книги из ГПНТБ / Марков Е.С. Мелиорация пойм нечерноземной зоны

участке от дреиы к коренному берегу совпадает с положени­ ем, определенным по формуле Дюпюи, и на участке от дре­ ны до водохранилища оно приближается к положению, оп­ ределенному по формуле Г. Н. Каменского (с учетом инфиль­ трации).

Береговой дренаж безупречно справляется с понижением уровня грунтовых вод без дополнительного дренажа. Не­ достатками в его устройстве, создающими некоторые эксп­ луатационные затруднения, являются заиление дрен, не­ достаточные размеры труб в нижней части дренажа и не­ пригодные для осмотра и очистки размеры труб в верхней части.

Береговой дренаж в пойме р. Москвы. Примером осуше­ ния пойм при подтоплении служит дренаж в пойме р. Мо­ сквы на площади 250 га.

Участок сложен современными аллювиальными отложе­ ниями: в южной части мощностью 12—18 м и в северной ча­ сти 25 м. Верхний ярус этих отложений состоит из мелко­ зернистых глинистых песков с линзами суглинков и глин, нижний —. из разнозернистых песков с гравием и галькой. Сверху на аллювиальных отложениях залегает культурный слой, достигающий в некоторых местах 7—8 м, а снизу рас­ положены коренные породы: в южной части юрские глины, в северной известняки, глины, мергели.

Коэффициент фильтрации песчано-гравелистых отло­ жений изменяется от 5 до 25 м/сут, мелкозернистых песков— от 2 до 5 м/сут, глинистых песков — от 1 до 2 м/сут.

На защищаемой территории имеются два водоносных го­ ризонта, первый из которых приурочен к аллювиальным отложениям со свободной поверхностью и небольшим на­ пором грунтовых вод, второй — к известнякам и мергелям верхнего карбона. Водоносный горизонт верхнего карбона напорный, изолирован от аллювиальных вод юрскими гли­ нами, которые на некоторых участках размыты, поэтому оба водоносных горизонта гидравлически связаны между собой.

Перервинская плотина подняла уровень воды в реке на 3 м. А это привело к повышению уровня грунтовых вод в пойме, затоплению подвальных помещений, подтоплению фундаментов многих зданий, особенно'промышленных пред­ приятий, уменьшению допустимой нагрузки на грунт и разрушению зданий. Для предупреждения вредных послед­ ствий подъема воды в реке предлагались разные варианты, например защита отдельных объектов кольцевым дрена-

142

жем, гидроизоляцией и т. д. Но это не давало основного решения вопроса — защиты всей территории.

В . М . Григорьевым был предложен береговой дренаж, рассчитанный на сохранение в пределах всей территории уровня грунтовых вод, соответствующего отметке в реке до подпора 117, после подъема воды в ней до отметки 120.

Исследования берегового дренажа для составления схе­ матического проекта были проведены во Всесоюзном науч­ но-исследовательском институте гидротехники' и мелиора­ ции (ВНИИГиМ) в 1935 г. под руководством А. А. Черка­ сова и И. А. Ска'баллановича С. Ф. Аверьяновым,

Е.С. Марковым и А. Т. Филипповым.

Вгидротехническом лотке размерами 59x100x800 см моделировали пойму и часть русла реки в масштабе 1 : 50. Дно лотка покрывали глиной (водоупор), а затем песком (коэффициент фильтрации 0,0239 см/с), а сверху него грун­ том (коэффициент фильтрации 0,00415 см/с). На одном конце лотка была смоделирована часть р. Москвы с оди­ ночным откосом, уложенным мелким гравием; на другом конце был отгорожен рамой с металлической стекой отсек для подачи воды. Дрена представляла медную трубку диа­ метром 19 мм (в натуре 10 см) с отверстиями, покрытую мел­ кой сеткой. К горизонтальной дрене были подведены верти­ кальные трубочки диаметром 4 мм (колодцы) с отверстиями, обтянутые сеткой. Исследовались следующие вопросы.

Для уровня воды в реке до подпора (отметка 117) и уров­ ня грунтовых вод на расстоянии 600 м от реки (отметка 117,57 в натуре) определили расход грунтового потока, рав­ ный 0,003 л/сна 1 пог. м (внатуре), и положение уровня грунтовых вод.

