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

около 70 км. Для увеличения пропускной способности реки на этом участке требуется выполнить земляные работы общим объемом 7,75 млн. м3. Удельная стоимость работ (в современном масштабе цен) составляет около 30 руб. на гектар.

Такой же эффект по снижению уровней воды может быть до­ стигнут и регулированием весеннего стока путем использования расположенных в бассейне восьми крупных озер и создания в верховьях р. Ловати водохранилища с площадью водного зеркала 3500 га (рис. 35). В результате проведения этих мероприятий, сто­ имость которых составит 6,7 руб. на гектар, то есть в 4,5 раза меньше, будет затоплено 4500 га земель, из них только около 30% занято сельскохозяйственными угодьями.

Аналогичны выводы, к которым приходят исследователи этого вопроса и в Белоруссии [102].

Намечая мероприятия по улучшению неудовлетворительных во­ доприемников, следует анализировать также возможности и це­ лесообразность устройства регулирующих водохранилищ. Такие варианты можно не рассматривать лишь в случаях, когда площадь водосбора в створе плотины водохранилища меньше !/з площади

дет получен от использования водохранилища;

Е— ежегодные затраты, связанные с эксплуатацией мелио­ ративных устройств, водохранилища и других гидро­ технических сооружений;

—чистый доход, который получался с затопленной пло­ щади до устройства водохранилища;

К— общая стоимость строительства водохранилища. Регулирование стока можно применять самостоятельно и в со­

четании с другими видами выправления русла.

Регулирование стока как самостоятельное мероприятие эф­ фективно, когда уровни в водоприемнике в меженное время не превышают допускаемых по условиям работы осушительной сети, а емкость регулирующего водохранилища позволяет задержать сток высоких вод.

В сочетании с выправлением русла регулирование стока при­ меняют, если при пропуске расчетных расходов необходимо пони­ зить уровни воды или приспособить русло для мелкотоннажного судоходства.

236

При выправлении рек, впадающих в моря и крупные о^ера, где развиты нагонные явления, а также в случаях, когда за ко­ роткие сроки приходится сбрасывать большие объемы воды, ре­ гулирование стока целесообразно применять в сочетании с обва­ лованием русл. Если из-за большой емкости водохранилища сброс накопленной в нем воды приходится осуществлять несколько раз в году, то сочетают регулирование стока с выправлением и об­ валованием русла.

При проектировании мероприятий по регулированию стока рекомендуется соблюдать следующие основные правила:

места для постройки водохранилищ по возможности намечают вблизи населенных пунктов, что значительно упрощает и удешев­ ляет их последующую эксплуатацию и создает возможности для более полного использования акватории;

создание водохранилищ, как правило, не должно вызывать необходимости переноса жилых домов, промпредприятий, капи­ тальных дорог и других дорогостоящих сооружений и устройств; затопляемые и подтопляемые угодья должны быть как можно

меньше по площади и хуже по качеству; зону подтопления, под которой при сельскохозяйственном ис­

пользовании земель понимают территорию, оконтуриваемую го­ ризонталью, превышающей отметку затопления в легких и тор­ фяных грунтах на 0,8—0,9 м и в тяжелых на 1,0—1,1 м, нужно стремиться использовать под травы, овощи и другие влаголюби­

вые культуры; зона затопления, к которой относят территории, затапливаемые

весной на срок более 25—30 дней, а в районах, где регулируется летний сток, территории, затапливаемые летом на 1—3 дня и бо­ лее, исключаются из сельскохозяйственного использования;

площадь зоны мелководий, под которой понимается прибреж­ ная часть водохранилища, оконтуриваемая горизонталью на 1,0— 1,5 м ниже нормального подпорного уровня, должна быть возмож­

но меньшей.

В проектах должны предусматриваться особые меры по под­ держанию этой зоны в санитарном состоянии;

устанавливаемый режим работы водохранилища должен обес­ печивать минимум площади временного затопления. Следует стремиться к тому, чтобы длительность временного затопления в весеннее время не превышала 25—30 дней;

для создания нормальных условий использования акватории водохранилищ необходимо выполнять мероприятия по подготовке чаш к затоплению. Основные из них — очистка чаши от древес­ ной и кустарниковой растительности и пней, от строительного и прочего мусора; перенос всех строений и сооружений, располо­ женных ниже отметки затопления; постройка подходов для водо­ поя скота, мостков для бытового использования водохранилища, подъездов для пожарных машин, лодочных пристаней, купален, пляжей и т. п.

