книги из ГПНТБ / Ахмедов, Х. А. Осушительные мелиорации учебник для гидромелиоративных факультетов технических и сельскохозяйственных вузов

ГЛАВА VII

ПРОВОДЯЩАЯ ОСУШИТЕЛЬНАЯ СЕТЬ И ВОДОПРИЕМНИКИ ОСУШИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЛЯХ

§ 36. Модуль дренажного стока и расположение проводящей осушительной сети

Назначение проводящей осушительной сети — своевремен­ но отводить с орошаемой территории в водоприемник излиш­ ние грунтовые и поверхностные воды. Регулирующая осуши­ тельная сеть (группа первичных дрен) сбрасывает дренажный сток в первичный проводящий осушительный канал — соби­ ратель. Собиратели же собранный сток сбрасывают во вну­ трихозяйственный коллектор, последний — в межхозяйственный коллектор. Сток межхозяйственных коллекторов принимают коллекторы районного, межрайонного или межреспубликан­ ского значения (например, Дарьялыкский коллектор в Южном Хорезме).

Водоприемниками для дренажных вод служат естествен­ ные котловины достаточно больших размеров, расположенные далеко за пределами мелиорируемого района. Например, Сарыкамышская котловина принимает дренажный сток и сбросные воды с земель Хорезмской области Узбекской ССР и Ташаузской группы районов Туркменской ССР.

Расстояние между проводящими каналами осушительной системы назначается в зависимости от конструкции регулиру­ ющей сети и организации территории и изменяется в преде­ лах от 400 до 600 м и более с таким расчетом, чтобы обес­ печивать высокую производительность машинно-тракторного парка. Если приходится часто прокладывать проводящие осу­ шительные каналы, их заключают в трубу.

К проводящей осушительной сети (коллекторам всех по­ рядков) предъявляют следующие требования. Она должна своевременно отводить в водоприемник весь поступающий дренажный сток с орошаемой территории, не допускать за­ болачивания и подтопления земель массива в течение всего года. Необходимо, чтобы затраты на ее эксплуатацию (на очистку от зарастания и заиления) были минимальными.

На орошаемых землях Средней Азии, Южного Казахстана и Азербайджана расходы коллекторов увеличиваются за счет сброса поливной воды. Величина этого сброса зависит от из­ меняющихся по временам года почвенно-климатических н гидрологических факторов и от характера сельскохозяйствен­ ного использования площадей (вегетационные поливы сухо­ дольных культур, орошение посевов риса, промывки засолен­ ных земель, влагозарядковые поливы и др.).

У каждого канала проводящей сети своя площадь водо­ сбора, с которой стекает определенный расход грунтовых вод. Для установления этого расхода введено понятие модуль

160

дренажного стока. Модулем дренажного стока называется величина стока с единицы водосборной площади (л)сек с 1 га).

Устьевой расход проводящего осушительного канала (кол­ лектора) в условиях, когда заболачивание происходит как за счет поверхностного притока, так и подъема грунтовых вод, определяется суммой стока поверхностных вод и дренажного стока. При этом поверхностный сток для зоны избыточного увлажнения определяют по формуле:

вило, должен быть равен нулю, а при совмеще­ нии коллекторной сети со сбросной устанавлива­ ется размером сброса поливной воды, полученным

врезультате наблюдений.

Взоне избыточного и неустойчивого увлажнения модуль стока — величина непостоянная. Изменяясь во времени и про­ странстве, он зависит от количества осадков, проницаемости почво-грунтов, рельефа, уклонов поверхности водосбора, ха­ рактера растительного покрова, величины и формы водосбор­ ной площади, изрезанности ее системой открытых каналов, создающих частые водосборы, и т. д.

На водосборах значительной длины сток происходит при малых скоростях — с замедлением, а в водоприемник поступает за определенное время вода не со всей площади водосбора. Поэтому введено понятие коэффициент замедления <р. По А. Н. Костикову, он приближенно может быть выражен через средний уклон водосбора / и длину водосбора /:

По А. Н. Костикову, максимальное значение модуля стока можно определить по формуле:

уверенности в универсальности предложенных разными авто­ рами формул нет. Остается единственно правильный путь — определять модуль стока на специальных типовых стоковых участках для отдельных почвенно-климатических районов.

