книги из ГПНТБ / Писарьков, Х. А. Осушение лесных земель учебное пособие для студентов лесохозяйственного факультета (специальность 1512)

По соснам рост болота в высоту определяют следующим образом. На сосне отмечают надрезом уровень поверхности болота, после этого ее выдергивают и измеряют расстояние от корневой шейки до надреза /, определяют возраст сосны по годичным кольцам t, средний годичный прирост в высоту h = l/t. Этим способом можно определить рост в высоту за не­

сколько десятков лет.

Более точно нарастание болота можно исследовать повтор­ ными нивелировками по одним и тем же линиям, с привязкой к постоянным реперам.

За длительный период времени нарастание торфа может быть определено по случайным находкам в торфе отдельных предметов. Исследований по нарастанию мха в условиях

СССР проведено очень много.

В Ленинградской области рост мха варьирует от 2 до 5 см

в год (по росянке). Определения по соснам показали, что в БССР за 20, 50 и 100 лет слой торфа нарастает соответствен­ но на 20, 40 и 50 см, т. е. за больший период времени в год

нарастает торфа меньше, так как все время происходит про­ цесс разложения и уплотнения торфа. За 2000 лет в год на­ растает около 0,10 см торфа.

Нарастание сфагнума в высоту отрицательно сказывается на росте древостоев; сосна начинает погибать при погружении корневой шейки в торф на 40—60 см. При интенсивном росте

сфагнума семена хвойных попадают между его стеблями и могут погибнуть, не дав всходов. Осушение болот ослабляет рост мха и тем самым улучшает условия лесовозобновления.

Большое значение имеет рост болот в стороны (по пери­ ферии). Этот рост можно определить по соснам и другим де­ ревьям, растущим на окраинах болот. Определив по спилен­ ным деревьям число тонких годичных слоев и расстояние от дерева до края болота, можно определить годичный прирост болота в стороны. Таким же путем можно определить рост в стороны по двум соснам, растущим на разных расстояниях от края болота, в этом случае болото продвинулось на рас­ стояние между двумя соснами за число лет, равное разности тонких годичных колец у этих сосен.

Исследования в Горецкой лесной даче (БССР) показали, что сфагновое болото расширяется от 0,9 до 5,3 м в год, при

уклонах окрайков болот от 0,004 до 0,030; чем меньше уклон, тем сильнее разрастается болото в стороны. Поэтому вокруг сфагновых болот, расположенных среди лесов, необходимо прокладывать оградительные (защитные) каналы, даже в тех случаях, когда эти болота не являются подходящими для вы­ ращивания леса.

Заболачивание и разболачивание вырубок. Процесс забо-' лачивания вырубок изучали многие специалисты СССР. Ис-

60

следования А. Л. Кощеева показали, что расход влаги на транспирацию спелым еловым древостоем может достигать за вегетационный период 300—400 мм, 'а испарение с поверхно­ сти почвы на вырубках составляет 180—200 мм. Отсюда вид­

но, что на вырубках резко сокращается расходная часть вод­ ного баланса, а приходная увеличивается, так как на выруб­ ке до поверхности почвы доходит больше твердых и жидких осадков, чем в лесу. Например, в Лнсинском лесхозе в сред- нем-за 3 года (1950—1952 гг.) запас воды в снеге к началу весеннего снеготаяния в спелом еловом лесу с полнотой 0,8 равнялся 64 мм, а на вырубке 92 мм, т. е. на 50% больше.

Все это указывает на то, что сведение леса (вырубки и по­ жары) в таежной зоне при недостаточном оттоке воды спо­ собствует повышению грунтовых вод и заболачиванию. Иссле­ дования, проведенные Архиповым в Котласском леспромхозе, показали, что в типах леса сосняк-долгомошник, сосняк-голу­ бичник, ельник-густотравный, ельникчерничник и ельникдолгомошник после вырубки древостоев травяная раститель­ ность подавляется сфагнума ми.

Лесовосстановление ведет к разболачиванию .вырубок. Ис­ следования А. Л. Кощеева и В. А. Буренкова в Ленинградской и других областях показывают, что в первые годй молодняк существенно не изменяет водный режим почв. К концу перво­ го десятилетия, при достаточно' большом количестве молод­ няка, особенно лиственного, он образует сомкнутый полог, уг­ нетающий рост сфагнума. Начало смыкания полога (при среднем количестве молодняка) заканчивается приблизитель­ но к. 15 годам, и этот период является началом разболачивания вырубки. Угнетающе действует на рост сфагнума древес­ ный опад.

Наиболее усиленный процесс разболачивания происходит в стадии жердняка, когда много влаги расходуется на транс­ пирацию. Часто в этот период разболачивание и заканчива­ ется, но иногда оно затягивается до среднего возраста.

