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

при меньшей длине требуется большая длина проводящей се­ ти и стоимость осушения увеличится.

При осушении пустырей, гарей, вырубок, редин, допуска­ ющих проход трактора с плугом (без трассоподготовительных работ), рекомендуется между осушителями проводить бороз­ ды с уклоном к осушителю, сочетая их проведение с лесокуль­ турными работами.

Нагорные канавы проводятся приблизительно по грани­ цам осушаемого участка с тем, чтобы перехватить поверхно­ стные воды, стекающие с вышележащей водосборной площа­ ди. Эти канавы устраиваются или сплошными или прерыви­ стыми, в зависимости от характера поступления воды с водо­ сбора (сплошной или отдельные потоки) и условий заезда на осушаемую площадь.

Ловчие канавы проводятся с целью перехвата выклинива­ ющихся грунтовых вод; направление их должно быть перпен­ дикулярно движению грунтовых вод (параллельно гидроизо­ гипсам). Следует стремиться перехватить ловчей канавой весь поток грунтовых вод, доводя ее дно до водоупора. При большой мощности водоносного слоя (более 2—3 м) устраи­

ваются «висячие» ловчие канавы, на дне которых устраива­ ются скважины (глубиной до водоупора), заполненные филь­

меткам тальвега. При наличии ряда отдельных местных_понижений (лощин, котловин и др.) выборочная сеть канав про­ водится только по этим понижениям.

Защитные канавы служат для прекращения роста моховых болот в стороны. Они проводятся вокруг болота, вблизи его краев, под углом к горизонтали и выводятся в ближайший водоприемник.

Одновременно с проектированием осушительной сети на­ мечается расположение дорог, сооружений (мосты, трубы и др.), противопожарнь1х объектов (водоемы, шлюзы для за­ держания воды и др.).

В зависимости от величины осушаемой площади, гидрогео­ логических условий и причин избыточного увлажнения могут выпадать некоторые элементы осушительной системы. Напри­ мер , иногда осушение достигается только регулированием во­ доприемника или устройством одних нагорных канав или осу­ шителей. Если позволяют условия рельефа, следует стремить­ ся проектировать менее разветвленную осушительную сеть.

70

2. Р асстояни е м еж д у регулирую щ им и канавами

На осушаемой площади необходимо понизить уровень грунтовых вод соответственно требуемой норме осушения, а для этого необходимо правильно определить расстояние меж­ ду осушителями и глубины канав.

Расстояния между осушителями зависят от многих факто­ ров: от цели осушения; от причин избыточного увлажнения; климата (осадков, испарения и пр.); характера почвогрунтов, их водопроницаемости, влагоемкости, глубины залегания водоупора; глубины канав, уклона поверхности; характера на­ саждений (бонитета, состава, полноты, возраста) и других факторов. Так как полностью учесть все эти факторы доволь­ но трудно, расстояния между осушителями определяются с известным приближением.

В настоящее время в мелиоративной науке имеются три метода определения расстояний между осушителями: гидро­ логический (теоретический), лесоводственный (фитологиче­ ский) и экономический.

Сущность гидрологического метода заключается в том, чтобы за определенный период времени понизить уровень грунтовых вод на требуемую глубину.

Рис. 29. Понижение уровня грунтовых вод

Для успешного роста леса, как указывалось выше, наибо­ лее существенным является освобождение корневых систем от верховодки к началу роста насаждений в весенний период. В этот период, кроме действия канав, большое значение име­ ют испарение и транспирация. При близком залегании водоупора зависимость расстояний между осушителями от основ­ ных факторов может быть определена по упрощенной форму­ ле X. А. Писарькова:

( 66)

где I — расстояние между осушителями, м; к — коэффициент фильтрации, м/сутки-, hi — начальный напор, м (рис. 29);

/i2 — конечный напор, м;

71

t — время понижения уровня грунтовых вод (в сутках) на величину, равную (hi—h2)\

е — испарение (суммарное), м/сутки;

Р, — количество осадков за период t (достигших почвы), м;

6 — удельная водоотдача, может определяться для мине­ ральных почв по формуле Г. Д. Эркина:

з

а для торфяных почв — по формуле А. И. Ивицкого:

По этой формуле можно определять влияние отдельных факторов на расстояние между осушителями. Следует обра­ тить внимание на то, что чем больше водопроницаемость, тем больше водоотдача и тем больше требуется отводить избы­ точной воды. В связи с этим при наличии испарения повыше­ ние водопроницаемости почв не всегда приводит к увеличению расстояния между канавами.