При отметке уровня воды в реке 120 (при подпоре) и том же расходе (0,003 л/с) определяли новое положение уже под­ пертого уровня грунтовых вод.

Уровень воды в реке поддерживали на отметке 120, к реке с водосбора поступал постоянный расход 0,003 л/с на '7 1 пог. м. Работала одна горизонтальная дрена, при этом грунтовые воды понизились до уровня, соответствовавшего первой стадии опытов при отметке воды в реке 11.7, а местами и ниже. Понижение уровня грунтовых вод продолжалось в опыте около 5 суток (250 суток в натуре). У дрены между колодцами уровень воды соответствовал 117,15 м.

Моделировали прохождение паводка в р. Москве и его влияние на изменение грунтовых вод в пойме при работе дренажа. Уровень речной воды в течение 15 суток (в натуре)

143

поднимался до отметки 122,8, держался на ней около суток и затем опускался. Уровень грунтовых вод в это время по­ вышался только на 0,10—0,15 м (в натуре). При этом между рекой и дреной (на расстоянии 4 м от реки) грунтовые воды резко понижались. В дрену поступал расход воды, равный 0,130 л/с на 1 пог. м, из них 0,003 л/с с водораздела и 0,127 л/с из реки.

При уровне воды в реке 120 м работали только вертикаль­ ные колодцы или дрена вместе с вертикальными колод­ цами.

Устанавливали характер распространения волны павод­ ка в грунте без дренажа. При амплитуде уровней в реке 2,8 м колебание волны с расстоянием 250 м от реки состав­ ляло 0,9 м. Паводок запаздывал на 2 суток.

Исследования берегового дренажа для технического проекта проводили в той же лаборатории ВНИИГиМ, но на другом лотке размерами 50x120x1202 см.

В таблице 25 приведены варианты опытов, уровни воды

иудельные расходы.

Квесне 1937 г. к подъему уровня воды в р. Москве до отметки 120 был построен вертикальный дренаж в виде двух горизонтально расположенных труб (сифонов), поме­ щенных в железобетонной сухой галерее шириной 2 м и вы­ сотой 2,1 м, заложенной выше уровня грунтовых вод. Дли­

из частиц крупностью 0,5—2 мм,-

144

Горизонтальные сифонные трубы выведены в приемные резервуары насосных станций. Сифоны проложены (уклон по проекту 0,0005—0,0062, фактический 0,0025—0,0068) к насосным станциям. В трубах эрлифтными насосными ус­ тановками создается искусственное разрежение, способ­ ствующее поступлению к ним воды из грунта по вертикаль­ ным колодцам. Из труб вода поступает в резервуары, а из них перекачивается в реку насосными станциями.

Построены и оборудованы насосные станции цилиндри­ ческой формы с внутренним диаметром 11 м. Они разделены на три яруса: нижний (резервуар для грунтовых вод), средний (машинный зал) и верхний (вестибюль). В машинном зале станции размещены три центробежных насоса НГ-12 производительностью по 200 л/с для перекачки дренажных вод в реку, три вакуум-насоса типа РМК-1 производитель­ ностью 1,5 м8 /мин для предпусковой заливки центробеж­ ных насосов и два вакуум-насоса типа РМК-2 производи­ тельностью 4,5 м3 /мин для создания и поддержания ваку­ ума в сифонах, напорные трубопроводы, вентиляционные установки, контрольно-измерительное и автоматическое оборудование.

Три вспомогательные насосные станции установлены на концевых участках галереи и в середине на стыке двух вет­ вей основных насосных станций. Откачка воды из резервуа­ ров и необходимое понижение грунтовых вод в пойме регу­ лируются автоматически. Возможен и самотечный отвод, воды из берегового дренажа в нижний бьеф, создающий под­ пор воды в реке Перервинской плотины, но из-за длинной холостой части дренажа он экономически не оправдан (рис. 32).

Расчет притока к дренажу со стороны реки произведен по формулам Н. Н. Павловского и Н. Г, Каменского, .

