Объекты ланд архитек

q=J!ht_e t '

где J! - коэффициент водоотдачи обрабатываемого слоя; h1 - мощность обра­

батываемого слоя, м; t - нормативное время отвода гравитационной воды из обрабатываемого слоя, сут; е- интенсивность испарения из обрабатываемого слоя, мjсут.

Нормативное время отвода гравитационной воды из обрабатываемого слоя t, сут, определяют по формуле

1 = 11Baгctgx

-=-з.j'r.k:==t(=е=+=Q2=:-) '

где В - расстояние между закрытыми собирателями, м; х - угол наклона

поверхности земли, рад; k 1 - коэффициент филырации обрабатываемого слоя, мjсут; q2 - интенсивность поступления воды в закрытый собиратель из под­ пахотного слоя, мjсут.

Угол наклона поверхности земли х, рад, определяют по формуле

2htfk:

х = -----====

В~е + q2 '

где h1 -мощность обрабатываемого слоя, м.

Интенсивность поступления воды в закрытый собиратель из подпахотного слоя qъ мjсут, определяют по формуле

4k2h2 ,

q2 = ----вг-

где k2 - коэффициент филырации подпахотного слоя, мjсут; h2 - мощность

подпахотного слоя, м.

В этих формулах отсутствует оценка влияния водопроницаемости засыпки. Для такой оценки бьvю предложено условие

k 3b ;::: l ,48 k 1h 1,

где k3 - коэффициент филырации засыпки, мjсут; Ь - ширина траншеи, м.

Приведем пример, когда ширина траншеи составляет 0,5 м, а мощность

обрабатываемого слоя составляет 0,25 м. Коэффициент филырации засып­ ки должен составлять k3 ;::: 0,74k1, а при уменьшении ширины траншеи до 0,1 м k3 ;::: 1,85k1• Отсюда наглядно видна роль ширины дренажных траншей и водо­

проницаемость засыпки.

3.7. Осушение земель при грунтовом водном питании

Осушение земель при грунтовом водном питании производится в основ­

ном путем понижения уровня грунтовых вод. По сплошности и равномерности

потока грунтовые воды можно разделить на сплошные потоки и жильные,

характеризующиеся неравномерным распределением грунтового потока. Пос­ ледние чаще встречаются на торфяных и слоистых минеральных почвах.

50

Скорость движения грунтовых вод v, мjсут, описывается уравнением (за­ коном) Дарси:

v = k/,

где k - коэффициент фильтрации, м/сут; 1- пьезометрический уклон.

Пьезометрический уклон определяют по отношению

1 = !!.h/1,

где tlh - разница напора в двух точках, м; / - расстояние между этими точка­

ми, м.

Если естественного дренирования почв на территории объекта недостаточ­

но, то применяют искусственное понижение уровня грунтовых вод с помо­

щью дренажа. Согласно современным теоретическим Представлениям грунто­

вая вода поступает в дрену по всему смоченному периметру, образуя линии

тока, перпендикулярные поверхности равного напора (рис. 3.13).

Основной причиной движения воды в сторону дрены является разность

напоров грунтовых вод в дрене и прилегающей грунтовой области фильтра­

ции. Разность напоров грунтовых вод создается в результате различного сопро­ тивления движению воды в дрене (малое сопротивление) и грунте (во много раз больше). Возникающий при этом градиент напора (гидравлический ук­ лон) и является энергетической причиной движения грунтового потока к дрене.

Всоответствии с этим проектируется дрена горизонтального дренажа (рис. 3.14). Коэффициент фильтрации минеральных почв зависит от гранулометриче­

ского состава, особенностей сложения почв. В торфах эта зависимость опреде­

ляется изменением плотности торфа в процессе осадки после осушения. По

данным исследований на низинных болотах после осушения коэффициент фильтрации уменьшается в 2- 3 и более раз.