Чем больше глубина канав, тем больше hi и h2 и тем боль­

ше расстояния между осушителями.

При глубоком залегании водоупора действие осушителей сказывается сильнее, и расстояния между ними можно уве­ личивать на 10—35% в зависимости от водопроницаемости и грубины ^грунта над водоупором. Наблюдения, а также расче­ ты показывают, что в вегетационный период, когда транспи­ рация достигает максимальной величины, роль стока по осу­ шительной сети по сравнению с транспирацией не велика. Од­ нако в годовом балансе его роль значительна.

Имеется определенная взаимосвязь между глубиной грун­ товых вод в отдельные времена года. Весной и летом пониже­ ние грунтовых вод происходит за счет испарения и стока воды по канавам, летом при сильном испарении грунтовые воды опускаются даже ниже дна канав, что приводит к иссушению почвы. Осенью же, при большой влагоемкости почвы, напри­ мер, на торфах, выпадающие осадки удерживаются почвой и очень медленно повышают уровень грунтовых вод. Зимой нижняя часть канавы не промерзает и отводит воду, вслед­ ствие чего грунтовые воды значительно понижаются и тем сасым ослабляется увлажнение почвы весной. Все это указы­

72

вает на то, что влагоемкость почв имеет большое значение для регулирования водного режима, она оказывает большое влияние и на расстояния между осушителями: чем больше влагоемкость, тем меньше объем стока и большее количество воды расходуется на транспирацию:

При лесоводственном (фитологичееком) методе расстоя­ ние между осушителями устанавливается на основании иссле­ дований по влиянию осушения на рост леса. При этих иссле­ дованиях определяют, на какое расстояние простирается дей­ ствие осушительных канав.'Эти расстояния удваивают и. по­ лучают расстояние между осушителями. Однако расчеты по­ казали, что затухание действия осушения по мере удаления от канав происходит постепенно, поэтому трудно определить, где совершенно прекращается влияние канавы. Кроме того, если принимать максимальные расстояния действия канав, то древостой на межканавной полосе будут иметь разные бони­ теты — от 1 до V.

В настоящее время расстояния между осушителями при­ нимаются несколько меньше двойного расстояния действия на рост леса с тем, чтобы бонитеты насаждений у канав и в се­ редине между осушителями отличались бы не более чем на один класс (табл. 17).

73

Продолжение табл. 17

Приведенные в таблице расстояния следует умножать на зональные коэффициенты (табл. 18). Кроме того, необходимо учитывать глубину залегания водоупора. Расстояния в табл. 17 даны для случая, когда торф подстилается глиной и суглинком. При глубоком водоупоре до 1,0 м и более рассто­

яния нужно увеличивать на 10—15, 15—25 и 25—30 % соответ­ ственно для супесей и мелкозернистых песков, среднезерни­ стых и крупнозернистых песков. Расстояния даны для глуби­ ны осушителей 1,0 м, при изменении глубины на 0,20 м, рас­

стояния между осушителями изменяются на 10—15%.

Таблица 18

Поправочные (зональные) коэффициенты для определения расстояний между осушителями

74

При грунтово-напорном питании расстояния между осуши­ телями уменьшаются на 20—30%. При осушении зеленых зон расстояния, приведенные в табл. 17, следует умножать на 0,75—0,80, а при осушении лесопарков — на 0,65—0,70. Чем больше глубина торфа, тем больше можно принимать расстоя­ ния между осушителями, как это видно из таблицы. При ук­ лонах поверхности от 0,005 до 0,01 расстояния надо увели­ чить на 5—10%. При использовании лесоводственного метода определения расстояний между осушителями следует учиты­ вать механизм действия осушительных систем, разработан­ ный советскими учеными. Теоретические исследования пока­ зали, что одна и та же канава действует в стороны на разные расстояния.