Результаты многолетней эксплуатации дренажа позво­ лили выявить его положительные стороны и недостатки. Об­ щий вывод заключается в том, что глубокий дренаж в те­ чение более тридцати лет работает безотказно и безаварийно и обеспечивает на защищаемой территории необходимое понижение грунтовых вод. Расчетное и наблюдаемое поло­ жение уровня грунтовых вод примерно совпадает. А дей­ ствительный приток воды в дренаж со стороны реки значи­ тельно отличается от расчетного. Это подтверждается про­ ектными и фактическими расходами дренажа-(табл. 26).

Несмотря на то что расчетные расходы в три раза пре­ вышают фактически наблюденные, нельзя проектный дебит

146

Рис. 32. Береговой дренаж в пойме р. Москвы:

/ — насыпной грунт; 2 — супесь тонкозернистая; 3 — песок мелкозернистый глинистый; 4 — песок разкозернистый; 5 — глина серая и черная с гравием и щебнем; 6 — суглинок с мелкими валунами (морена); 7 — глина черная или темносерая слюдистая; 8 — глина пестроцветная плотная с мергелем; 0 — уровень грунтовых вод 10 ноября 1933 г. при отметке уровня воды-в реке 117 м (до устрой­ ства дренажа); 10 — тоже, 1 октября 1937 г. при отметке уровня воды в реке 120 м и береговом дренаже; // —трасса берегового дренажа; 12 — горизонтали поверх­ ности; 13 — расчетный уровень грунтовых вод при отметке в реке 120 м и отсут­ ствии дренажа; 14 — насосные станции; 15 — галерея дренажа; 16 — трубчатый

колодец.

дренажной системы считать завышенным, так как средний расчетный расход меньше расчетного паводкового заданной обеспеченности. Максимальный секундный расход только по насосной станции № 1 составлял 330 л/с и по насосной станции № 2—138 л/с. Во время весенних паводков при подъеме воды р. Москвы на 1—1,5 м расход дренажных вод увеличивается в 1,5—3 раза.

Изменение количества воды, поступающей в дренаж, определяется многими причинами: например, положением уровня воды в р. Москве; величиной вакуума в сифонных трубопроводах; климатическими особенностями того или иного года; поступлением в грунт вод промышленных и хо­ зяйственных предприятий, расположенных на защищаемой территории; интенсивностью работы других водопонизительных установок; состоянием колодцев-фильтров. Резкое от-

147

личие фактических расходов от проектных объясняется сильной заиленностью русла реки, что не учитывалось в проекте, откачкой воды местными водопонизительными установками, неоднородностью грунта и его коэффициентов фильтрации на разных участках.

При одном и том же вакууме в сифонах определялся рас­ ход дренажных вод по ветвям-галереи при всех сифонах и половине работающих. При уменьшении колодцев-фильт­ ров в 2 раза дебит уменьшился только на 13—16% и лишь по одной ветви насосной станции № 2—на 32%. В течение двадцати лет эксплуатации суммарные годовые расходы дренажных вод изменялись от 5400 тыс. м3 (2-й год ) до 2200 тыс. м3 (18-й год).

Большим недостатком в работе дренажа является интен­ сивное зарастание всасывающих узлов, отстойников, филь­ тров и сифонных трубопроводов.

Вакуум-насосы откачивают за год значительно меньше воздуха и газов, чем предусматривалось проектом. Вместо

148

1900 тыс. м3 воздуха и газа по каждой станции фактически откачивается насосной станцией № 1 170—300 тыс. м3 , а насосной станцией № 2 280—330 тыс. м3 .

В первые годы работы дренажа вакуум в сифонных тру­ бопроводах не регулировался, на всех ветвях дренажа установились низкие отметки уровней воды в колодцахфильтрах.

Уровни грунтовых вод понизились на 2—3 м по.сравне­ нию с уровнями, наблюдавшимися до подпора воды в реке. Такое понижение грунтовых вод могло привести к загнива­ нию деревянных свай и деформации сооружений, поэтому уровень грунтовых вод был поднят до исходного положе­ ния. При проектировании и строительстве берегового дренажа не предусмотрено понижение уровня верховодки.

