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

Проведены наблюдения за грунтовыми водами, дренаж­ ным стоком, влажностью и температурой почвы, осадкой торфяника, испарением, размерзанием торфяника весной, развитием сельскохозяйственных культур и их урожайно­ стью. Кроме того, определяли водопроницаемость торфа, водоотдачу и т. д. Четырехлетними исследованиями уста­ новлено, что глубокий дренаж обеспечивал устойчивое по­ нижение грунтовых вод на 70—85 см от поверхности весной и на 80—150 см в вегетационные периоды. При обычном дренаже грунтовые воды опускались на глубину 30—50 см (с выходом на поверхность), в вегетационный период— на глубину 50—90 см, а в засушливый — на 60—-ПО см от по­ верхности. Одновременно проводили наблюдения за влаж­

JlfjaiU ..J,n .iu . L l . .

\3

14

Рис. 55. Хроноизоплеты влажности почвы на опытном участке в пойме

232

Во влажном (1962) году, когда осадков выпало 637,2 мм или 129% от нормы, при осушении глубоким дренажем влажность почвы в слое 0—50 см составляла 55—75% от объема, содержание почвенното воздуха—15—-30%, при осушении обычным дренажем влажность была 68—82%, содержание воздуха —4—18%.

В1963'г., когда осадков выпало 396,9 мм, или 80% от нормы, влажность почвы при глубоком дренаже составляла 62—75% от объема, содержание воздуха равнялось 11— 23%, при обычном дренаже влажность почвы была на 10% выше.

Взасушливом (1964) году, когда осадков было 279,6 мм, или 57% от нормы, влажность почвы в слое 0—50 см при осушении глубоким дренажем составляла 35—60%, содер­ жание воздуха равнялось 27—51%, при обычном дренаже влажность почвы была 41—70%, а на глубине 50—100 см при глубоком осушении повышалась до 75%, при обычном— до 83%.

В1965 г., когда осадков выпало 543,2 мм, или 110% от годовой нормы, влажность почвы при осушении глубоким дренажем изменялась от 50 до 75%, при обычном— от 55 до 85%.

Опытами установлено, что при глубоком дренаже почва оттаивает на 10—12 дней раньше, чем при обычном; темпе­ ратура почвы повышается; создается регулирующая емкость, обеспечивающая поглощение талых вод и выпадаю­ щих осадков; сток из дрен более выравнен, а во влажные и средневлажные он возрастает; урожаи овощей получают­ ся выше. Оптимальные расстояния между дренами при глу­ боком дренаже равны 30—40 м.

Ц. Н. Шкинкис установил, что при осушении легких и среднетяжелых минеральных почв средняя глубина грун­ товых вод при глубоком дренаже (1;5 м) на 0,4 м ниже, чем при мелком (0,9 м). Он рекомендует закладывать дрены на глубину (м): на легких и среднетяжелых минеральных поч­ вах 1,3—1,5; на тяжелых слабопроницаемых почвах 1,2— 1,3; на глубоких торфяных почвах 1,4—1,5. С учетом еже­ годной сработки торфа на 1,5—2,5 см при увеличении глу­ бины заложения на 10 см срок службы дренажа возрастает примерно на 5 лет.

Против глубокого осушения торфяных пойменных почв высказывается И. Н. Скрынникова, которая считает, что последствия глубокого осушения торфяных почв (усиление разложения торфа в подпахотных горизонтах, .падение вла-

233

гоемкости торфа, сильное пересушение пахотного слоя)" рано или поздно приводят к падению плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур. Такое мнение о глубоком осушении торфяных почв яхромской поймы можно объяснить, видимо, тем, что И. Н. Скрыиникова про­ водила свои исследования на участках, осушенных только мелким дренажем или мелкими каналами, и не имела возможности сопоставить результаты обычного осушения с глубоким. Исследования В. Я - Черненка на этой же Яхром­ ской пойме не подтверждают выводов И. Н. Скрынниковой.

Приведенные результаты исследований глубоких кана­ лов показывают их преимущества в определенных условиях и для определенных культур перед мелкими каналами и дренами.