Расположение проводящих каналов коллекторно-дренаж­ ной сети должно быть увязано, прежде всего, с топографиче­ скими и гидрографическими условиями осушаемой территории; с характером хозяйственного использования ее, с расположе­ нием регулирующей сети; с условием питания заболоченной площади избыточными водами (перехват — перерезывание дви­ жущегося потока грунтовых или отвод поверхностных вод); с уровнем механизации сельскохозяйственных работ в данном

хозяйстве.

Главным магистральным коллектором называется по­

чтобы не было подпора в главном коллекторе при самом вы­ соком уровне воды в водоприемнике. Оптимальный угол горизонтального сопряжения главного коллектора с* водо­ приемником 45—60°. Если уровень воды в водоприемнике превышает уровень воды в главном коллекторе, вдоль водо­ приемника устраивают резервуары, из которых воду качают насосами в водоприемник.

В устьях всех младших и старших проводящих осушитель­ ных каналов, начиная от устья первичной (регулирующей) дрены и собирателя и кончая сопряжением главного коллек­ тора с водоприемником, проектируют ступенчатые горизонты.

162

осушительной системы, но и стоимость ее строительства. Сильное понижение уровня грунтовых вод, особенно слабо-

минерализованных (1—3 г!л), экономически невыгодно.' По­ требуется увеличить количество поливов и, следовательно, дополнительно подавать поверхностную воду. Увеличение ко­ личества поливов связано с дополнительными механизирован­ ными обработками. Поэтому в нужные периоды, сообразно требованиям сельскохозяйственных культур, влажность почвы на полях регулируют, поднимая уровень относительно пресных грунтовых вод при помощи перегораживающих сооружений в коллекторах.

соблюдена глубина, обеспечивающая прием воды из дрены в собиратель (проводящий канал). Например, длина регулирую­

Следовательно, глубина группового собирателя должна быть на 0,30 м больше, чем регулирующей дрены.

При одностороннем расположении проводящих каналов (рис. 69) расстояние между групповыми собирателями

крытыми собирателями L = 21 -f а (рис. 69, тип 1).

§

5:

Q.

13

I

со

I

Рис. 69. Общая схема осушительной системы.

Если регулирующие дрены располагаются по типам II и III, расстояние между группо­ выми собирателями равно оди­ нарной длине регулирующих дрен. На рис. 69 пунктиром показаны закрытые регули­ рующие дрены, сплошной ли­ нией — групповые собиратели, впадающие в главные коллек­ торы. По типу IV и собира­ тели — закрытые, они впадают в коллектор первого порядка.

На заболоченных участках с продольным и поперечным уклонами (рис. 70) главный коллектор располагают по

Рис. 70. Осушительная система при тальвегу. наличии тальвега.

§37. Особенности гидравлического расчета

иконструирования проводящих осушительных каналов

Ширину по дну проводящих осушительных каналов опре­ деляют гидравлическим расчетом -при известном расчетном расходе воды канала. Минимальная ширина канала по дну определяется габаритом ковша экскаватора. При меньшей ши­

164

рине по дну не обеспечивается высокая производительность экскаватора.

Скорость течения воды в каналах устанавливают в зави­ симости от их заиляемости и зарастания. Чтобы русло канала не зарастало, скорость течения воды должна быть не менее 0,5 Mj-сек. Однако получить такую скорость не всегда удает­ ся. В практике проектирования за минимально допустимую скорость воды в бытовой период принимают 0,20 Mjceu. За­ растание каналов сильно увеличивает (до 0 ,2 0 ) коэффициент шероховатости, и пропускная способность их резко уменьша­ ется. Требования к незаиляемости осушительной сети не так высоки, как в оросительных каналах, так как вода, поступа­ ющая в осушительные каналы, обычно не содержит наносов. Поэтому проверки на заиляемость проводящих каналов осуши­ тельной сети не делают.

Средняя скорость течения воды в проводящих осушитель­ ных каналах назначается исходя из неразмываемости. По дан­ ным А. Н. Костикова, размыв грунта в руслах осушительных

хода) — закономерное явление. Уменьшение скорости к устью нежелательно, так как это может вызвать зарастание и заиле­ ние канала.