237

З а щ и т н о е о б в а л о в а н и е рек, заключающееся в ус­ тройстве вдоль русла с одной или обеих сторон защитных валов, применяют для предохранения территорий от затопления и для регулирования поемности (длительности затопления весенними полыми водами).

Основные преимущества этого вида выправления водоприем­ ников:

возможность локального проведения защитных мероприятий, то есть предохранение от затопления отдельных массивов или по­ ниженных территорий, представляющих особую для народного хозяйства ценность;

возможность создания условий для интенсивного хозяйствен­ ного использования периодически затапливаемых земель в пой­ мах. плавнях, речных дельтах и в приморских низменностях.

Независимо от целевого назначения защитных валов необхо­ димо учитывать, что во время половодий и паводков обвалование рек вызывает:

увеличение скорости, с которой движется вода вниз по реке; усиление размывающей активности реки в пределах обвало­

ванного участка; подъем уровней воды на обвалованной части реки и умень­

шение уклонов поверхности воды выше этой части; увеличение расходов и повышение уровней воды ниже обва­

лованного участка реки.

Обвалование экономически эффективно в случаях, когда еже­ годные затраты на содержание валов меньше потерь, вызывае­ мых затоплением территории, защищаемой валами. Целесообраз­ ность обвалования земель, для самотечного осушения которых необходимо выправление водоприемника, определяют сопоставле­ нием технико-экономических показателей по вариантам выправле­ ния русла без обвалования и в сочетании с обвалованием.

При решении задач, связанных с защитой территории от за­ топления и о регулированием поемности, приходится сталкиваться

стакими основными случаями.

1.Защищаемая территория должна быть предохранена от за­ топления во все периоды года. Это необходимо при защите насе­ ленных пунктов, а также сельскохозяйственных угодий и прочих земель, занятых культурами, не выдерживающими затопления. Этот способ защиты сельскохозяйственных угодий является един­ ственно приемлемым для районов, где половодье проходит в лет­ нее время или летне-осенние паводки превышают половодье. В та­ ких случаях применяют незатопляемые защитные валы. Высоту их определяют из условия пропуска без перелива через гребень мак­

симальных расчетных расходов заданной обеспеченности.

2. Защищаемую территорию необходимо предохранить от за­ топления во время прохождения летне-осенних паводков. В ниж­ них бьефах гидроэлектростанций, работающих с повышенными расходами зимой, территория должна быть предохранена от за­

2 3 8

топления и в зимний период. Этот способ защиты применяют там, где сельскохозяйственные угодья не используют под озимые куль­ туры или продолжительность затопления во время половодья на­ столько незначительна, что не сказывается отрицательно на уро­ жайности выращиваемых культур. Здесь устраивают затопляемые валы, высота которых достаточна для предохранения территории от затопления во время летне-осенних паводков и зимой, но до­ пускает перелив при проходе расходов весеннего половодья.

3. На защищаемой территории должен быть создан заданный режим затопления. Это достигается устройством как затопляемых, так и незатопляемых защитных валов.

Затопляемые валы создают, когда необходимо удлинить срок затопления поймы. В таких случаях (рис. 36) обвалованную тер­ риторию важно заполнить полой водой как можно раньше, Для ускорения затопления в валах целесообразно устраивать водо­ пропускные сооружения.

При большой длительности затопления задача регулирования поемности может быть решена двумя способами. Первый — устраивают незатопляемые валы. Затопление обвалованной тер­ ритории осуществляется через водопропускные сооружения в ва­ лах. Начало затопления устанавливают с таким расчетом, чтобы задержанная на пойме вода могла быть сброшена в реку самоте­ ком за требуемое время (рис. 37). Второй — валы устраивают затопляемыми. Для освобождения в необходимые сроки поймы от

см

Рис. 36. Удлинение срока затопления поймы посредством затопляемых валов:

2 3 Э

ных валов обосновывают технико-экономическими расчетами. Основные технико-экономические вопросы, которые приходится

решать при проектировании обвалования, следующие: величина расчетного расхода заданной обеспеченности; расположение защитных валов в плане; расстояние между валами и их высота; конструкция поперечного сечения валов.

Определение расчетных расходов затрудняется тем, что после обвалования речного русла снижается регулирующее влияние поймы. Вследствие этого расход, который подлежит пропуску между валами, превышает наблюдаемые. В связи с увеличением расходов уровень воды ниже участка обвалования повышается, что также необходимо учитывать при определении влияния обва­ лования на режим реки.

