книги из ГПНТБ / Панадиади, А. Д. Проблемы мелиоративного устройства нечерноземной зоны

водоемов (озера, водохранилища) вместить собираемые осуши­ тельной сетью избыточные воды при уровнях, обеспечивающих нормальную работу регулирующей сети.

Водотоки и водоемы могут быть использованы в бытовом со­ стоянии как водоприемники при условии, что:

режим уровней в них после приема вод, стекающих с осушае­ мой территории, ие будет нарушать нормальную работу регули­ рующей осушительной сети;

длительность затопления мелиорируемых земель во время ве­ сенних разливов не препятствует намеченному хозяйственному использованию земель;

на протяжении вегетационного и осенне-зимнего периодов под­ лежащие мелиорации земли не затапливаются разливающимися русловыми водами;

сброс вод, собираемых осушительной сетью, не. ухудшает вод­ ный режим земель, расположенных по течению ниже мелиори­ руемых.

Водотоки и водоемы, не отвечающие одному из этих призна­ ков, при самотечном осушении можно использовать в качестве водоприемников только при условии проведения выправительнорегулировочных мероприятий.

По характеру стояния уровней различают два типа неудовлет­ ворительных водоприемников:

водоприемники, уровенный режим которых превышает необхо­ димый на протяжении всего года;

водоприемники, уровенный режим которых нарушает нормаль­ ную работу осушительной сети только в отдельные периоды года, например весной, во время летне-осенних паводков, в межень и т. п.

Регулировочно-выправительные мероприятия на водоприемни­ ках первого типа проводят с учетом амплитуды расходов (на во­ доемах— уровней) за весь год, а во втором случае — с учетом расходов (уровней) лишь тех периодов, на протяжении которых водоприемник не отвечает условиям нормальной работы регули­ рующей осушительной сети. Мероприятия на полную амплитуду расходов (уровней) связаны обычно с большими объемами работ и капиталовложений, поэтому необходимость их применения сле­ дует устанавливать с особенной тщательностью.

При осушении земель нередки случаи, когда удовлетворение некоторых из перечисленных признаков вызывает значительное увеличение объемов и стоимости выправительных мероприятий, которое не всегда оправдывается экономически. В таких случаях для определения экономически целесообразного объема выправи- тельно-регулировочных мероприятий приходится разрабатывать несколько вариантов.

Проводя технико-экономический анализ, необходимо учиты­ вать, что подпор каналов регулирующей сети во время половодья или летне-осенних паводков допустим, если это не сказывается от­

226

рицательно на использовании мелиорируемых земель или убытки, вызываемые этим подпором, и расходы, связанные с созданием необходимых страховых фондов продукции, ниже стоимости ме­ роприятий, обеспечивающих необходимое снижение уровней воды в водоприемнике.

При длительном весеннем затоплении земель, подлежащих мелиорации, необходимо определить площади, освобождающиеся в сроки, обеспечивающие возможность использования осушаемых земель под полевые и овощные севообороты и под культурные сенокосы и пастбища, а также площади, которые из-за длительно­ сти затопления не могут быть использованы в той или иной мере.

Экономически целесообразный объем выправительно-регули- ровочных мероприятий для каждого из анализируемых видов ис­ пользования мелиорируемых земель устанавливают следующим образом. Хозяйство, согласно перспективному плану, должно по­ лучать с площади, подлежащей мелиорации, определенное количе­ ство продукции. От реализации этой продукции чистый доход со­

лиорации и освоению земель в этом случае составляет К\, еже­ годные расходы по эксплуатации построенных сети и сооруже­

хозяйство после проведения мелиоративных мероприятий сможет получать с мелиорируемой площади не все виды предусматривае­ мой по плану продукции (или меньшее количество, или другие виды, производство которых планом не намечалось). Реализация продукции позволит получать чистый доход (/?2), размер кото­ рого может быть определен по формуле (59). Стоимость мелиора­

Е2 руб. Учитывая, кроме того, что чистый доход хозяйства ежегод­ но будет меньше на сумму R x—R2, срок окупаемости капитальных затрат составит:

Сопоставление сроков окупаемости по крайним позициям и проработка промежуточных вариантов позволяют установить эко­ номически целесообразный объем регулировочно-выправительных мероприятий по водоприемнику.