Глубокие каналы или глубокий дренаж должны найти широкое применение при осушении пойменных земель грун­ тового, грунтово-напорного, аллювиального питания в за­ висимости от природных особенностей поймы,. Они спо­ собствуют более быстрой минерализации торфа и освоению болот, улучшению воздушного режима почвы (повышению содержания кислорода, уменьшению углекислоты), созда­ нию более равномерного водного режима, позволяют зна­ чительно увеличить расстояния между дренами для дости­ жения обычных норм осушения при уменьшении стоимости осушения. При таком осушении большинство сельскохозяй­ ственных культур дает более высокий урожай.

К недостаткам глубоких каналов и дрен на поймах мож­ но отнести необходимость увеличения глубины всех кана­ лов, в которые они впадают, и водоприемников. В случае невозможности углубления' последних, неизбежен переход с самотечного на совместный самотечный и механический отвод воды. Поэтому глубокие каналы нельзя рассматри­ вать изолированно от всей системы, так как прибавки в урожаях, которые могут получиться при глубоком осу­ шении в некоторых условиях, иногда не оправдывают затрат, связанных со строительством и эксплуатацией системы.

Необходимо учитывать, что при глубоком осушении требуются более высокие оросительные и поливные нормы, чем при обычном осушении.

Принцип действия глубоких каналов на низинных боло- ' тах, восполнение вод которых после понижения уровня грунтовых вод на заданную глубину происходит только за

234

счет атмосферных осадков, отличается от пойменных болот, где при ежегодном паводковом затоплении грунт вновь на полную глубину насыщается водой.

Имеющийся опыт осушения глубокими каналами низин­ ных болот нельзя механически переносить на пойменные земли, ио нельзя его и игнорировать, проводя осушение только мелкими каналами или обычным дренажем. Необхо­ димо смелее применять редкие глубокие каналы и глубокий дренаж и изучать результаты их применения в производ­ ственных условиях.

При изысканиях следует обращать большое внимание на определение глубины залегания водоупора и учитывать его положение и особенности при определении глубины зало­ жения дрен и расстояния между ними или каналами. При одинаковых глубинах заложения дрен и каналов, но при разном положении их от водоупора можно значительно изменять расстояния между ними.

Регулирование рек-водоприемников — одно из важней­ ших мероприятий при мелиорации древнеозерных пойм. Без надежного водоприемника, обеспечивающего свое­ временный прием и отвод избыточных вод, нельзя мелиори­ ровать поймы при самотечном отводе воды. Река не только водоприемник.для избыточных поверхностных и грунтовых вод, она также источник снабжения водой. сельскохозяй­ ственных культур в засушливый период.

Проведенные работы по регулированию рек-водоприем­ ников в нашей стране сыграли значительную роль при осушении пойм и явились хорошей школой для гидротех­ ников. Методы регулирования рек при осушении описаны Г. Энгельманом (1810 г.), И. И. Жилинским, а в советское время А. Д. Брудастовым, А. Ф. Печкуровым, М. В. Пота­ повым и др.

При осушении пойм регулирование рек-водоприемников широко проводилось на pp. Дубне, Ирпене, Цне, Кудьме, Яхроме, Неруссе, Пехорке, Трубеже, Устроме и др.

Для проектирования регулирования реки надо знать причины ее неудовлетворительного состояния в качестве водоприемника, так как от этого зависят методы регулиро­ вания.

Главными показателями неудовлетворительности в есте­ ственном состоянии реки (как водоприемника) являются высокие уровни воды, создающие подпоры в осушительной сети, продолжительное, недопустимое по условиям исполь­ зования затопление пойм весенними паводковыми водами и

235

летними паводками, малые скорости течения из-за малых уклонов и зарастания русла.

Основными причинами неудовлетворительного состоя­ ния рек-водоприемников, вызываюших высокое стояние уровней воды в расчетные периоды и затопление пойм долее

гидроэлектростанций, мостов, судоходных шлюзов; недо­ статочные размеры поперечных сечений русла, неспособных с необходимыми запасами пропустить расчетные расходы; большая шероховатость русла из-за зарастания, заиления, обрушения откосов, завалов деревьями; значительно изме­ няющиеся по длине реки уклоны из-за сильной извилисто­ сти ее русла, вызывающие уменьшение скоростей течения,- отложение наносов и подпоры воды.

На всех регулируемых реках-водоприемниках, как пра­ вило, эти причины выражены все вместе, но с разной интен­ сивностью на отдельных участках реки.