Исследования Москворецкого дренажа до его постройки, проведенные в лаборатории ВНИИГиМ, показали (см. табл. 26), что одна горизонтальная дрена обеспечила бы со­ хранение уровня грунтовых вод, наблюдавшегося на осу­ шаемой территории до подпора в р. Москве.

Тридцатипятилетний опыт эксплуатации Днепровского берегового дренажа в виде одной горизонтальной дрены так­ же говорит о более целесообразном строительстве в анало­ гичных условиях горизонтального дренажа, чем верти­ кального. Однако решение этого вопроса не может быть общим и должно рассматриваться в соответствии с конкрет­ ными условиями каждого объекта. При защите сельскохо­ зяйственных земель горизонтальный береговой дренаж (открытый или закрытый) в подавляющем большинстве слу­ чаев будет гарантировать необходимое преграждение и по­ нижение грунтовых вод на поймах.

Мелиорация поймы р. Оки (совхоз «Большевик»). К по-

,ниженно-равнинным поймам продолжительного затопления относится пойма р. Оки у г. Серпухова (длиной 18 км, ши­ риной до 2,5 км).

На пойменных землях площадью 1350 га размещено ово­ щеводческое хозяйство «Большевик». Используемые сов­ хозом земли ежегодно затапливаются весенними, летними и осенними паводками. В некоторые годы паводковые воды задерживаются в понижениях поймы все лето.

Рельеф поймы плоский, равнинный, хорошо выражены прирусловая, центральная и притеррасная части. По пойме протекает несколько притоков р. Оки (pp. Нара, Протва, Ремча). Прирусловый вал простирается вдоль всей поймы, возвышаясь на 1—1,5 м и более над центральной частью,

149

которая представляет впадину с волнистым рельефом, вы­ тянутую с запада на восток.-Притеррасная часть поймы является пологим переходом склона в долину реки. На пойме находятся старицы и озера,вытянутые вдоль реки, которые питаются не только паводковыми, но и грунтовы­ ми водами, поступающими с водосбора.

Почвы поймы распределяются в соответствии с ее основ­ ными элементами. На прирусловой части, где грунтовые воды опускаются ниже 3 м и паводковое затопление непродолжите­ льно, откладываются наносы легкого механического состава, образуя луговые слоистые почвы, представленные песча­ ными разностями — пылеватыми супесями и суглинками. Они содержат 1,3% гумуса, 0,06% азота, 0,14% фосфора и 1,1% калия, рН 6,9—7. На центральной части поймы пре­ обладают наиболее плодородные луговые темноцветные по­ чвы суглинистого и тяжелосуглинистого механического состава, комковатой структуры. Почвы эти включают 2,92% гумуса, 0,24% азота, 0,24% фосфора, 1,45% калия, обла­ дают хорошей водо- и воздухопроницаемостью и влажно­ стью. Грунтовые воды залегают на глубине до 2 м. На при­ террасной части поймы распространены лугоболотные зер­ нистые почвы. Вследствие высоких грунтовых вод (0,5— 1,2 м) и продолжительного паводкового затопления разви­ ваются иловато-болотные почвы, которые содержат 3,86% гумуса, 0,23% азота, 0,2% фосфора и 1,4% калия, а нижние горизонты — закнсные соединения железа.

Геологические и гидрогеологические условия поймы весьма разнообразны. В юго-восточной и южной части уча­ стка верхние слои на глубине до 3 м состоят из глины с про­ слойками ила, а ниже — глинистого песка. Водоносный гори­ зонт залегает на глубине 3—3,5 м.

На Приокском участке растительный слой (толщиной 2—3 см) подстилают современные аллювиальные отложения из пылеватых суглинков и супесей с иловатыми или глини­ стыми прослойками, органическими остатками и песками. Мощность аллювиальных отложений около 4 м. Ниже рас­ положены древнеаллювиальные речные, озерные, болот­ ные отложения мощностью около 10 м.

Грунтовые воды в зависимости от рельефа местности залегают на глубине от 0 до 7,5 м и более (в некоторых сква­ жинах наблюдается напорность).

В западной части участка верхние слои (до 1,5 м) состоят из песчаных грунтов с примесью глины и илистых про­ слоек, водоносный горизонт залегает на глубине 1—2 м.

150