Уклоны дна проводящих осушительных каналов и откосы их принимаются согласно техническим указаниям и нормам проектирования. Откосы весьма неустойчивы, если они круче угла естественного откоса данного грунта, особенно при близ­

Гидравлический расчет проводящих осушительных кана­ лов. Ширину по дну b и наполнение h канала устанавливают гидравлическим расчетом, так же как при расчете ороситель­ ного канала. Очень большая ширина канала по дну нежела­ тельна. Поэтому рекомендуется рассчитывать сечение по от­

равномерном режиме работы их используют известные формулы гидравлики. Гидравлический расчет удобно и проще всего про­ изводить по специальным таблицам, графикам или линейке инж. В. Ф. Пояркова.

Одна из характерных особенностей гидравлического расчета коллекторов заключается в том, что в противовес оросительным каналам, где расчетные расходы по участкам к концу канала убавляются и поперечные сечения его делаются меньше, в кол­ лекторах происходит обратное явление. Расходы по мере впаде­ ния в коллектор боковых каналов и непосредственного стока возрастают и потому сечения крупных.магистральных проводя­ щих каналов по участкам увеличиваются с приближением к устью.

§38. Проектирование осушительных каналов

впоперечном и продольном профиле

Осушительные каналы проводят в выемке. Вынутый грунт разравнивают тонким (0,3—0,5 м) слоем по осушаемой площа­ ди или заполняют им низины. Если вынутый грунт включает шагал (гравий с песком) или примеси, вредные для сельскохо­ зяйственных культур, его не разравнивают, а профилируют в виде отвалов (кавальеров) или по обеим сторонам коллектора, или по одной стороне. Если вдоль коллектора строится дорога, то шагал, вынутый из коллектора, используется на насыпку ее полотна.

Отвалы располагают от бровки коллектора на таком рас-

о,г

берма

17 Ч

Рис. 71. Сечение коллектора с одной бермой:

1 — уровень грунтовых вод; 2 — разравнивание; 3— отвал.

166

стоянии, чтобы дополнительное давление от веса грунтовок не вызвало бы разрушения откосов и выпучивания дна коллек­ тора. Такие явления наблюдаются преимущественно на торфя-* ных или плывунных грунтах. Ширина бермы не меньше 1 мй при глубоких каналах -=-2 м. Очень часто ширина бермы при­ нимается по габариту строительных машин, проходящих по ней.

71—72).

Чтобы обеспечить устойчивость русла коллектора, когда он проходит в плывунах или песчаном грунте, применяют три спо­ соба крепления: 1) укладка чима и выстилка хворостяных матоп на откосах. Хворост укладывают поперек течения воды и закре ­ пляют жердями, кольями; 2 ) устройство плетневой вертикаль­ ной стенки; 3) устройство подпорных стенок из жердей, пластпл или досок.

Если коллектор проходит в плывунных грунтах или торфя­ ной бузе, более рационально уложить асбестоцементную трубу (в одну или две нити). В условиях Средней Азии может быть уложена и бетонная труба, выполненная на сульфатостойком цементе.

Коллекторы делают в большинстве случаев открытыми, так как в них легко сбрасывать поверхностные воды и обходятся они дешевле закрытых. Однако открытые каналы имеют ряд недостатков: большая потеря полезной площади, затраты йа постройку мостов на пересечениях с дорогами: Если они распо­ ложены друг от друга на расстоянии меньше, чем 300—400 м„ то затрудняют механизацию сельскохозяйственных работ. По­ этому устройство закрытых коллекторов экономически вполнеоправдано, особенно в условиях современных механизированных хозяйств.

Чтобы обеспечить устойчивость поперечного сечения канала, устраивают правильные откосы, дно предохраняют от размыва, укрепляя нижнюю часть откоса, каналу придают достаточную ширину по дну. В слабых и плывунных грунтах или при недопу­ стимо больших скоростях воды откосы укрепляют. Продольный профиль будет устойчивым, если каналу придать соответствую­ щий уклон, исключающий возможность размыва русла. Это до­ стигается устройством перепадов или креплений русла на соот­ ветствующих участках.

167

Деформация русел коллекторов

Сброс воды с рисовых плантаций или с полей суходольных культур, особенно в ночное .время, нередко наблюдается в неко­ торых районах Средней Азии. Минерализация воды в Шурузякском коллекторе (старая зона орошения Голодной степи) летом не превышает 3—4 г/л. Это является неоспоримым доказатель­ ством большого сброса в коллектор поверхностных вод. В лет­ ний период коллекторы заиляются сбросными поверхностными водами, в межень зарастают камышом. Обрушение, оплывание откосов, выпучивание дна чаще всего обусловлено выклинива­ нием грунтовых вод на участках с песчаными прослойками. В результате разрушения сечение коллектора становится более широким и менее глубоким (коллекторы в старой зоне орошения Голодной степи). Ширина коллектора увеличивается на 30—50%, глубина уменьшается на 20—30%.