Реки используют для питьевого, хозяйственного и про­ мышленного водоснабжения, рыбного хозяйства, судоход­ ства и т. д. Одновременно с проектированием регулирова­ ния реки-водоприемника в целях сельскохозяйственного использования пойм следует учитывать требования других отраслей народного хозяйства, интересы населения приле­ гающих к пойме селений и последствия регулирования для нижерасположенных земель.

Комплексное использование рек значительно расширяет состав гидротехнических мероприятий: строительство шлю­ зов, водохранилищ, переброска воды из других водоемов, регулирование стока на водосборе и т. д.

Возникает необходимость увязки режимов уровней и расходов реки с режимом потребления воды и требуемыми уровнями для мелиорации, судоходства, промышленных водозаборов.

Основные методы регулирования рек-водоприемников следующие: устранение подпоров от сооружений, увеличе­ ние уклона реки, уменьшение шероховатости русла, уве­ личение размеров его поперечных сечений, придание ему равномерного поперечного профиля и устойчивости; регу­ лирование стока водохранилищами и другими мероприятия­ ми на водосборе.

Подпоры от сооружений на реках могут быть главной причиной неудовлетворительного состояния водоприемни­ ка. Без ликвидации подпоров все другие мероприятия по

236

регулированию реки будут неэффективны. Но если подпоры от сооружений нельзя устранить из-за невозможности лик­ видации -или перестройки сооружений, тогда приходится переходить, где это целесообразно, на механический водо­ подъем.

Уменьшение шероховатости русла очень важно для по­ вышения его пропускной способности. Растительность в несколько раз (иногда в 10—20) повышает коэффициент шероховатости, уменьшает скорости течения, способствует подъему уровней воды в русле.

Борьбу с зарастанием проводят при помощи выкашива­ ния растительности, очистки русла, увеличения скоростей течения, затенения каналов, химических средств, разведе­ ния рыбы (белый амур и толстолобик) и др. Но не все эти способы надежны, долговременны и применимы в разных условиях.

А. Д. Брудастов считал, что затенение единственный рациональный метод борьбы с зарастанием. Действительно, кустарник и древесная растительность, посаженные вдоль русла, задерживая солнечные лучи, могут предохранить его от зарастания, но при этом исключаются механизированная очистка и ремонт русла. Крайне затруднена и реконструк­ ция осушительных систем, при которой требуется изме­ нение размеров поперечных сечений русла.-

Химические способы борьбы с зарастанием русла весьма эффективны, однако применение их может причинить вред людям, рыбам, домашним и заповедным животным. В иссле­ дованиях химических средств борьбы с зарастанием мало еще уделяют внимания их влиянию на людей, животных, рыбу.

Наиболее эффективный способ борьбы с зарастанием рек-водопрйемников машинная очистка..

Реки заболоченных пойм древнеозерного типа характе­ ризуются небольшими уклонами из-за множества разно­ образных изгибов в плане. Это приводит к уменьшению ско­ ростей течения, зарастанию и снижению пропускной спо­ собности русла, а следовательно — к подъему уровней воды в реке и грунтовых вод на пойме. Регулировочные работы в этом случае направлены на увеличение уклона путем спрямления русла, уменьшения изгибов, сокращения обще­ го пути движения воды. Это значительно повышает скорости течения, снижает уровни воды в русле, уменьшая площадь живого сечения потока.

Трасса регулируемого русла реки должна: проходить по наиболее пониженным местам поймы, а при наличии торфа

237

по наименьшим отметкам минерального дна, чтобы обеспе­ чивалась возможность отвода воды со всей поймы; иметь плавное криволинейное очертание с большими радиусами закруглений или прямолинейное русло в плане; проходить по новому руслу, если старое расположено в неустойчивых грунтах, имеет множество изгибов в плане и небольшие по размерам поперечные сечения; не удаляться от населенных пунктов. Общий продольный уклон дна реки должен про­ ектироваться однообразным или изменяться, где это целе­ сообразно, с изменением общего уклона реки; руслу сле­ дует придавать устойчивые поперечные сечения, а при его спрямлении учитывать сопряжение с впадающими в него притоками, крупными каналами, а также с существующими и проектируемыми сооружениями (мосты, шлюзы, стацио­ нарные л передвижные насосные станции и т. д.). При назна­ чении новой трассы необходимо стремиться возможно боль­ ше использовать существующее русло, но ие в ущерб ука­ занным выше требованиям.