~3,00

2

Рис. 3.13. Гидродинамическая схема притока воды к несовершенной (лежашей выше водоупора) дрене:

1 - линии тока; 2 - линии равного напора

51

1

Рис. 3.14. Поnеречный разрез типичной постоянной дрены горизонтального дренажа:

1- растительная земля; 2 - засыnка из круnного или среднеrо песка; З- фильтр-сеnаратор из геоткани; 4 - объемный фильтр из щебня твердых nород; 5 - гофрированная перфорированная дрена из П НД, П ВХ; 6 - прсфильтр дрены из геоткани; 7 - слой щебня донного фильтра; 8 - слой nеска донного фильтра

Водоотдачу почв и грунтов оценивают коэффициентом водоотдачи о, ко­

торый равен отношению объема вытекшей воды Vo к объему осушенной тол­ щи почвы VT:

о= Vo/V,..

При повышении уровня грунтовых вод значение коэффициента водоотда­

чи характеризует недостаток насыщения почвы, расположенной выше по­

верхности грунтовых вод. Процесс водоотдачи очень сложный и длительный. Коэффициент водоотдачи различен в различных грунтах:

При использовании систематического дренажа и равномерном расположе­

нии дрен осушающее действие дренажа зависит при прочих равных условиях

от типа водного питания, глубины заложения дрен и расстояний между ними (рис. 3.15). При этом минимальная глубина заложения дрен должна быть боль­ ше нормы осушения, зависящей от типа почв и вида растений.

Рекомендуемую минимальную глубину заложения дрен Ьшiп определяют по

уравнению

52

середины кривой депрессии над уровнем воды в дренах, м; h0 - расстояние

от дна дрен до поверхности воды в дренах, м.

Минимальную глубину заложения дрен в минеральных почвах лринимают, как правило, равной 1... 1,2 м, а в торфах (ввиду их осадки со временем) -

1,2 ... 1,4 м.

Приток грунтовых вод к дрене может происходить в различных условиях по-разному. Существует три схемы притока грунтовых вод к дрене:

• при близком залегании водоупора;

опри глубоком залегании водоупора;

опри промежуточном залегании водоупора.

При близком залегании водоупора траншея для укладки дрены прорезает весь

водоносный горизонт до водоупора. В этом случае поверхности равных напо­

ров можно принять плоскими, а площадь сечения - равной произведению текущей ординаты на единицу длины дрены.

Рис. 3.15. Схема осушительной сети при грунтово-напорном типе питания:

а - перехват и понижение напорных вод лов•1им каналом (дреной) и глубокими дренами; б -

перехват и понижение напорных вод ловчим каналом (дреной) и глубокими дренами, а также

ускорение отвода поверхностных вод закрытыми собирателями; 1 - водоупор; 2 - водоносный nласт; 3 - магистральный канал (река); 4 - слабопрониuаемый грунт; 5 - пьезометрический уровень до осушения; б - пьезометрический уровень после осушения; 7 - глубокая дрена; 8 - ловчий канал; 9 - закрытые собиратели

53

При глубоком залегании водоупора приток воды в дрену подразделяется на

две составляющие:

•приток из области, находящейся ниже уровня заложения дрены;

•приток из области, находящейся выше уровня заложения дрена.

Приток из области, находящейся ниже уровня заложения дрены, можно

определить, принимая линии равного напора близкими к окружности.

При промежуточном залегании водоупора и возрастании мощности водо­

носного пласта степень совершенства дрены (в результате ее последователь­

ного возвышения над водоупором) убывает. Для этого случая преможено учи­

тывать несовершенство дрены по степени вскрытия водоносного пласта вве­

дением специальной поправки:

Вп = ~BJ + (НвN)2 - H8 N,

где Влрасстояние между дренами, м; В0 _предварительное расстояние меж­

ду дренами, м; Нврасстояние от уровня воды в дрене до водоупора, м; N- поправка нанесовершенство дрен по вскрытию пласта, равная 2,941g2HJтr.d

(d - диаметр дрены, м).

