тяжелых маловодопроницаемых почв для уменьшения скорости стекания поверхностных вод делают наклонные террасы. Они представляют собой валы с широким основанием (в поперечном сечении 3...6 м), создаваемые путем сдвигания земли с одной или двух сторон. Высота вала и глубина прудка колеблются от 0,3 до 0,6 м. Их сооружают на склонах до 8°, т. к. на более крутых склонах они мало эффективны. Выемку у террас делают широкой, с малым уклоном. Террасы устраивают под некоторым углом к горизонталям, с небольшим продольным уклоном, чтобы сбросить часть воды, а часть стока перевести в почвогрунт. Уклон выемки наклонной террасы делают переменным для предотвращения размыва при стоке задержанной воды. Он должен быть не более 0,005 в сторону водосброса.

Ступенчатые террасы. Они сооружаются для интенсивного использования крутых склонов под ценные многолетние культуры с механизированными обработкой почвы и уходом за растениями, а также - задержания стока со склона и защиты почв от эрозии, и представляют собой непрерывные, вытянутые по горизонтали (или с допустимым уклоном вдоль полотна) площадки той или иной ширины. Механизм противоэрозионного действия террасирования основывается на уменьшении скорости движения воды и увеличения поглощения воды почвой. Не каждый склон пригоден для террасирования. На песчаных породах террасы оказываются непрочными, на каменистых и плотных породах они обходятся слишком дорого. На склонах сложной конфигурации, где направление падения склона и его крутизна меняются на протяжении 30...40 м, делать террасы очень трудно. Ступенчатые террасы состоят из полотна, выемочного и насыпного откосов. Расстояние между насыпным откосом верхней террасы и выемочным откосом нижней террасы называется бермой. В поперечном сечении полотно террасы может быть горизонтальным, иметь прямой (в направлении склона) или обратный уклон. Горизонтальные террасы наиболее удобны в эксплуатации, однако, на склонах, крутизна которых меняется в поперечном направлении, ширина полотна оказывается непостоянной, что приводит к образованию клиньев.

Траншейные террасы. Для борьбы с эрозией и селями при облесении крутых (до 35...40 градусов) склонов используются траншейные террасы (террасы-канавы). Они состоят из траншей, вытянутых строго по горизонталям, и валов из вынутой почвы, расположенных вдоль нижних краев канав. Деревья высаживают в нижней части насыпного откоса, в относительно лучших лесорастительных условиях.

Еще одним видом противоэрозионных сооружений являются водозадерживающие валы. Такой вал представляет собой земляное сооружение, состоящее из вала и корытообразной выемки. Объем вала обычно равен объему выемки. Валы строят трапециевидной формы высотой 0,8...2 м (иногда до 3 м), шириной по гребню от 0,5 до 2,5 м. Глубина выемки находится в пределах 0,5...1,3 м. Заложения откосов вала принимаются с учетом связности грунтов и возможности максимальной механизацией строительного процесса. Строительная высота вала обычно на 5- 10% больше проектной, т. к. он дает осадку.

Водозадерживающие валы применяют, главным образом, для приостановки роста оврагов. Их размещают на приовражном участке по горизонталям выше растущей вершины оврага, а также на водосборной площади с целью задержания стока и защиты склонов водосбора от интенсивных эрозионных процессов.

Распылители стока. Они предназначены для рассредоченных водных потоков на мелкие ручейки и представляют собой валики выстой 0,3...0,5 м, размещаемые через 50... 100 м под углом 45° к тальвегу подоге ка. Продолжением валика является выводная борозда, которая перерезает местный водораздел водотока. Они создаются по естественным ложбинам, разъемным бороздам, у опушек лесополос, по полевым дорогам с уклоном 0,009 и более. Распылители стока сооружаются при помощи бульдозеров или обычных плугов в зависимости от поперечного (речного) сечения ложбин, борозд и иных форм микрорельефа, которые способствуют сосредоточению поверхностного стока.