Деформация дна и откосов осушительных каналов не только уменьшает их пропускную способность, но и ухудшает дрениро­ вание, создавая подпор, распространяющийся вверх — в сторо­ ну орошаемых земель. Деформации русла устраняют при еже­ годной очистке и капитальном ремонте каналов.

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы

1.Каково назначение проводящей осушительной сети?

2.Расскажите о плановом расположении и конструкции проводящих осу­

шительных каналов.

3.Какие требования предъявляют к проводящей осушительной сети?

4.Что такое модуль стока и как определяются расчетные расходы про­ водящей осушительной сети?

5.Расскажите об особенностях гидравлического расчета и конструиро­ вания проводящих осушительных каналов (уклоны, откосы, скорости тече­ ния воды, коэффициенты шероховатости, устойчивость и деформации русла).

ГЛАВА VIII ВОДОПРИЕМНИКИ ОСУШИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

§ 39. Виды водоприемников и основные требования, предъявляемые к ним

Водоприемниками для дренажных систем могут служить реки, саи, балки, закрепленные овраги, водохранилища, боль­ шие озера, иногда подземные водопроницаемые слои грунта, способные вместить большое количество воды.

Эффективность действия осушительной системы целиком и полностью определяется способностью водоприемника прини­ мать дренажные воды, отводимые с осушаемой территории. Примером может служить современная территория Кокандской Группы районов Ферганской области Узбекской ССР, на кото­ рой до революции в качестве водоприемника использовались мелкие озера, и заболоченность орошаемых земель района все рремя увеличивалась. Заболоченность на этом массиве была лик­

1б8

видирована только после постройки Риштан-Багдадского и дру­ гих крупных коллекторов, а в качестве водоприемника поверх­ ностных вод и дренажного стока была принята Сырдарья. Эта река служит хорошим водоприемником для всех областей Фер­ ганской долины.

К водоприемникам предъявляют следующие требования. Горизонт воды в водоприемнике не должен создавать подпора и подтопления устья впадающих в него коллекторов. В водопри­ емнике желательно иметь равномерное установившееся движе-. ние воды. Водоприемник должен иметь достаточную пропускную способность, постоянное устойчивое русло и прочные берега. Если водоприемник не отвечает этим требованиям, проводят специальные работы.

§ 40. Причины неудовлетворительного состояния водоприемников и их упорядочение

Одной из причин неудовлетворительного состояния водо­ приемников является затопление пойм и размывы берегов па­ водковыми водами, уменьшение уклона и скоростей течения во­ ды вследствие извилистости русла реки. Зарастание русла и за­ сорение его мелкими и крупными наносами (ил, песок, камень) повышает коэффициент шероховатости и уменьшает сечение водоприемника. Неправильные формы поперечных сечений рус­ ла, резкие переходы от широких сечений к узким и от глубоких к мелким создают неравномерное движение воды в водоприем­ нике. Подпор горизонта воды, вызванный строительством гидро­

достигается увеличением уклона реки после спрямления русла; уменьшением коэффициента шероховатости русла расчисткой от наносов и сорной растительности; приданием руслу призма­ тической формы; устранением подпора, вызванного недостаточ­ ными габаритными размерами искусственных сооружений (узкие пролеты мостов, подпоры у плотин, рыбные заколы и др.); по­ нижением горизонта воды в замкнутых озерах, прудах и других водоемах путем обеспечения нужного стока или применения вертикальной системы осушения. Уровень воды в реке понижа­ ется при зарегулированном стоке ее, когда построены водохра­ нилища на протоках или в верхнем течении. Разгрузка водо­ приемника, т. е. отведение части паводкового расхода особым до­ полнительным обводным каналом, осуществляется тогда, когда естественный водоприемник не может пропустить паводковых расходов без вреда для прилегающей площади (малое сечение, недостаточный уклон).

Простейшим мероприятием по понижению горизонта воды в водоприемнике и увеличению его пропускной способности явля­

169