Таким образом, сроки разболачивания зависят от интен­ сивности заболачивания, вида и количества молодняка и его возраста. Все это указывает на то, что своевременное лесово­ зобновление на^вырубках существенно ослабляет процессы за­ болачивания, а иногда и прекращает их, но, как правило, не

создает оптимальных условий водного режима для роста молодняков. Поэтому при создании насаждений высоких боните­ тов, лесохозяйственные мероприятия необходимо сочетать с осушительными.

§ 3. СПОСОБЫ И МЕТОДЫ ОСУШИТЕЛЬНЫХ МЕЛИОРАЦИИ

Осушение земель производится в основном двумя способ бами: открытыми канавами и дренажем. Лесные земли обыч-

61

но осушаются открытыми канавами, а осушение дренажемприменяется при осушении питомников, парков, усадебных мест и площадей сельскохозяйственного назначения. В редких случаях применяются и другие способы осушения, рассматри­

ваемые в главе III.

Осушительные работы производятся по проектам, состав­ ленным по материалам изысканий. При производстве изыска­ ний устанавливаются причины избыточного увлажнения почв и предусматривается устранение этих причин путем различ­ ного применения открытых канав, дренажа и их сочетания.

Создание нужного для растений водного режима почв яв­ ляется главной задачей осушения. В этих целях в производ­ стве применяют три метода осушения: 1) ускорение внутрен­ него стока (понижение грунтовых вод) с отводом избыточной воды через почвогрунты ниже основной массы корневых си­ стем; 2) отвод избыточной воды (обычно бороздами) через слой почвы, в котором расположена основная масса корневых систем; 3) ускорение поверхностного стока, т. е. отвод поверх­ ностной воды.

Лучшим из этих методов следует считать первый, так как при втором и третьем методах, как правило, наблюдается за­ топление водой корневых систем, что неблагоприятно отража­ ется на росте растений; однако при известных условиях при­ меняются и менее совершенные методы осушения. Выбор ме­ тода осушения зависит от цели осушеня, т. е. от вида исполь­ зования осушенной площади, а также от почвенных, гидрогео­ логических и климатических условий.

Объектами осушения лесных земель, как отмечалось выше,, обычно являются оторфованные площади, зачастую с мохо­ вым покровом. Наблюдения показали, что на таких площадях поверхностный сток, как правило, отсутствует за исключением отдельных местных понижений. Верхние слои указанных почв (торфов), а также лесная подстилка обладают большой «водовместимостыо» и вода не выступает на поверхность даже на неосушенных площадях. В связи с этим на лесных землях применяется метод ускорения внутреннего стока, с отводом грунтовых вод ниже корневых систем, а при осушении под лесные культуры производится отвод воды через верхний слой почвы. Метод ускорения поверхностного стока может приме­ няться при осушении естественных лугов и пастбищ.

Поступление воды в канавы и дрены. Исследования П. Е. Жуковского и других показали, что грунтовая вода по­ ступает в канавы по всему смоченному периметру, т. е. через откосы и дно. Также по всему смоченному периметру посту­ пает вода и в дрены.

На рис. 24 показаны линии токов воды, где видно, что эти линии опускаются ниже дна канав. Если дно канав доведено

62

до водонепроницаемого грунта (до водоупора), то и в этом случае грунтовая вода поступает в канал только через отко­ сы, а потому действие канав будет слабее и расстояние между канавами необходимо принимать меньше, чем при глубоком водоупоре.

Линии, тона

>тжштштштмттшшш.

Водоупор

Рис. 24. Поступление грунтовой воды в ка­ навы при глубоком залегании водоупора

*

Скорость фильтрации воды в почве подчиняется закону Дарси (v = Ki) и зависит от водопроницаемости почв, расстоя­

ний между канавами и глубины канав. Между канавами об­ разуется кривая депрессии (понижения) уровня грунтовых вод (рис. 25), что легко проверить путем устройства на раз­ ных расстояниях от канав скважин или ям. В этих скважинах вблизи канав вода будет стоять глубже, а в середине между канавами — ближе к поверхности. Кривая депрессии в зависи­ мости от условий погоды изменяется: в дождливую погоду поднимается к поверхности и глубина грунтовых вод Н (нор­ ма осушения) будет меньше, в засушливую опускается и Н

увеличивается. В' связи с этим приток воды в канавы больше при высоком уровне грунтовых вод, т. е. при большем на­ поре h. На проницаемых почвах кривая депрессии положе, чем

на малопроницаемых.