При анализе технических схем осушения редко рассматрива­ ют техническую и экономическую целесообразность применения машинного осушения. Почему-то априорно принято считать, что машинное осушение всегда дороже самотечного, и поэтому о при­ менении его говорят, если самотечное осушение заведомо тех­ нически невозможно (например, при высоком стоянии уровня воды в море или в крупной реке). Такой взгляд на машинное осушение отражает уже пройденный этап в развитии производительных сил, когда в стране вырабатывалось мало электроэнергии, трудно бы­ ло рассчитывать на получение оборудования для насосных стан­ ций и т. д. В настоящее время уровень производства электроэнер­ гии и добычи жидкого топлива, а также выпускаемое отечественной промышленностью >и промышленностью социалистических стран насосно-силовое оборудование позволяют применять машинное осу­ шение во всех случаях, где оно экономически целесообразно.

За более широкое применение машинного осушения говорят и такие соображения. По возможности водоприемники осуши­ тельных систем должны использоваться комплексно, для различ­ ных нужд народного хозяйства (мелкотоннажное судоходство, местное рыбное хозяйство, водоснабжение и т. д.). Необходимо также предохранять районы проведения осушительных мероприя­ тий от излишнего иссушения. Все это ограничивает возможности снижения уровней воды в реках-водоприемниках. При таком под­ ходе к вопросам использования рек осушение тяготеющих к ним земель во многих случаях возможно только при машинном водоот­ воде. Особенно эффективен машинный водоотвод при осушении небольших площадей, самотечный сброс воды с которых осущест­ вим при условии проведения выправительно-регулировочных ме­ роприятий на значительном протяжении водоприемника.

Виды и способы выправительно-регулировочных мероприятий на водоприемниках-реках. Для создания в водоприемниках-реках не­ обходимого уровенного режима применяют порознь или в соче­ тании следующие виды выправительно-регулировочных мероприя­ тий: увеличение пропускной способности русла, искусственную бифуркацию, регулирование половодий и паводков, защитное об­ валование.

У в е л и ч е н и е п р о п у с к н о й с п о с о б н о с т и р е ч н ы х р у с л может быть достигнуто:

ликвидацией или снижением подпоров, препятствующих сво­ бодному течению воды;

снижением шероховатости русла; увеличением размеров живых сечений потока; снижением непризматичности русла; увеличением уклонов потоков.

228

Ликвидацией или снижением подпоров, особенно на реках с очень малыми уклонами, можно достичь при относительно не­ больших затратах значительного снижения уровней воды. Если ликвидация подпора связана с необходимостью сноса или пере­ устройства хозяйственно необходимых и экономически оправды­ вающих свое существование сооружений, то целесообразность та­ ких мероприятий должна быть обоснована экономически.

Снижение шероховатости достигается уничтожением водорос­ лей, тростника, камыша и другой водолюбивой растительности, заполняющей русло и покрывающей берега реки, а также очист­ кой реки от деревьев, кустарников, карчей, топляков, раститель­ ных остатков и прочего мусора. В результате проведения таких работ значение коэффициентов шероховатости русл уменьшается в несколько раз, что и ведет к снижению глубины заполнения по­ тока. Так, при уменьшении шероховатости, например, в 2 раза, наполнение в русле снизится на 27%.

Увеличение размеров живых сечений рек углублением и уши-

рением русла является наиболее действенным способом увеличе­ ния пропускной способности водотоков. Однако в этих случаях необходимо тщательно учитывать инженерно-геологические свой­ ства грунтов, которые в ряде случаев ограничивают возможность создания устойчивых русл значительной глубины или вызывают необходимость применения креплений откосов и дна.

Снижение непризматичности русл достигается устройством спе­ циальных продольных или поперечных выправительных сооруже­ ний. Наука до настоящего времени не располагает убедительными данными о воздействии этих сооружений на режим рек-водопри­ емников. В связи с этим при проектировании выправительных ме­ роприятий по водоприемникам пользуются рекомендациями, уста­ новленными для крупных судоходных рек, хотя очевидно, что пере­ носить эти данные прямо нельзя. По этой причине, а также из-за неразработанности способов механизированного строительства вы­ правительных сооружений от их применения в последние годы практически отказались. Однако представляется целесообразным

где Q — расчетный расход, м3/с;

—площадь живого сечения "(м2) и скорость (м/с) в на­ чальном створе участка (рис. 32);

2 29

на hv положительная. В таких случаях суммарные потери на рас­ сматриваемом участке реки (м)

Таким образом, выправительные сооружения следует приме­ нять тогда, когда hv> 0, то есть на тех участках русла, на которых скорость в начальном створе больше скорости в конечном (vH> v K, Къ<\), а площадь живого сечения в начальном створе меньше, чем в конечном ( c d h < o ) k ) -