Плановое расположение валов устанавливают с учетом следу­ ющих основных положений:

общий рисунок расположения валов в плане должен следовать за рисунком речной долины;

при прямом русле валы должны быть расположены примерно на равных расстояниях от его оси;

при извилистом русле валы должны быть расположены так, чтобы формируемый поток был ограничен системой плавносопря-

2 4 0

т н м3/сут

гающихся между собой кривых, радиусы которых изменяются от конечной величины в вершине до бесконечности к концам кривых; валы не должны подходить близко к изгибам рек, иметь кру­

тые повороты и образовывать застойные расширения; для уменьшения объемов земляных работ и увеличения устой­

чивости защитных валов необходимо в максимальной степени ис­ пользовать прирусловые валы и все повышенные места поймы; следует избегать местных понижений и участков, подстилаемых илистыми грунтами и сапропелем;

при обваловании заболоченных рек валы нужно приурочивать по возможности к местам с наименьшей глубиной торфа;

по гребню валов не рекомендуется устраивать автогужевые дороги.

На основе этих положений на топографическом плане масшта­ ба не мельче 1 : 25 000 намечают возможные трассы валов.

Расстояние между валами и высота их взаимосвязаны. Чем больше высота валов, тем при меньших расстояниях между ними может быть пропущен расчетный расход, и наоборот. Но чем выше валы, тем больше их стоимость, но зато меньше площадь между валами, а значит, и меньше убытки, вызываемые затоплением при пропуске значительных расходов.

Наиболее рациональное соотношение между высотой валов и расстоянием между ними определяют из условия, чтобы чистый

доход R (руб.), который будет получен с защищаемой территории после обвалования, был максимальным. Это условие можно вы­ разить формулой

К — строительная стоимость защитных валов со всеми соору­ жениями ка них, руб.;

Е — ежегодные эксплуатационные расходы, руб.;

п— принятое число лет полной окупаемости капитальных затрат, связанных с созданием защиты.

Расстояние между валами (м)

/ С - Я ^ а ^ С п Х п + ^ / С л Х л )

i — гидравлический уклон потока.

Все прочие расчеты, связанные с проектированием защитного обвалования, ведут в соответствии с рекомендациями, изложен­ ными в [81].

Регулировочные мероприятия на водоприемниках-водоемах.

Возможность использовать озера, водохранилища и другие водое­ мы в качестве водоприемников для самотечного осушения опреде­ ляют путем сопоставления их уровенного режима с величиной не­ обходимого запаса в устьях впадающих магистральных каналов.

242

Уровенный режим устанавливают по данным гидрометрических наблюдений. Если таких данных нет, режим уровней в водоемах рассчитывают либо по материалам наблюдений над стоком в во­ доемы-аналоги, либо по картам изолиний речного стока.

При использовании данных по стоку в водоем-аналог находят

ка к используемому водоему по формуле

(68)

где WH— искомый объем годового или сезонного притока задан­ ной обеспеченности, м3;

—удельный объем притока заданной обеспеченности в водоем-аналог, м3/км2;

F — площадь водосбора водоприемника-водоема, км2.

При использовании карт изолиний среднегодового и сезонного модулей стока или таких же карт объемов стока вначале вычис­ ляют нормы объемов притока (Ц70 м3/км2) п о сезонам и за год. Пользуясь установленными для района расположения водоема значениями коэффициентов вариации Cv и асимметрии Cs, подсчи­ тывают объемы сезонных и годового притоков заданной обеспечен­ ности:

F — площадь водосбора водоема, км2.

По некоторым районам СССР в литературе приводятся карты изолиний стока различных обеспеченностей, что значительно об­ легчает расчет.

При определении уровенного режима водоема в качестве ис­ ходного рекомендуется принимать замеренный уровень воды перед снеготаянием, исправленный на объем, который будет получен от таяния льда и снега.

Изменение уровней в водоеме можно определять аналитиче­ ски по формуле (70) или графо-аналитическим способом, пользу­

где //„, Нк — отметки уровней воды в водоеме в начале и в кон­ це рассматриваемого периода, м;

Wt — объем стока заданной обеспеченности за рассмат­

за рассматриваемый период, м.

Уровенный режим в озерах, из которых вытекают реки, опре­ деляют с учетом происходящего из них оттока. Величину оттока при отсутствии гидрометрических данных подсчитывают по фор­ мулам установившегося неравномерного движения с учетом про­ исходящих изменений уровенного режима как в озере, так и в принимающем водотоке (водоеме).

