1590

Учитывая, что данные о ширине и глубине оврагов часто используют при проектировании различных противоэрозийных мероприятий, а сбор их в полевых условиях сопряжен со значительными затратами труда и средств, нами были установлены корреляционные зависимости значений глубины от максимальной глубины и средневзвешенных значений ширины от максимальной ширины. Для вычисления данных числовых характеристик связи были измерены параметры более сорока оврагов. При этом были вычислены средневзвешенные значения глубины и средневзвешенные значения ширины, а максимальные значения выбраны из результатов измерения. Вычисления по этим формулам произведены по программам, составленным для настольных ПЭКВМ.

На основе математической обработки полученных данных были выведены формулы корреляционных связей и найдены коэффициенты корреляции. Уравнение прямой приближенной регрессии максимального значения глубины по средневзвешенной имеет вид

Коэффициент корреляции этих величин равен 0,883. Выведено также уравнение прямой приближенной регрессии

максимального значения ширины по средневзвешенной ширине

Уравнение средневзвешенной ширины по максимальной

Коэффициент корреляции максимальной ширины и средневзвешенной ширины равен 0,929.

В результате оценки достоверности коэффициентов связи и проверки гипотезы о корреляционной связи доказано, что между средневзвешенной глубиной и максимальной глубиной, а также между средневзвешенной шириной и максимальной шириной существует линейная корреляция (рис. 2.2).

70

Для определения величины погрешности вычисления по полученным формулам проведена оценка точности расчетных и фактических данных. Среднеквадратические ошибки не превышают 13 %, а максимальная равна 30 %.

Полученные зависимости можно использовать для подсчета объема земляных работ при ликвидации оврагов или для расчета

Вычисление объёма земляных работ по формуле (2.32) позволяет в несколько раз сократить время на полевые работы, так как в этом случае нужно измерить только максимальную глубину и ширину, а также длину оврага. При вычислении по формуле (2.31) требуется разбить овраг на поперечники и на каждом поперечнике производить измерения глубины и ширины, что требует значительных затрат времени и средств.

При установлении точности подсчета земляных работ по полученной формуле была найдена средняя квадратическая ошибка, равная 20,6 %, предельная ошибка равна 40 %. Для этого сравнивали объемы, подсчитанные по формулам (2.31) и (2.32), более тридцати оврагов. По теоретическим расчетам, исходя из формулы (2,32), средняя квадратическая ошибка определения объемов составляет 19,4 %.

Выведенные корреляционные зависимости позволяют при минимальных затратах на полевые работы получать необходимые данные для определения площади разрушенных земель, оценки степени пораженности исследуемой территории и подсчета объемов земляных работ для ликвидации оврагов. Особенно велика роль этих зависимостей при составлении схемы противоэрозийных мероприятий по Омской области, когда ошибки численных характеристик оврагов в 10 – 15 % вполне удовлетворяют проектировщиков.

Количественные показатели в сочетании с качественными признаками можно использовать для разработки наукообоснованной и более детальной классификации овражных форм размыва. Определение по количественным данным средних значений позволяет объ-

71

ективно выбирать так называемые типичные овраги, что имеет важное значение при проведении исследовательских работ [10,11].

Bср

40

30

20

10

8

6

4

2

2.5. Вычисление объёмов земляных работ по максимальной глубине и максимальной ширине оврагов для выполнения противоэрозионных мероприятий

Овраги создают препятствия для рационального использования земли и приносят большой вред народному хозяйству. Интенсив-

72

ность овражного расчленения и быстрый рост оврагов требуют проведения неотложных и действенных мер борьбы с ними [10,11]. При планировании мероприятий по борьбе с оврагами должны быть учтены интенсивность роста оврага, реальная угроза существующим объектам или территории будущей застройки, характер хозяйственного использования территории, морфология оврага. При этом используются топографические, почвенно-эрозионные, геоботанические и геологические карты и планы. Освоение территории, занятой оврагами, требует индивидуального подхода к каждому оврагу.

Существующие противоэрозионные мероприятия можно разделить на три типа:

1.Полная ликвидация существующих оврагов.

2.Стабилизация оврагов и предохранение территории от дальнейшего расчленения.

3.Профилактические мероприятия по предотвращению возникновения оврагов.