Водоотводные валы (нагорные канавы). В практике борьбы с овражной эрозией для отвода воды от вершины оврага в задернованные балки или к специальным водосборным сооружениям применяют водоотводные валы или, что то же самое, нагорные канавы. Принятая конструкция водоотводного вала должна предусматривать максимальную механизацию всех процессов его строительства. Размеры вала определяются специальным расчетом, исходя из требования, что вал должен обеспечивать безопасный отвод максимального расхода воды. Скорость стекания воды вдоль вала не должна вызывать ни размывов, ни заиления русла. Этому условию весьма ориентировочно соответствует уклон дна канав в пределах от 0,0005 до 0,005.

Плетневые и земляные запруды. Они строятся для закрепления дна и откосов действующего оврага. Плетневые запруды рекомендуется устраивать высотой до 1 м. Устройство запруд начинают с рытья траншеи поперек русла оврага, врезаясь в откосы на 0.5... 1 м ниже уреза воды, след которого остается после прохождения водного потока по руслу. Ширина траншеи от 0,2 до 1 м, глубина не менее 0,5 м. В траншее намечают ось запруды и приготовляют рамки для кольев; расстояния между кольями 0,3 м.

Укрепительные работы на земляных сооружениях. При легких грунтах откосы и гребни земляных сооружений подвержены размыву водой, развеиванию ветром, растаптыванию людьми и животными. При глинистых грунтах они подвержены растрескиванию во время сильных морозов или большой жары: при этом, если в трещины попадает вода, начинается процесс разрушения, который может вызвать опасную деформацию сооружения. Для предохранения сооружений от разрушения принимают меры к их укреплению. Откосы выемок укрепляют тотчас же после их устройства, а откосы гребней и насыпей укрепляют после того, как грунт осядет и уплотнится. Наиболее распространенные способы укрепления: одерновка, засев травами, посадка кустарника, укрепление хворостом.

Быстротоки. Быстротоки широко используются при укреплении оврагов. Размеры и уклон быстротока определяются допустимой скоростью для материала, из которого он строится. При проектировании быстроков сравнивают уклон местности с уклоном быстротока, подсчитанным по допустимой скорости для материала, из которого намечено строить быстрок Если окажется, что уклон местности меньше уклона быстротока, то быстроток можно проводить по уклону местности и скорость его не будет достигать предельно допустимого значения. Скорости движения воды на быстротоке всегда велики, поэтому русло его всегда укрепляют плетнями, деревом, камнем, бетоном.

Перепады. При глубоких вершинах оврагов головные сооружений устраивают в виде перепадов. В перепадах поток движется частично по сооружению, частично по воздуху. В связи с этим возникает резкое изменение скоростей по величине и по направлению. Другим характерным свойством перепадов является динамичность гашения в них энергии падающей воды. Эти особенности заставляют давать перепадам большие размеры, нежели сооружениям других типов. Наибольшее распространение получили ступенчатые перепады, в поперечном разрезе напоминающие лестницу. Различают одноступенчатые и многоступенчатые перепады. Перепады, в большинстве случаев, сооружают из монолитного и сборного железобетона, реже - из дерева, камня и других местных материалов.

Консольные перепады. Строительная стоимость быстротоков и перепадов довольно высока, т. к. для гашения энергии приходится усраивать

достаточно прочную и, следовательно, дорогую водобойную часть - колодцы, гасители и т. д. Стремление к удешевлению сбросных сооружений привело к мысли об устройстве консольных перепадов, или консолей, с идеей сброса воды с большими горизонтальными скоростями непосредственно на грунт. Консольные перепады изготовляют из дерева, бетона или железобетона.