Для создания в водоприемниках-водоемах необходимых уров­ ней применяют следующие виды регулировочных мероприятий:

понижение уровня воды на величину, достаточную для обеспе­ чения нормальной работы регулирующей осушительной сети;

снижение объема поступающего в водоем-водоприемник стока. Понижение уровня воды в водоприемниках-озерах достигается сбросом по вытекающим из них рекам или специально устраивае­ мым каналам необходимого слоя воды и поддержанием затем в- водотоках расхода, равного притоку в озеро. Изменение уровенно­ го режима водоприемника-водоема и величина сбрасываемого из него расхода взаимозависимы. Поэтому величину расчетного рас­ хода и размеры сбросного канала и сооружений на нем устанав­ ливают подбором на основании сопоставления стоимости сбросных устройств и убытков, которые вызываются в хозяйствах при раз­

личном времени сработки уровней в водоеме.

Этот вид регулирования целесообразно применять на проточ­ ных и сточных озерах с развитой пойменной террасой. На озерах иных типов понижение уровня возможно, если устройство сброс­ ных каналов будет экономически оправдано. Особенно эффектив­

отраслях народного хозяйства, для нужд которых возведено водо­ хранилище, или когда ущерб, вызываемый таким снижением уров­ ня, будет перекрываться доходами, получаемыми с осушаемых земель.

Снижение объема притекающей к озеру воды может быть до­ стигнуто: устройством нагорных каналов или нагорных валов; снижением коэффициента поверхностного стока на водосборе; созданием водохранилищ, задерживающих приток в озеро поверх­ ностных вод.

Нагорные каналы и перехватывающие водозадерживающие ва­ лы устраивают в тех случаях, когда собираемая вода может быть сброшена в обход озера либо в другой водоприемник. Перехва­ тывающие валы можно устраивать, если затапливаемая выше них территория не имеет хозяйственной ценности.

Коэффициент поверхностного стока можно снизить посадкой снегосборных лесных полос, устройством по горизонталям мест­ ности водозадерживающих валиков, а также применением специ­ альных приемов обработки почвы. Такой способ регулирования

244

рационален на водосборах с проницаемым почвенным покровом, когда замедление поверхностного стока не поведет к избыточно­ му увлажнению корнеобитаемого слоя.

Снижение стока водохранилищами рационально в тех случаях, когда в водосборе озера вблизи населенных пунктов имеются мес­ та, пригодные для создания водохранилищ необходимой емкости.

При разработке мероприятий по регулированию водоприемни­ ков-водоемов необходимо соблюдать следующие основные пра­ вила:

не допускать увеличения по сравнению с существующими пло­ щадей мелководий;

в головах рек и каналов, вытекающих из регулируемых рек, предусматривать сооружения для регулирования уровней воды;

для предохранения озер-водоприемников от заиления оставлять вокруг них нераспахиваемыми защитные полосы шириной 50— 70 м. На примыкающей к воде части шириной 20—25 м следует предусматривать наносоудерживающие кустарниковые насаждения.

Весной и реже в периоды выпадения летне-осенних дождей земли, прилегающие к озерам, затапливаются. Площади времен­ ного затопления на крупных озерах увеличиваются также за счет нагона воды ветрами. Кроме того, затопления вызываются цик­ личным колебанием уровней воды в озерах.

В таких случаях для предохранения земель от затоплений пре­ дусматривают устройство защитных валов в сочетании с системой нагорных каналов (валов). Воду впадающих в озера притоков и из нагорных каналов сбрасывают, если возможно, в другой во­ доприемник, либо пропускают в обвалованных руслах. Избыточ­ ные воды за счет осадков, выпадающих непосредственно на за­ щищаемую территорию, отводят посредством насосных станций либо собирают в естественных понижениях и сбрасывают в озера после снижения в них уровней.

Методика разработки мероприятий по осушению и защите земель от затопления

Вопросы, связанные с устройством и эксплуатацией регули­ рующей сети, при составлении схем с достаточной для этой стадии точностью могут быть решены на основании разработок по типо­ вым участкам. В связи с этим применительно к выявленным причи­ нам заболачивания по основным типам местообитаний выбирают типовые участки.

Проекты по типовым участкам, как правило, разрабатывают в нескольких вариантах, чтобы иметь возможность выбрать наибо­ лее рациональные способы осушения и водоотвода (самотечный, машинный) для разных видов хозяйственного использования ме­ лиорируемых земель.

При выборе типовых участков и определении их количества спорными обычно являются размеры этих участков и число необ­

2 4 5