На осушаемых лесных землях расстояния действия больше в верхней части межканавной полосы, т. е. при обрат­ ном уклоне к канаве, и меньше при прямом уклоне, куда при­ текает большее количество-воды. Эта разница в расстояниях может быть до двух и более раз; чем больше расстояния меж­ ду осушителями, тем больше разница в расстояниях действия канав. Если на болоте проведена одна канава, то с верховой ее стороны, при значительном водосборе,t к ней может прите­ кать много воды и расстояние действия с этой стороны будет близко к нулю.

При параллельном расположении осушителей увеличение расстояния между ними приводит к уменьшению расстояния действия канав. При частой сети канав, когда ветви кривой депрессии смыкаются, расстояния действия больше при пря­ мом уклоне (к канавам). Все эти особенности действия осу-

75

шительной сети необходимо учитывать при определении рас­ стояний между осушителями лесоводственным методом, а так­ же при опытных работах. Расстояния действия следует опре­ делять по обе стороны канавы с учетом всех гидрологических факторов, влияющих на действия сети.

Советскими учеными проведены очень большие исследова­ ния по вопросам теории осушения и получены оригинальные и ценные формулы связи расстояний между осушителями с основными факторами. Эти формулы и являются основой для гидрологического метода. Однако этим методом в настоящее время расстояния не определяются, так как с достаточной точностью нельзя определить компоненты теоретических фор­ мул: коэффициенты фильтрации, суммарное -испарение, глу­ бину водоупора, слоистость почв, влагоемкость, влияние предшествующих периодов и др. На болотах в результате осадки торфа, его разложения и уплотнения сильно изменя­ ется водопроницаемость и влагоемкость, что также осложня­ ет применение теоретических формул.

Однако тёоретические формулы (зависимости) позволяют количественно учитывать влияние отдельных факторов на действие осушительной сети, дают определенную направлен­ ность практике и могут быть использованы при наличии объ­ ектов — аналогов, где интенсивность осушения установлена опытным путем. Лесоводственный метод может успешно при­ меняться с учетом теории осушения, о чем указывалось выше.

Для определения расстояний между осушителями в на­ стоящее время применяется лесоводственный метод, но прин­ ципиально более правильным следует считать комплексный метод (гидрологический в сочетании с лесоводственным и эко­ номическим). Пользуясь гидрологическим и лесоводственным методами можно определять и прогноз водного режима на осушаемой площади и ожидаемый бонитет насаждений и при­ рост при разном водном и пищевом режимах. Наконец, учи­ тывая затраты на производство осушительных работ, эксплуа­ тационные затраты, а также ожидаемый прирост древесины и ряд других экономических показателей, можно устанавливать степени осушения, которые давали бы наибольший экономи­ ческий эффект. Однако нельзя устанавливать степени осушения (расстояния между осушителями и глубины канав) по одному показателю эффективности — приросту древесины на 1 га, а

необходимо учитывать и другие положительные стороны осу­ шения, изложенные ниже. Для этого требуется проводить до­ полнительные исследования.

Интенсивность осушения в значительной степени зависит от народнохозяйственного значения леса и экономических ус­ ловий лесного хозяйства. В I и II группах леса осушение должно быть более интенсивным, чем в III группе.

76

История развития осушительных работ на лесных землях показывает, что интенсивность осушения повышается с ро­ стом интенсивности лесного хозяйства. Западной экспедицией по осушению болот расстояния между канавами на лесных землях принимались равными 1067 м, а глубина канав дово­

дилась до 1,6 м.

Профессор А. Д. Дубах рекомендовал для леса расстоя­ ния между канавами: 300 м при сфагновых торфах и 300— 500 м при низинных торфах. В настоящее время, как,видно

из табл. 17, расстояния между осушителями принимаются зна­ чительно меньшие. При осушении болот для сельскохозяй­ ственного использования расстояния между осушителями при­ нимаются по табл. 19.