Ликвидация существующих оврагов возможна лишь в том случае, если будут устранены все причины их образования и роста. В соответствии с характером оврагов (их формой, размерами, интенсивностью роста) предусматривается два вида мероприятий по их ликвидации: полная засыпка или замыв оврагов, выходящих к Иртышу и выполаживание склонов, их трассирование и озеленение. Из рекомендуемых мероприятий самым эффективным является полная ликвидация оврагов, при этом исключается необходимость в сложных инженерных сооружениях для транспорта [11]. Для засыпки можно использовать грунт от планировки различных карьеров или из полезных выемок при строительстве. Но рациональнее применять гидронамыв для оврагов, выходящих к Иртышу. В наших условиях можно применять намыв грунта из Иртыша плавучими землесосами

сукладкой его в овраги. Инженерно-геологические условия Иртыша позволяют использовать грунты реки для замыва оврагов, расположенных по берегам.

Благоустройство оврагов путем выполаживания склонов не требует дополнительного грунта. Склонам оврагов придаётся крутизна 1:2 или 1:1,5, необходимая для сохранения устойчивости земляных масс, исключающая возможность возникновения осыпей и обвалов. На склонах, имеющих высоту более 10м, предусматриваются промежуточные террасы шириной не более 10м. Если террасирование включает частичную засыпку тальвега, то перед засып-

73

кой по нему прокладывают водосток. Для предотвращения эрозии на спланированных склонах и в целях благоустройства нужно предусмотреть их озеленение. Защитные насаждения способствуют активной работе и долговечности противоэрозионных гидротехнических сооружений, предотвращают размыв дна и откосов оврагов путем задержания продуктов выноса с водосборной площади. При выполаживании оврагов сохраняется расчлененность территории, теряется полезная площадь за счет увеличения оврагов в плане и вследствие ограниченной возможности использование этих территорий.

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что затраты на закрепление оврагов и освоение разрушенных ими земель окупаются быстрее, если овраги не достигли крупных размеров и если на мелиорированных землях выращивают более доходные культуры, произрастающие в данной природной зоне. При выращивании многолетних трав и полевых культур срок окупаемости затрат не превышает 8 – 10 лет, а при незначительных объёмах земляных работ (до 200 м3 на один гектар мелиорированной площади) срок окупаемости сокращается до 2 – 3 лет. В целом закрепление оврагов, их выполаживание и засыпка, кроме экономического эффекта, имеет и большое эстетическое значение.

О росте оврагов свидетельствует увеличение их объёма, глубины, площади, ширины и длины. Изменение морфологических параметров находится в тесной связи друг с другом. Выявление связей представляет практическую и научную ценность, поскольку открывает возможность для разработки метода оценки роста оврагов по измерениям одного из морфологических параметров [12].

Учитывая, что данные о ширине и глубине оврагов часто используются при расчете объёма земляных работ для выполнения противоэрозионных мероприятий, а сбор их в полевых условиях сопряжен со значительными затратами труда и средств, нами установлена корреляция средневзвешенных значений глубины от максимальной ширины [7]:

Для вычисления числовых характеристик связи были измерены параметры сорока оврагов. Средневзвешенные значения глубины и ширины определены по формулам [27], а максимальные значения

74

выбраны из результатов измерения. Произведена оценка точности вычисления Hcр и Вср по формулам:

Приняв mH max =1 м, mВmax= 2, Hcр = 10, Вср = 20 м, мы получим ошибку вычисления средневзвешенных величин не более 8 %. Для определения практической ошибки вычисления по полученным формулам произведена оценка точности расчетных и фактических данных. Среднеквадратические ошибки не превысили 13 %.

Средневзвешенные величины используют для расчета: а) объёма земляных работ при полной засыпке оврагов; б) объёма земляных работ при выполаживании оврагов;

в) ширины полосы среза грунта при выполаживании оврагов. Заменяя средневзвешенные величины на максимальные, согласно формулам (2.33) и (2.34), вычислим значения полного объё-

ма, объёма при выполаживании и ширины среза грунта.