Предварительное расстояние между дренами В0, м, определяют по фор­

муле

где qл - модуль дренажного стока или интенсивность инфильтрационного пи­

тания, м3/с, га; Hn- глубина от водаупора до поверхности грунтовых вод, м.

Исходя из этих теоретических представлений предложено много расчетных

формул, но рекомендуется пользоваться формулами, приведеиными в дей­

ствующих нормативах. Для расчета по этим формулам необходимо руковод­

ствоваться расчетной схемой, на которой показаны основные параметры по­

чвенно-грунтового профиля, заложение дрен и норма осушения (рис. 3.16).

Рассмотрим различные случаи проведения фильтрационных расчетов.

1. Фильтрационные расчеты горизонтального дренажа в однородных грун­

тах при атмосферном и грунтовом водном питании следует проводить по сле­ дующим формулам:

мя случая hd ~ ad/4-

(3.1)

(3.2)

где hd- расстояние от оси дрены до водоупора, м; ad - расстояние между дренами, м; L1 - общие фильтрационные сопротивления по степени и харак­

теру вскрытия пласта, м; Н - расчетный напор, м; Тп - проводимость плас­

та, м2/сут; qиинтенсивность инфильтрационного питания (средний за рас­

четный период приток к закрытым дренам, каналам), мjсут; k1 - коэффици-

54

1-й фильтрующий горизонт

3-й фильтрующий горизонт

Водоупор

Рис. 3.16. Расчетная схема для определения междренного расстояния:

dd - расстояние от поверхности земли до оси дрены; hd - расстояние от оси дрены до водо­ упора; h1... h>- мощность почвенио-грунтового горизонта; k 1... k 3 - коэффициент фильтра­ ции соответствующего почвенио-грунтового горизонта; Jnd- норма осушения; ad- расстояние

между дренами

ент фильтрации грунта, мjсут; D- наружный диаметр дрены, м; L;- филь­

трационные сопротивления по характеру вскрытия пласта, м.

При использовании формул (3.1) и (3.2) не известна величина hd, т. е.

расстояние от оси дрены до водоупора. Эту величину можно получить непос­ редственно <<В поле>> при проведении бурения или шурфования. Для определе­

ния первоначального расстояния между дренами можно воспользоваться мест­

ными данными.

Общие фильтрационные сопротивления определяются по формуле

Проводимость пласта Tm м2jсут, определяют по формуле

Т.1 == k1 (h0 + hd).

Интенсивность инфильтрационного питания определяется на основании

региональных данных или находится по формуле

где W- количество (слой) воды, подлежащей отводу, м; fнвремя пониже­

ния уровня грунтовых вод до нормы осушения, сут.

55

Количество (слой) воды, подлежащей отводу, определяется по формуле

где hs - слой воды, оставшейся на поверхности после схода весенних или лив­

невых вод (с учетом мероприятий по организации поверхностного стока hs сле­ дует принимать 0,01 м); Р0 - количество осадков, выпавших за расчетный пе­ риод, м, принимаются для пашни, пастбищ и объектов ландшафтной архитек­

туры 10%-й и сенокосов 25%-й вероятности превышения; Е- суточный слой испарения за расчетный период в год 10%-й вероятности превышения для паш­ ни, пастбищ и объектов ландшафтной архитектуры и 25%-й для сенокосов.

Значения фильтрационных сопротивлений по характеру вскрытия пласта Li в зависимости от конструкции дрен:

Пр и меч а н и е. Если коэффициент водоотдачи не был определен при изыскани­

ях, то его величину можно принять по разработанным рекомендациям или рассчитать по формулам:

для минеральных почв -

для торфяных почв -

Для расчета расстояний между открытыми каналами следует принимать D = = 0,53Х, где Х - смоченный периметр канала, Li = О, величины Н, dd и hd необходимо отсчитывать от уровня воды в канале.