Бетонные работы при строительстве противоэрозионных гидротехнических сооружений. В особо ответственных случаях для закрепленияI вершин оврагов устраивают капитальные гидротехнические сооружения повышенной прочности: быстротоки, перепады, консольные сбросы. Эти сооружения выполняют из бетона и железобетона и только по специальным проектам. По объему и стоимости бетонные работы стоят на втором месте земляных работ при строительстве противоэрозионных гидротехнических сооружений. Столь частое использование бетона объясняется целым рядом его положительных качеств, именно: его прочностью и долговечностью, распространенностью компонентов, необходимых для его производства (камень, песок, гравий, щебень, вода), возможностью относительно легко возводить сооружения из бетона любой, сколь угодно сложной формы. Кроме того, отметим, что в соединении со сталью (арматурой) железобетонные конструкции надежно работают на изгиб и растяжение.

Для строительства гидротехнических сооружений применяют так называемый гидротехнический бетон (с плотностью 2,2...2,5 т/м3), т.е. такой бетон, который можно использовать в условиях непосредственного соприкосновения с водой, поэтому он должен обладать, такими качествами, как водонепроницаемость, водостойкость, морозоустойчивость и т. д.

Для приготовления 1 м3 бетона необходимы щебень или гравий -0,95 м3, песок - 0,45 м3, цемент - 0,18...0,4 т, вода - 0,12-0,25 м3. Все материалы должны соответствовать требованиям ГОСТов. Щебень и гравий должны быть рассортированы по крупности на фракции: 5...20; 20...40; 40...70; 70...120 (150) мм. Песок для бетона должен иметь частицы величиной 0,5...5 мм. В воде не должно быть механических примесей, а содержание растворимых соединений должно быть не более 5 г/л. Цемент должен быть соответствующей марки (200, 300, 400, 500, 600).

В отличие от большинства материалов, используемых в строительстве, цементная смесь не может быть заготовлена заранее, т. к. она не подлежит длительному хранению: после изготовления она должна быть доставлена и использована в течение 1 ...3 ч.

ЛЕКЦИЯ 4

ПЛАН

1. Гидротехнические мероприятия при восстановлении водных объектов

1.1. Методы регулирования рек.

1.2. Инженерные сооружения для регулирования русел рек:

1.3. Регулирование русловых процессов в реках с целью предотвращения отрицательного влияния подачи дополнительных расходов воды

1. 4.Мероприятия по предупреждению заиления

1.5.Противооползневые мероприятия

2. Природоохранные мероприятия в бассейнах рек, способствующие уменьшению русловых деформаций.

3. Противофильтрационные мероприятия.

1. Гидротехнические мероприятия при восстановлении водных объектов

Снизить уровень негативных последствий от неуправляемых изменений в жизни реки можно путем ее общего регулирования, т.е. искусственного изменения в нужном направлении режима речного потока и его русла. При общем регулировании реки на всей ее длине должно установиться соответствие между размывающим действием потока и сопротивлением грунтов размыву, наносотранспортирующей способностью потока и количеством наносов, попадающих в реку с площади водосбора. При выполнении этих условий русло реки будет устойчивым, т.е. ни на одном участке реки не будет ни размывов, ни отложений наносов.

Под «благополучным состоянием» экосистемы реки как основы для оценки результатов восстановительных работ понимают то состояние, которое имеют природные, не нарушенные деятельностью человека и не видоизмененные экосистемы рек.

Превращение русел рек в каналы нежелательно. Реки должны быть извилистыми, иметь характерные очертания, чередование быстротоков и заводей, плесов и перекатов.

Формирование устойчивого русла реки по всей ее длине, что является конечной целью общего регулирования, происходит достаточно медленно и требует крупных капиталовложений. Поэтому, в реальных условиях производят регулирование отдельных участков реки с целью решения конкретных задач, выдвигаемых различными отраслям народного хозяйства: водоснабжения, охраны вод, мелиорации рыбоводства.

1.1.Методы регулирования рек.

1) устройство русловыправительных сооружений;

2) подача дополнительных расходов воды;

3) увеличение пропускной способности реки (спрямление, расчистка, дноуглубительные работы);

4) разгрузка реки с помощью отвода части расхода по сбросным или обводным каналам в другие водотоки или в ту же реку ниже регулируемого участка;

5) обвалование или сооружение русла сложного сечения;

6) регулирование стока половодий с помощью аккумулирующих емкостей.