Рис. 25. Кривая депрессии

Если вычислить по формуле Дарси скорости фильтрации воды, то они получаются очень малыми, в среднем около 1,0 мм!сутки. При этих скоростях удовлетворительное осуше­

ние получается при отводе избыточной воды через слой почвогрунта ниже корнеобитаемого слоя. Скорость фильтрации

63

воды небольшая, но благодаря неразрывности струй в канавы воды поступает столько, сколько фильтруется с середины межканавных полос. Это движение подобно движению воды в трубе: в нижнюю часть трубы вытекает столько воды, на сколько опустится воды вверху трубы.

При малых скоростях фильтрации поверхностная вода из западин, в особенности в середине межканавных полос, где скорости меньше, чем у канав, не может быть своевременно отведена от канав. Эта вода должна сбрасываться дополни­ тельными бороздами, канавками и др.

При отводе избыточной воды через корнеобитаемый слой, который необходимо освобождать от верховодки как можно скорее, скорость фильтрации воды должна быть значительно больше, а расстояния менаду осушительными линиями (обыч­ но бороздами) во много раз меньше. Скорость поступления воды в канавы поверхностным стоком зависит, согласно фор­ муле Шезп, от уклона и шероховатости поверхности. Кроме того, скорость зависит от толщины слоя воды на поверхности почвы; чем толще этот слой, тем больше гидравлический ра­ диус и тем больше скорость и сток.

При осушении мелких торфяников при слабо- и среднеразложившемся торфе, который неплотно сопрягается с подсти­ лающим грунтом, действие осушительной сети может быть значительно усилено за счет стока воды по поверхности ниж­

слоя. Если имеется уклон нижнего слоя к канаве или поверх­ ность его выпуклая (двускатный профиль), то поступление воды в канавы будет усилено, и наоборот, при вогнутом про­ филе действие канав будет слабее. Поэтому при изысканиях необходимо учитывать рельеф подстилающего торф слоя.

§ 4. ОСАДКА ТОРФА

После осушения поверхность болота опускается (оседает). Осадка торфа происходит вследствие следующих причин. До осушения торф можно рассматривать как тело, погруженное в воду, а потому он теряет в своем весе столько, сколько весит объем вытесненной им воды. После осушения, в. связи с пони­ жением уровня грунтовых вод, верхний слой торфа уже не яв­ ляется плавающим телом; его давление на нижние слои равно весу сухого торфа и весу удерживаемой им воды в силу влагоемкости. Давление верхних слоев на нижние вызывает уп­ лотнение торфа. Кроме того, осадка торфа вызывается умень­ шением его объема от высыхания. В результате осушения усиливается разложение торфа, происходит его уплотнение, а также вынос мелких частиц водой, что также ведет к умень­ шению объема.

64

Торф оседает в течение многих лет, но более всего в пер­ вые 1—3 года после осушения и вблизи канав. Следует раз­ личать: осадку поверхности болота Н0; уменьшение глубины канавы под влиянием осушения (Тпр—Т0) и опускание дна

канав /гд (рис. 26).

Осадка поверхности болота Я0 зависит от глубины торфа, глубины канавы и плотности торфа Ко.

Рис. 26. Осадка торфа после осушения

В табл. 15 приведены величины Ко в зависимости от объ­

емного веса торфа.

Таблица. 15•

Значения коэффициентов К0 и m при различной плотности

Величина Н0 пропорциональна Ко- В табл. 16 приведены величины Но при /Со = 1; умножив эти величины на другие зна­ чения Ко, получим осадку поверхности болота при разных

плотностях торфа.

где Тпр — проектная глубина канавы, м\

Т0— глубина канавы после осадки, м\

Hi — осадка поверхности болота при глубине канавы и

При осадке торфа происходят следующие изменения:

1) опускается поверхность болота и на ней выпираются пни и корни со дна откосов канав;

3)уменьшается глубина канав и дрен;

4)изменяется продольный профиль канав, так как при разной глубине трофа дно канав опускается неравномерно;

5)изменяется рельеф поверхности с образованием локбин

вместах с глубоким торфом;

6)происходит подпор воды в канавах со стороны озер,, окруженных глубоким торфяником, а иногда и со стороны

рек — водоприемников. Все это необходимо учитывать при проектировании -осушительной сети.

. При осушении болот для сельскохозяйственного использо­ вания наблюдается полное исчезновение торфа. Например, на Минской болотной опытной станции за 52 года первоначаль­ ная глубина торфа с 240 см уменьшилась до ПО—120 см, а торф глубиной 100 см исчез полностью. На Новгородской опытной станции за 40 лет торф мощностью 80 см исчез и об­

наружилась минеральная подпочва. При осушении под лес

66

этого явления не наблюдается. На болоте Сулланда Лисинского лесхоза за 125 лет глубина торфа в результате осуше­ ния уменьшилась приблизительно на 40 см при мощности' торфа до осушения около 100 см.