Замена средневзвешенных величин на максимальные величины позволяет в десятки раз сократить объём полевых работ, если необходимые расчетные данные получают в поле, или камеральных работ, если имеются планы оврагов крупного масштаба, так как в этом случае нужно измерить максимальное значение глубины и ширины, которые практически всегда находятся в устье оврагов. Для вычисления Hcр иВср по стандартным формулам овраг требуется разбить

на поперечники (в среднем на овраг таких поперечников не менее десяти) и на каждом поперечнике измерить глубину и ширину оврага, что требует значительных затрат времени.

75

Для установления точности расчета объёма земляных работ по максимальным значениям проанализируем формулу (2.37), так как она содержит две максимальные величины. Расчёт проведем для стандартного оврага: Hmax = 15 м,Bmax =40, L= 500, V = 54925 м3.

Обозначим K1 0,81 L, K1 0,55 L, K1 0,12 L, получим формулу вычисления средней квадратической ошибки определения объёма оврагов по максимальным значениям

m2V (K1 K3Bmax)2 mHmax2 (K2 K3Hmax)2 mB2 max. (2.40)

Подставляя численные значения типового оврага, вычислим абсолютную ошибку объёма оврага по максимальным значениям, равную 8295 м3. Средняя квадратическая ошибка определения объёма оврагов по максимальным значениям ширины и глубины равна 15 %, что соответствует производственным допускам при подсчете объёмов земляных работ [33]. Для практической проверки этой ошибки нами вычислены объёмы 34 оврагов по строгой и предложенной формулам и получена средняя квадратическая ошибка разности объёмов, равная 21 %, при максимальной – 40 %. Это соответствует расчетной ошибке

где m V – средняя квадратическая ошибка разности объёмов по строгой и предложенной формулам;

m1 – средняя квадратическая ошибка объёма по строгой форму-

ле;

m2 – средняя квадратическая ошибка объёма по предложенной формуле.

Но так как ошибки вычисления объёма земляных работ носят случайный характер, то при вычислении суммарного объёма n оврагов ошибка такого объёма будет в n раз меньше. Это подтверждается и практическими расчетами, где расхождение суммарного объёма 34 оврагов составило всего 1 %.

Выводы

1. Вычисление объёмов земляных работ для выполнения противоэрозийных мероприятий по максимальным значениям ширины и глубины позволяет сократить полевые или камеральные работы более чем в 10 раз.

76

2.Средние квадратические ошибки объёмов земляных работ составляют 15 %, что удовлетворяет производственным допускам (10

–15 %).

3.При вычислении суммарных объёмов n оврагов ошибки вычис-

ления объёмов уменьшаются n раз. А так как противоэрозионные мероприятия проводятся на значительных территориях, где находятся несколько десятков или даже сотен оврагов, то вычисление объёмов по предложенным формулам будет достаточно высоким по точности.

2.6. Природоохранные мероприятия для эффективного использования земель, подверженных оврагообразованию

Согласно данным исследований, в Омской области имеется свыше 1,5 млн га земли с глубиной базиса эрозии более 30 м. Это говорит о том, что процессы водной эрозии могут проявляться очень активно.

Правобережье р. Иртыша в пределах Омской области представляет собой наклонную территорию. Глубина базиса эрозии, составляющая на юге 28 м, постепенно понижается к северу и у с. Надеждино Омского района достигает 52 м, а у с. Екатерининское Тарского района – 77 м. Эрозией охвачено свыше 1,5 млн га земли области, т. е. 11,1 % общей ее площади. Следовательно, процессы водной эрозии проявляются здесь очень интенсивно.

Наиболее сильно расчлененные районы приурочены к правому берегу Иртыша. Коэффициент расчленения овражно-балочной сетью увеличивается с юга на север от 0,25 до 1,5 км/км2. Велик вред, наносимый оврагами народному хозяйству, – они значительно уменьшают площадь используемой земли, превращая ровные и пригодные для освоения пространства в изрытые, состоящие из крутых бесплодных склонов.