1.2. Инженерные сооружения для регулирования русел рек:

- запруды (сооружения, предназначенные для перекрытия второстепенных рукавов реки в целях увеличения скорости течения и транспортирования наносов в русле). Закрытие рукавов и проток, возможно, производить на реках щитами. Причем такое закрытие можно проектировать действующим только в межень или постоянно. Перевод всего расхода реки в один из рукавов вызывает повышение горизонта воды в этом рукаве и некоторый подпор в реке вверх от запруды. При этом закрытые рукава могут промываться во время паводка в то случае, если запруда устраивается вначале рукава, или, наоборот, заиляется, если запруда устраивается в конце рукава;

- полузапруды (сооружения для отжатия течения к вогнутому берегу. Механизм их взаимодействия зависит от угла, который они составляют с потоком направлением течения);

- продольные дамбы устраивают вдоль одного или обоих берегов реки.

Корневую часть дамбы заделывают в берег, а голову выводят в реку. В плане дамбам придают плавное очертание; между дамбой и берегом создается водоворот, на что тратиться часть энергии потока, скорости при этом здесь падают, прекращается размыв берега, пространство между дамбой и берегами заиляется, создаются аккумулятивные формы, способствующие закреплению берега. Одновременно с речной стороны продольные дамбы подвергаются размыву, что требует усиленного крепления их откосов с основания;

- поперечные дамбы проектируют так, чтобы они (их оси) были нормальны к динамической оси потока или составляли с ней угол близкий к прямому.

Один конец дамбы примыкает к берегу, а голова дамбы выходит в русло реки на такое расстояние, чтобы все головы дамб оканчивались на одной (воображаемой) плавной кривой. Речной поток, сжатый поперечной дамбой, отклоняется от берега, а затем снова поворачивается к берегу и встречается с ним на расстоянии от дамбы, определяемом углом растекания, равном в среднем 7-80. Следующую поперечную дамбу ставят от первой на расстоянии несколько меньше указанного (в запас) и на практике принимают равным (3…4) ?, где ? - длина дамбы.

За каждой поперечной дамбой (внизу по течению) возникает водоворот, скорости потока здесь падают и размыв берега прекращается на всем закрепляемом участке.

Одновременно система поперечных дамб сужает поток, что влечет за собой увеличение скоростей, возрастание глубин более интенсивный транзит наносов.

Положительной стороной способа стеснения потока с помощью поперечных дамб является его гибкость и мобильности, можно при необходимости удлинить или укоротить дамбы, установить их более часто и тем самым устранить неплавности потока, выявившиеся в процессе эксплуатации, пространство между поперечными дамбами заносится быстрее, чем между продольной дамбой и берегом. В то же время у голов поперечных дамб могут возникнуть местные размывы, дамбы могут создать трудности судоходству.

- кольматирующие завесы (ветвистые завесы, сквозные свайные ряды, плавучие сетчатые системы) создают зоны замедленных скоростей, в которых откладываются наносы;

- береговые крепления. Береговые крепления предназначены для активной или пассивной защиты берегов и прибрежных земель от размыва, а также для уменьшения количества наносов, поступающих в русло. Берегозащитные сооружения типа шпор или донных бун активно влияют на гидравлический режим и создают зоны отложения наносов там, где ранее шел процесс размыва. Пассивная защита берега осуществляется с помощью различных типов креплений.

При необходимости крепить откосы реки рекомендуется к использованию в первую очередь местные материалы.

Древесно-хворостяные крепления (плетенные сетки, фашины, хворостяные и камышовые тюфяки) имеют сравнительно невысокую стоимость, используются в районах богатых хворостом или камышом, однако нецелесообразно применять в зоне колебания уровня воды. Изготовление таких конструкций плохо механизировано.

Применение в тюфячных конструкциях полимерной ткани позволяет ускорить работы, использовать более тонкий слой хвороста и уменьшить расход камня для пригрузки.