Глава III

СПОСОБЫ ОСУШЕНИЯ

§ 1. ОСУШЕНИЕ ЛЕСНЫХ ЗЕМЕЛЬ ОТКРЫТЫМИ КАНАЛАМИ

1.Элементы осушительной системы и расположение их в плане

При осушении открытыми канавами осушительная систе­

грунтовые и поверхностные воды с осушаемого участка. При методе осушения, основанном главным образом на понижении грунтовых вод, регулирующие канавы называются осушите­ лями. Если проектируется отвод только поверхностных вод, регулирующие канавы называются гидрологическими собира­ телями. К регулирующей сети, кроме осушителей, относятся и канавы специального назначения: а) тальвеговые — прово­ дятся для перехвата почвенно-грунтовых вод; г) защитные — проводятся для прекращения роста болот в стороны.

Каналы проводящей сети предназначены для транспорти­ ровки воды, поступающей из регулирующих канав, в водо­ приемники. Проводящая сеть состоит из магистральных ка­ налов и транспортирующих собирателей.

В качестве водоприемников служат реки, ручьи, озера, ов­ раги- и др.

Схема осушительной системы показана на рис. 27.

При расположении осушительной сети надо учитывать це­ лый ряд факторов: рельеф поверхности, глубину торфа,'при­ чины избыточного увлажнения, цель осушения, наличие квар­ тальных просек, существующих канав, дорог, экономические

ихозяйственные требования и др.

Сучетом этих факторов при расположении осушительной сети следует руководствоваться следующими основными ука­ заниями.

Проводящие канавы должны располагаться по наиболее низким местам осушаемого участка, магистральные каналы — по основным лощинам, транспортирующие собиратели — по второстепенным.

Если на осушаемом участке нет ясно выраженных лощин, проводящие каналы располагаются в зависимости от удоб­ ства расположения осушителей.

Магистральные каналы должны проводиться по наиболь­ шим глубинам торфа, в этом случае после осадки торфа они займут наиболее низкое положение. Следует стремиться рас­ полагать каналы так, чтобы глубина торфа по линии канав была бы одинаковой или увеличивалась бы к устью. При на­ личии на линии магистрального канала озера канал можно провести через озеро .или в обход его (рис. 28). При-использо­ вании магистрали для сплава леса озеро надо обойти. Обход целесообразен при малой глубине озера и распаханном водо­ сборе, иначе при выпуске магистрали в озеро устье будет за­ носиться илом. Следует также учитывать и условия рыбораз­ ведения. При расположении проводящей сети необходимо учитывать потребность в осушении других площадей, напри­ мер, сельскохозяйственных. Крупные каналы надо стремиться

68

прокладывать в наиболее прочных (устойчивых) грунтах, рас­ положение этих каналов должно увязываться с дорожной и квартальной сетью. Проводящая сеть должна быть по воз­ можности короткой и без холостых участков.

Регулирующую сеть канав (осушители) следует распола­ гать под острым углом к горизонтали (чем больше уклон по­ верхности, тем острее угол). При таком расположении кана­ вами будут лучше перехватываться как грунтовые, так и по­ верхностные воды и в то же время канавы будут иметь про­ дольный уклон дна.

канал

Рис. 28. Магистральный канал в обход озера

Осушительные канавы надо правильно сочетать с распо­ ложением квартальных просек и дорог. Вдоль дорог и просек канавы нужно располагать с верхней стороны, чтобы не до­ пустить притока воды на просеки и дороги, а вынимаемый при рытье канав грунт можно использовать для улучшения полотна дороги. Не следует пересекать канавами просеки и дороги, так как при этом пришлось бы устраивать мосты и трубы для переездов. Для заездов на межканавные полосы можно проектировать прерывистые канавы (см. рис. 30).

Транспортирующие собиратели целесообразно проектиро­ вать, при соответствующем рельефе, двухсторонними, чтобы осушители впадали в проводящий канал с двух сторон. При этом осушители могут впадать как один напротив другого, так и в разных местах; как под прямым, так и под острым углом. Транспортирующие собиратели впадают в водоприем­ ник под углом около 60°.

Повороты в плане регулирующей сети могут быть под ту­

Длина проводящих каналов зависит от рельефа и размера осушаемых площадей. Максимальная длина осушителей при­ нимается равной 1,0—1,5 км. Длину осушительных канав сле­ дует проектировать не менее 6Q0 м при одностороннем и 300 м при двухстороннем впадении осушителей в собиратели;

6Э