Величина потерь, вызываемых непризматичностью русл, со­ размерна ничтожно малым уклонам, которые свойственны забо­ лоченным рекам (табл. 49). Поэтому при разработке проектов выправления водоприемников-рек во всех случаях, когда hv~^z0,25 hf, необходимо на основе сопоставления строительных и эксплуатационных затрат определять, что экономически целесо­

В практике для повышения пропускной способности водопри­ емников увеличивают уклон потока спрямлением излучин рек про­ копами. Этот прием выправления принято считать одним из наи­ более эффективных, хотя это далеко и не так [80, 84]. Спрямления

230

Т А Б Л И Ц А 49

Потери h v (мм), вызываемые непризматичностью русл

эффективны только в сочетании с другими видами выправительных мероприятий и, в частности, с увеличением размеров попереч­ ных сечений русл.

Пропускная способность речных русл в конечном итоге опре­ деляется ходом руслового процесса, под воздействием которого непрерывно изменяются их формы и размеры. Направленность и интенсивность этого процесса зависят от многих факторов, глав­ нейшими из которых являются: геологические, геоморфологиче­ ские (в частности, эпейрогенические), гидрометеорологические, характер почвенно-растительного покрова и производственная деятельность человека. Для получения с наименьшими затратами

ив кратчайшие сроки необходимого эффекта при проектировании

ипроведении выиравительных мероприятий учет влияния всех факторов обязателен.

Состояние руслового процесса к началу проектирования и его соответствие требованиям, обеспечивающим нормальную работу осушительной сети, в общей форме выражаются гидравлическим профилем [83], анализ которого и позволяет наметить рациональ­ ную систему мероприятий по выправлению русла. Устанавливая способ выправления, следует иметь в виду, что всякое изменение формы или положения русла в плане должно сопровождаться соответствующими изменениями размеров поперечных сечений.

Увеличить пропускную способность русла без изменения его формы в плане и размеров поперечных сечений можно лишь при условии ликвидации подпоров и снижения коэффициента шерохо­ ватости. Применение других способов выправления связано с не­

обходимостью изменения размеров и формы русла, а следователь­ но, и изменениями положения русла как в плане, так и в верти­ кальной плоскости. Это показывает, что при выправлении русла увеличением пропускной способности рационально применять не один какой-либо из описанных способов, а их сочетание, в зави­ симости от направленности и интенсивности руслового процесса.

231

Разрабатывая при составлении схемы мероприятия по увели­ чению пропускной способности речных русл, необходимо соблю­ дать следующие основные правила:

для снижения объемов земляных работ и наименьшего нару­ шения сложившихся условий пользования прилегающими к во­ доприемнику землями следует в максимальной степени совмещать проектную трассу с существующим руслом реки;

все рукава, протоки и староречья, выключаемые спрямляю­ щими прокопами, дальнейшее сохранение которых не вызывается хозяйственной необходимостью, подлежат ликвидации путем уст­ ройства в верховом и низовом концах перемычек. Эти отрезки русла целесообразно засыпать до отметок, превышающих не ме­ нее чем на 0,5—0,6 м средние меженные уровни;

уклоны поверхности воды в выправляемом водотоке должны быть более или менее постоянны и в целом следовать за уклоном местности. Необходимо стремиться к тому, чтобы уклоны русла увеличивались в направлении течения. Если это не выполнимо, необходимо, чтобы при проходе руслообразующих расходов транс­

портирующая способность потока вдоль течения не уменьша­ лась;

сопряжение выправляемого русла с невыправляемым участком реки или с принимающей рекой должно обеспечивать режим ско­ ростей и уровней, необходимый для поддержания выправляемого русла в устойчивом состоянии;

проводимые выправительные мероприятия не должны ухудшать санитарные условия и условия хозяйственного использования как самого водоприемника, так и прилегающей к нему территории;

при использовании грунтовых или поверхностных вод, гидро­ логически связанных с выправляемым водоприемником, в случаях, когда возможны нарушения хозяйственных нужд, необходимо пре­ дусматривать переустройство существующих или строительство новых сооружений, обеспечивающих удовлетворение заинтересо­ ванных хозяйств водой;

учитывать, что ниже участков рек, выправляемых путем уве­ личения пропускной способности, происходит общее повышение и более интенсивное нарастание уровней высоких вод и усиление наводнений.

Закономерности формирования русл до сих пор еще оконча­ тельно не установлены, поэтому при проектировании выправительных мероприятий, особенно на крупных реках, целесообразно намечаемые проектные решения проверять на моделях.