2. Расчет расстояний между дренами при подпочвенном увлажнении следу­ ет определять по формуле (3.1). При этом

грунтовых вод перед увлажнением в середине между дренами, м; h2 - рассто­

яние от оси дрены до уровня грунтовых вод после увлажнения; ty - время

увлажнения, сут; Е- суточный слой испарения за расчетный период в год

расчетной вероятности превышения, м/сут; Ре - среднесуточное количество

осадков за расчетный период в год расчетной вероятности превышения, мjсут.

56

Таблица 3.3. Значении коэффициента поверхностноrо стока

Коэффициент поверхноспюго стока при

3. Расстояния между открытыми каналами при их расчете на отвод поверх­ ностного стока следует определять по формуле

(принимается по опытным данным, а при их отсутствии равный: для борозд

вдоль уклона на вспаханной поверхности - 0,05; для ровной укатанной по­ верхности - 0,08; для вспаханной поперек уклона поверхности без борозд -

0,12; для поверхности с высоким травостоем- 2,3); crP- расчетный коэффи­ циент поверхностного стока (при отсутствии данных принимается по табл.

3.3); h - слой осадков, мм, выпавших за время 1 , ч; t0 - время выпадения

0

осадков, ч; tn - время отвода поверхностных вод, ч.

Расчет междренных расстояний по формулам требует, как правило, доста­

точно точного определения исходных данных во время почвенно-мелиоратив­

ных исследований или изысканий. Если объект по своим размерам невелик, то очень часто такие изыскания просто не проводятся. В этом случае, в соот­ ветствии с отечественной и зарубежной практикой, может использоваться

метод определения междренных расстояний по гранулометрическому составу

минеральных почв. Чем тяжелее почва, тем меньше ее водопроницаемость и

тем меньшими должны быть междренные расстояния. Используя прямые на­

блюдения за действием дренажных систем и физико-механическими свой­

ствами осушаемых почв, удалось установить графическую связь между меж­ дренными расстояниями, оказывающими оптимальное влияние на водный

режим, и их гранулометрическим составом1 (рис. 3.17).

Приближенно определить расстояния между дренами на минеральных и торфяных почвах на основе обработки, главным образом, отечественных по­ левых и литературных материалов для применения на объектах ландшафтной архитектуры можно также при помощи формулы (3.3) и табл. 3.4 и 3.5. Сопо­ ставление данных по графику, представленному на рис. 3.17, указывает на

1 Полученную графическую зависимость можно назвать графиком Ф. Р. Зайдельмана, пред­

назначенным для определения междренных расстояний при осушении минеральных почв под

пашню.

57

Расстояние, м

Рис. 3.17. Номограмма для оnределения расстояний между дренами nри осушении

минеральных nочв под nашню (по Ф. Р.Зайдельману)

незначительные расхождения без учета темпов понижения уровня грунтовых вод. Последняя поправка (формула (3.3)) оценивается как существенная именно в условиях территорий, отводимых под объекты ландшафтной архитектуры.

Поправочный коэффициент на время достижения нормы осушения

где fнвремя понижения уровня грунтовых вод до нормы, сут.

58

Пр и меч а н и я: 1. При проектировании дренажа для посадки деревьев с глубокой

корневой системой глубина дренажных траншей принимается на 0,2 ... 0,3 м больше

расчетной глубины проникновения корней.

2.Приведеиные показатели рассчитаны на применение в условиях Московской области и ближайшего Подмосковья.

3.Почвенные показатели характерны для почв подзолистого типа почвообразования.

4.Для торфяных почв указаны два значения глубины траншеи (в числителе - до осадки торфа; в знаменателе - после).

Таблица 3.5. Поправочные коэффициенты на расстояние между дренами

Коэффициенты при преобладании nочв

Глубина дренажной

59