При регулировании рек-водоприемников следует ликви­ дировать все старицы путем засыпки и замыва, так как они редко самозаиливаются. Иногда в течение 20—40 лет после спрямления русла старицы не заиливаются (поймы pp. Кудьмы, Ирпеня, Дубны), мешают работе сельскохозяйственных машин, размещению полей севооборота, создают неравно­ мерный водный режим.

Устройство выправительных сооружений с целью заиле­ ния расширений оправдывается только при большом коли­ честве наносов, содержащихся в воде паводков, что бывает редко. Более быстро, надежно, дешево при современной механизации земляных работ засыпать и замывать расши­ ренные участки русла реки.

А. Д. Брудастов и другие исследователи рекомендуют придавать спрямленному руслу форму в плане, аналогич­ ную изогнутой упругой пластинке, В. М. Потапов — сину­ соиде, Г. Пресс—гиперболе и т. д. На практике русла спрямляют в виде плавных кривых или прямых участков. Различают одиночные и короткие систематические прокопы и решительные спрямления.

Короткие систематические прокопы, использующие каж­ дое закругление заболоченных рек, при современной меха­ низации земляных работ ничем не оправданы. Они ухуд­ шают водный режим реки, создают неблагоприятные усло­ вия для эксплуатации водоприемника, увеличивают зарас­ тание. Для того чтобы установить оптимальный радиус за-

238

круглений, нужно выявить устойчивые участки реки на поворотах и определить соответствующие им радиусы.

Русла рек и каналов наиболее часто размываются на поворотах. При регулировании рек-водоприемников устой­ чивость русла, его долговременная работа без крепления достигаются устройством радиусов поворота, соответствую­ щих гидравлическим характеристикам потока и слагаю­ щим грунтам.

Русло не должно размываться в продольном и попереч­ ном направлениях. Есть ряд формул для определения ради­ уса закругления, большинство из которых (эмпирические) получены в результате исследований в лотках небольших размеров без учета размывающего действия потока и сопро­ тивления грунта размыву.

А. Ф. Печкуров вывел формулы радиуса закругления с учетом сопротивления грунта размыву.

Для продольно устойчивого русла формула имеет вид:

Радиус поворота определяют для продольной и попереч­ ной устойчивости и принимают большее значение.

А. Ф. Печкуров предложил приближенную зависимость величины радиуса поворота г от ширины русла В поверху:

239

Для рек Белоруссии А. Ф. Печкуров провел проверку в натурных условиях следующих зависимостей определения

По формулам А. Ф. Печкурова значения радиусов полу­ чаются близкими к натурным.

При размывающем действии потока, равном или боль­ шем устойчивости русла, рекомендуется крепление или расширение вогнутого берега. Как показали исследования И. Л. Розовского, наибольший размыв вогнутого берега

240

смещается ко второй половине закругления, поэтому рас­ ширение русла или его закрепление следует приурочивать именно к этой части берега.

Трудность расчета потока воды на закруглении, необхо­ димость закрепления или расширения русла и в то же время большая устойчивость прямолинейно отрегулированного русла позволяют рекомендовать во всех случаях, где ско­ рости на размыв меньше допустимых, заменять криволи­ нейное русло прямолинейным. На закруглениях необходи­ мо увеличивать ширину русла, так как при одинаковой ширине на прямолинейных участках и на повороте русло размывается (Г. Пресс рекомендует увеличивать ширину закруглений на 30%).

Устойчивость русла зависит от расхода, уклона и сла­ гающего русло грунта. После спрямления русла сокращает­ ся длина, увеличивается уклон, повышаются скорости те­ чения воды, уменьшаются живые сечения и, следовательно, снижаются уровни воды, то есть река приобретает большую пропускную способность.

Большинство рек-водоприемников имеет поперечные се­ чения, недостаточные для пропуска расчетных расходов, поэтому увеличение их размеров — один из основных спо­ собов повышения пропускной способности и понижения уровней воды в русле.

Значительно уменьшает пропускную способность русла неравномерность его поперечных сечений по длине реки (чередование узких сечений с широкими, глубоких с мел­ кими, симметричных с асимметричными).

Влияние на пропускную способность русла неравномер­ ности поперечных сечений определяют по формуле неравно­

где zm—zm+i — падение уровней воды на участке длиной / между створами, имеющими площади жи­ вых сечений русла и com + i ;

К — осредненное значение модуля расхода, определяемое по зависимостям

241