В ы п р а в л е н и е в о д о п р и е м н и к о в и с к у с с т в е н н о й б и ф у р к а ц и е й заключается в том, что часть расхода, превы­ шающая расход, при котором уровенный режим водоприемника обеспечивает нормальную работу регулирующей осушительной сети, сбрасывается по сбросному каналу в водоток соседнего водо­ сбора или по разгрузочному каналу в тот же водоток, но ниже мелиорируемой территории.

2 3 2

На рисунках 33 и 34 показаны схемы создания искусствен­ ной бифуркации по рекам Смердель и Пузна ’(Ловатская низмен­ ность) [73] и разгрузки реки Каргат (Барабинская низменность) [74]. Преимущество этого вида выправления водоприемников —

возможность избежать углубления и уширения выправляемого русла.

Применение искусственной бифуркации целесообразно в случа­ ях, когда:

стоимость работ по строительству и технической эксплуата­ ции сбросного или разгрузочного канала соответственно меньше стоимости выправительных мероприятий по разгружаемому руслу и его эксплуатации в дальнейшем;

уровенный режим принимающей реки после сброса в нее до­ полнительного расхода не будет ухудшать условий хозяйственного использования земель, тяготеющих к этой реке;

на принимающей реке проводят выправительные работы и дополнительная стоимость этих работ для пропуска сбрасываемо­

сбросом дополнительного расхода, меньше ежегодного чистого до­ хода, который будет получаться после мелиорации земель, тяго­ теющих к разгружаемой реке.

Чтобы уменьшить объемы работ и стоимость строительства сбросных и разгрузочных каналов при назначении их трасс, необхо­ димо:

в максимальной степени исполь­ зовать все местные понижения, балки и водотоки;

233

стремиться к минимальному количеству пересечений с желез­ ными и автомобильными дорогами, крупными каналами и трубо­ проводами, с кабельными линиями электропередач и связи и с границами землепользования;

прокладывать сбросные каналы в плотных и устойчивых грун­ тах, избегая плывунных, илистых и каменистых грунтов;

использовать каналы для иных хозяйственных нужд. Вопросы, связанные с проектированием сбросных и разгрузоч­

ных каналов, более подробно рассмотрены в специальной работе автора [80].

Р е г у л и р о в а н и е п о л о в о д и й и п а в о д к о в . Регули­ рование стока заключается в таком перераспределении годового стока во времени, при котором расходы по руслу реки в любой период года проходят при уровнях, не нарушающих нормальной работы регулирующей сети. Это достигается устройством на вы­ правляемой реке, ее притоках или в крупных понижениях водо­ сбора специальных водохранилищ, регулирующих сток.

Основное достоинство рассматриваемого способа улучшения водоприемников — возможность создать в реке уровенный режим, необходимый для нормальной работы осушительной сети, обес­ печив одновременно более рациональное использование полых и паводковых вод. С помощью создаваемых водохранилищ можно удовлетворять транспортные, коммунально-бытовые, культурно­ спортивные и другие хозяйственные нужды. Водохранилища могут быть использованы также для производства электроэнергии, лик­ видации наводнений и регулирования длительности весеннего за­ топления пойменных земель.

Особенно целесообразно создавать регулирующие водохрани­ лища в тех случаях, когда в водосборе выправляемой реки име­ ются значительные ло площади озера или пониженные простран­ ства.

Основные недостатки этого вида выправления водоприемни­ ков — затопление при создании водохранилищ территорий, значи­ тельная часть которых представляет собой наиболее плодородные пойменные земли; значительное изменение на протяжении года площади водного зеркала, что ухудшает условия использования акватории; значительный удельный вес площадей, занятых мел­ ководьями.

Регулирование стока водохранилищами, несмотря на очевид­ ные преимущества, при выправлении рек-водоприемников приме­ няют сравнительно редко. Это в значительной мере объясняется априорным мнением, что устройство водохранилищ во всех случа­ ях связано с затоплением значительных территорий и стоимость строительства таких водохранилищ очень высока. В действитель­ ности же это далеко не так.

В районах европейской части нечерноземной зоны и север­ ной лесостепи весенний слой стока 1%-ной обеспеченности состав­ ляет 210—230 мм, а 5%-ной обеспеченности— 180—200 мм.

2 3 4

Площадь водного зеркала водохранилища, регулирующего сток, можно определить по формуле

где h — слой стока заданной обеспеченности, мм;

Н— наибольшая глубина воды у плотины, м;

а— коэффициент зарегулированности стока, доли от еди­ ницы;

F B— площадь водосбора, км2.

Площадь затопления в зависимости от величины слоя весен­ него стока при глубине воды у плотины 10 м и а=1 составляет:

2 3 5