С целью увеличения долговечности конструкции представляет интерес опыт замены хвороста в плетне на перфорированные плиты из синтетических материалов. Для защиты от эрозионного действия вод применяют полиэтиленовые щиты и пластины.

Биологические или биохимические виды креплений: одерновка, залуже-ние откосов, гидропосев с нанесением пленкообразующих веществ, при-грузка растительности грунтом или торфокрошкой, дерново-гравийные ковры - защищают незатапливаемую и периодически затапливаемую зоны от развития эрозии откосов дождевыми водами и от размыва паводком.

Каменная наброска на подготовленный откос по слою обратного фильтра или подготовки применяется в районах со сравнительно невысокой стоимостью камня. Может также применяться наброска из сцементированных грунтовых агрегатов.

1.3. Регулирование русловых процессов в реках с целью предотвращения отрицательного влияния подачи дополнительных расходов воды - обеспечение его пропускной способности и устойчивости на всем его протяжении, а под устойчивым участком реки понимается такой участок, который не испытывает однонаправленных русловых деформаций в течение длительного времени.

Выполняемые при оценке влияния обводнения рек прогнозы закономерностей развития русловых процессов по своему назначению в первую очередь являются природоохранными. Регулирование русловых процессов на малых и средних реках, используемых для пропуска дополнительных расходов воды, должно выполняться в целях снижения отрицательного влияния изменения гидравлического режима на общий ход русловых деформаций. Задача состоит в сохранении водотока в целом, охране прилегающего природного ландшафта от разрушения, а именно - в предотвращении переформирований русла реки, ее берегов, предотвращении затопления, подтопления и заболачивания территорий, занятых населенными пунктами и сельскохозяйственными угодьями.

В соответствии с расположением участка реки (верхнее или нижнее течение, до или после подвода) на нем назначаются основные типы русловыправительных работ. Необходимо рассматривать несколько вариантов их проведения и оценивать эффекгивность. В верхнем течении назначают мероприятия, направленные на предотвращение и уменьшение общих и локальных размывов и обеспечение требуемой пропускной способности русла.

При рассмотрении пропускной способности русла требуется рассмотрение различных схем подвода воды к реке. Так как в верхнем течении реки русло часто бывает выражено нечетко, при подаче сюда дополнительных расходов воды возникает необходимость его реконструкции. Подвод дополнительных расходов воды к месту, где пропускная способность русла обеспечивается, позволит отказаться от реконструкции вышележащего участка и сохранить его в естественном состоянии.

Для предупреждения размывов, вызываемых русловым потоком, требуется обеспечить в русле скорости меньше размывающих, придать руслу морфометрические параметры, при которых оно будет находиться в динамически устойчивом состоянии, или применить соответствующие конструкции креплений.

Для предотвращения размывов в местах больших уклонов местности устраивают перепады или быстротоки. Гашение энергии потока в этом случае осуществляется в водобойном колодце. Перепады не только стабилизируют русло реки, но и, в зависимости от места расположения и вертикальной посадки, оказывают значительное влияние на затухание оврагов. Перепады на малых реках могут иметь IV класс капитальности и рассчитываются на пропуск расхода 10%-й обеспеченности. Для регулирования продольного профиля реки, особенно для горных водотоков, часто применяют строительство поперечных перегораживающих сооружений. Система запруд превращает первоначально крутое русло в ступенчатое. Порог каждой запруды фиксирует базис эрозии для вышерасположенного участка и смягчает линейную эрозию. Недостатком массивных глухих запруд является отложение в верхнем бьефе мелких фракций наносов.

В среднем течении, в случае необходимости, проводят работы по предотвращению размывов русла на поворотах.

В нижнем течении (где наблюдается заиление русла, образование плавней, зарастание русла и поймы, подтопление территорий) при недостаточной пропускной способности русла должны быть предусмотрены мероприятия по его регулированию:

* обвалование,

* частичное спрямление,

* расчистка естественного русла, которая должна вестись, в основном, в глубину.

* При соответствующем экономическом обосновании могут быть применены варианты устройства польдера с предварительной реконструкцией русла.