Анализ существующих материалов позволил наметить основные направления изучения овражной эрозии правобережья Иртыша. Прежде всего необходимо значительно расширить информацию о росте оврагов и повысить ее качество. Первое предполагает не только увеличение общего количества данных о росте оврагов, но и «привязки» этих данных к различным типам хозяйственного использования исследуемой территории. В качественном же отношении необходимо резкое повышение точности определения интен-

77

сивности роста оврагов. Выполнение этих задач требует наиболее полного сбора данных об оврагах и создания каталога растущих оврагов Омской области. Нами проведены сбор и обработка материалов различных организаций; определена скорость роста 73 оврагов камеральными методами; создана сеть долговременных реперов для периодических наблюдений за изменением морфологических характеристик оврагов; разработан метод съемки оврагов с помощью подвижной визирной цели.

Врезультате проделанных работ была подтверждена зависимость роста числа оврагов от степени освоенности территории г. Омска.

Вг. Омске насчитывалось 145 оврагов с 59 отвертками общей протяженностью 32,4 км. Площадь овражных зон занимает около 9

%площади города. Большинство оврагов сосредоточено в наиболее обжитой части города и мешают ее рациональному использованию. На участке правобережья Иртыша протяженностью 150 км (от с. Красноярка до с. Карташово) насчитываются выходы более трехсот устьев оврагов, т. е. на 1 км береговой полосы приходится два оврага.

Средняя скорость роста оврагов 4 м/год (от 0,8 до 14 м/год), но в Омской области известны случаи роста оврагов со скоростью 500 - 600 м/год. Как закономерность проявляется зависимость активно-

сти роста оврагов от близости населенных пунктов, Горизонтальное расчленение территории достигает здесь 4 км/км2.

Чтобы успешно вести борьбу с оврагами, необходимо знать причины их образования и факторы, влияющие на скорость роста. При этом не обойтись без морфологических характеристик оврагов. Но съемка оврагов – трудоемкий и до некоторой степени опасный процесс, поэтому наблюдения за оврагами еще не получили должного распространения. Станции по их изучению расположены в основном в европейской части [4], в Сибири же наблюдений за овражной эрозией мало, и охватывают они короткие промежутки времени.

Интенсивность овражного расчленения и быстрый рост оврагов требуют проведения неотложных и действенных мер борьбы с ними. При планировании мероприятий по борьбе с оврагами должны быть учтены интенсивность роста оврага, реальная угроза существующим объектам или территории будущей застройки, характер хозяйственного использования территории, морфология оврага. При

78

этом используются топографические, почвенно-эрозионные, геоботанические и геологические карты и планы. Освоение территории, занятой оврагами, требует индивидуального подхода к каждому оврагу.

Все существующие противоэрозионные мероприятия можно разделить на три типа.

1.Полная ликвидация существующих оврагов.

2.Стабилизация оврагов и предохранение территории от дальнейшего расчленения.

3.Профилактические мероприятия по предотвращению возникновения оврагов.

Ликвидация существующих оврагов возможна лишь в том случае, если будут устранены все причины их образования и роста. В соответствии с характером оврагов (их формой, размерами, интенсивностью роста) предусматривается два вида мероприятий по их ликвидации:

1) полная засыпка или замыв оврагов, выходящих к Иртышу; 2) выполаживание склонов, террасирование их и озеленение. Из рекомендуемых мероприятий самым эффективным является

полная ликвидация оврагов, при этом исключается необходимость в сложных инженерных сооружениях для транспорта. Для засыпки можно использовать грунт от планировки различных карьеров или из полезных выемок при строительстве. Но рациональнее применять гидронамыв для оврагов, выходящих к Иртышу. В наших условиях можно использовать намыв грунта из Иртыша плавучими землесосами с укладкой его в овраги. Инженерно-геологические условия р. Иртыша позволяют применять грунты реки для замыва оврагов, расположенных по берегам.

Благоустройство оврагов путем выполаживания склонов не требует дополнительного грунта. Склонам этих оврагов придается крутизна 1:2 или 1:1,5, необходимая для сохранения устойчивости земляных масс, исключающая возможность возникновения осыпей и обвалов. На склонах, имеющих высоту более 10 м, предусматриваются промежуточные террасы шириной не более 10 м, если террасирование включает частичную засыпку тальвега, то перед засыпкой по нему прокладывается водосток. Для предотвращения эрозии на спланированных склонах и в целях благоустройства нужно предусмотреть их озеленение. Защитные насаждения способствуют активной работе и долговечности противоэрозионных гидротехниче-

79