Для луговых трав расстояния между осушителями прини­ маются на 20—30% больше, чем для полевых культур. Мень­ шие расстояния принимаются при наличии тяжелых подсти­ лающих грунтов или при грунтово-напорном питании. Из табл. 19 видно, что в северной зоне, где испарение незначи­ тельно, расстояния между осушителями принимаются мень­ ше, чем в центральной. Этой таблицей можно пользоваться и для установления расстояний между осушителями в случае использования низинных болот для питомников, приравнивая их соответственно к полевым культурам. При использовании минеральных земель временного избыточного увлажнения под древесные питомники можно принимать (приближенно) сле­ дующие расстояния между канавами: а) на супесчаных поч­ вах — 50—60 м, б) на суглинках — 40—50, в) на тяжелых су­ глинках и глинах — 20—40 м. Эти расстояния можно увели­

чивать в 1,5—2 раза при сочетании открытой сети канав с бо­ роздами.

77

Следует отметить, что расстояния между осушителями устанавливаются в настоящее время с известным приближе­ нием, в этом направлении необходимы дальнейшие исследова­ ния, основанные на использовании гидрологического, фитоло­ гического и экономического методов.

3. Длина канав и степень канализации

Стоимость осушения зависит в значительной степени от длины канав. Поэтому при проектировании следует стремить­ ся сокращать их длину, в особенности проводящей сети, не снижая требуемой интенсивности осушения. Общую длину ка­ нав иногда приходится определять и до составления проекта* т. е. при планировании мелиораций. Длину канав, приходя­ щуюся на 1 га осушаемой площади, принято называть сте­

пенью канализации.

Рис. 30. Расположение осушительной и дорожной сети с учетом действия проводящих каналов

Примем следующие обозначения (рис. 30): I — расстоя­ ния между осушителями; L —^ длина осушителей; Ь\ — длина осушителей на 1 га осушаемой площади. Верхние концы осу­

шителей не доведены до транспортирующих собирателей на величину Ь. При этих обозначениях длина осушителей на 1 га

осушаемой площади составит:

. (69)

Из формулы (69) видно, что с увеличением длины осуши­ телей L увеличивается длина осушителей на 1 га осушаемой

площади. Однако, как увидим ниже, из этого нельзя делать вывод, что следует проектировать короткие осушители. Суще-

78

ственным является то, что при учете осушающего действия транспортирующих собирателей (т. е. величины Ь) длина осу­ шителей сокращается до 20%. Величину b следует принимать не менее 0,5/. Длина транспортирующих собирателей С на 1 га осушаемой площади, как видно из рис. 30, равна

Из формулы (70) следует, что (^сильно зависит от длины осу­ шителей L; чем больше L, тем меньше Сь т. е. меньше требу­

ется транспортирующей сети, к чему следует стремиться.

Отношение = (71)

остается, верным и при Ь, равном нулю.

Следовательно, отношение длины собирателей к длине осу­ шителей на 1 га осушаемой площади равно расстоянию меж­ ду осушителями /, деленному на длину осушителей L; чем больше L, тем меньше С\.

Из формул (69) и (70) видно, что если учесть осушающее действие транспортирующих собирателей (величину Ь), то

длина осушителей и собирателей сократится в ^1-j—^ раз.

Аналогичное сокращение будет при взаимно перпендикуляр­ ном расположении дорожных канав и осушителей (см. рис. 30). Общая длина канав на 1 га всегда будет меньше при более

длинных осушителях, длину которых следует принимать не менее 600 м при одностороннем и 300 м при двухстороннем

впадении в собиратели. Осушение небольших участков всегда будет дороже, так как здесь осушители будут короткими. До­ рожные канавы могут быть сплошными и прерывчатыми, в каждом отдельном случае должен приниматься наиболее эко­ номичный вариант илй их сочетание.

При трехступенчатой сети длина магистральных каналов при одностороннем впадении осушителей равна

Следовательно, М х зависит только от длины транспорти­

рующих собирателей. Если позволяет рельеф, следует проек­ тировать менее разветвленную сеть и всегда учитывать осу­ шающее действие проводящей сети и дорохкных канав.

70