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

/ — уклон, соответствующий наблюденным расходам;

Устойчивость русла связана с формой поперечного се­ чения. Естественные русла рек имеют криволинейные очер­ тания, зависящие от грунтов, в которых они пролегают. Учитывая сложность гидрогеологических условий. поймен­ ных земель и изменение их даже на небольшом протяжении, целесообразно проектировать русло криволинейного очер­ тания. В некоторых случаях, когда устойчивые грунты подстилаются слабоустойчпвымп, возможны сложные по­ перечные сечения: в устойчивых — трапецеидальные, в сла­ боустойчивых — криволинейные. Но выполнить русло слож­ ного сечения в разнородных грунтах затруднительно. На регулируемых реках-водоприемниках крепления, как пра­ вило, не применяют.

Г. В. Железняков предложил учитывать влияние изме­ нения формы живого сечения потока введением в формулу Шези параметра формы живого сечения.

При регулировании рек-водоприемников коренным обра­ зом изменяется их водный режим. Новое русло отличается от прежнего глубиной, полученной из условий вертикаль­ ного сопряжения впадающих каналов, уклоном спрямлен­ ного русла, новыми равномерными поперечными сечениями, расчетными расходами, шероховатостью, в результате чего

из осушительной сети пойм и не учитывать их самостоятель­ ного действия по понижению грунтовых вод на прилегаю­ щих к ним землях. Опыт убедительно говорит об эффектив­ ном осушающем действии отрегулированных водоприемни­ ков. Проведение работ по их регулированию необходимо увязывать с продольным профилем равновесия реки. Но продольный профиль равновесия реки непостоянен и изме­ няется с изменением факторов, его формирующих. При ре­ гулировании реки-водоприемника надо знать условия фор­ мирования продольного профиля.

Эрозия русла реки определяется многими факторами: уклоном дна, расходом воды, скоростью течения, количе­ ством и крупностью наносов, слагающими русло грунтами, коэффициентом шероховатости, характером и мощностью

242

поступающих через русло грунтовых и грунтово-напорных вод, а также уклонами, почвенным покровом и условиями водосбора. Создание подпоров вызывает перемещение бази­ са эрозии всей реки или отдельных участков ее.

Правильно проведенное регулирование рек (например, Ирпеня, Кудьмы и др.) обеспечивает их устойчивость более 20 лет .без эксплуатационных работ. Давно известен в гид­ ротехнике прием, когда параллельно с существующим, рус­ лом прорывают новое, по которому пропускают часть па­ водкового расхода. Это ведет к разгрузке реки и сокраще­ нию или ликвидации паводкового затопления прилегающих территорий.

Соединение нагорно-ловчих каналов, перехватывающих сток поверхностных вод с водосбора, в устье и истоке с во­ доприемником и направление в них воды из реки позволят уменьшать размеры водоприемников.

Разгрузить реки-водоприемники можно строительством водохранилищ, прудов и водоемов. Водохранилища в вер­ ховьях реки и на ее притоках, являясь одним из суще­ ственных источников восполнения недостатков воды для увлажнения пойм в вегетационный период, играют значи­ тельную роль в уменьшении весеннего стока, паводковых расчетных расходов, а вместе с этим размеров водоприем­ ника. Кроме того, на. сток реки и поймы влияют пруды и водохранилища на водосборе, которые задерживают часть стока, но не используются для регулирования водного ре­ жима поймы в вегетационный период. Влияние водохрани­ лищ на регулирование стока заметнее сказывается при ма­ лых водосборах, чем при больших.

Водохранилища и пруды позволят обводнить и оросить сельскохозяйственные угодья, получить товарную продук­ цию рыбы и водоплавающей птицы, улучшить водоснабже­ ние населения и промышленных предприятий.

Примером эффективного влияния водохранилищ на ре­ жим паводковых вод и затопление пойм является р. Москва. Частые паводковые затопления причиняли большой вред городу; в 1908 г. вода затопила большую территорию Замо­ скворечья. Созданные на р. Москве водохранилища (в Руб­ леве и Карамышеве и на притоках — Истре, Рузе, Озерне) ликвидировали разливы реки.

После осушения поймы уровень грунтовых вод пони­ жается, емкость ее значительно возрастает, уменьшается сток реки, так как значительная часть осадков и паводко­ вых вод впитывается грунтом поймы. Поэтому при регули-

243

ровании рек-водоприемников надо учитывать происходя­ щие изменения в емкости поймы, пропускной способности грунта.

Большое влияние па расходы реки оказывают мероприя­ тия на водосборе: углубление пахотного слоя, посадки или порубки леса, осушительные работы, предусматривающие ускорение поверхностного стока, понижение грунтовых вод и т. д. Все это, конечно, нужно учитывать при проведе­ нии регулировочных работ. Но если, например, разгрузка русла путем, регулирования стока водохранилищами или нагорно-ловчими каналами скажется сразу после строи-

•тельства сооружений, то мероприятия на водосборе (изме­ нение состава культур, посадки леса, увеличение глубины вспашки и т. д.) действуют медленно и влияние их на расхо­ ды реки слабо поддается расчету. Таким образом, при мелио­ рации пойм следует в первую очередь проводить активные, быстродействующие мероприятия, но с учетом, конечно, регулирования стока.

При размещении каналов, полей севооборота, дорожной сети на пойме, лесных насаждений вдоль русла, сооружений на каналах и пойме, регулирующих водный режим, не­ обходимо знать закономерности движения воды в реке и пойме.

Но если движение воды в русле более или менее изучено, то движение воды по пойме, а тем более совместное движе­ ние воды по руслу и пойме находится в самой начальной стадии изучения. Особенно это относится к заболоченным рекам и поймам. Отмечается значительная разница в ско­ ростях движения воды по руслу и пойме вследствие разных коэффициентов шероховатости и гидравлических радиусов. В период летних и весенних паводков эта разница выра-

-жается неодинаково. Н. Н. Павловский при определении расходов рекомендовал пользоваться приведенным коэффи­ циентом шероховатости, Б. В. Поляков предлагал опреде­ лять расходы при помощи кривых модулей элементарных расходов как функции глубины или гидравлического ра­ диуса.

Суммарный расход по реке и пойме А. В. Огиевский определял по формуле Шези как сумму расходов по руслу и обеим поймам.

Общий расход реки зависит от шероховатости русла и поймы только при небольшой глубине затопления на обез­ лесенных поймах. Следует отметить, что натурные измере­ ния паводковых расходов на пойме крайне затруднены.

244

Г. В. Железняков установил, что с выходом потока на пойму снижается поверхностная скорость в русле, а с подъ­ емом уровня — возрастает.

В зависимости от соотношения шероховатостей и' разме­ ров русла и поймы с увеличением расхода паводка разница в русловых и пойменных скоростях уменьшается.

Подтверждением установленного Г. В. Железняковым явления уменьшения скорости течения в русле при выходе воды на пойму могут служить полученные автором (Е. С. Марков) данные измерения скоростей в. реке для по­ строения кривой расходов. Наблюдения проводились на стоковой станции ВНИИГиМ в Краснохолмском районе Калининской области в паводок 1938 г. в р. Неледине у Буньковского моста. Замеренная вертушкой скорость в.

когда паводок начал спадать (23/IV), скорость в русле снова возросла до 0,52 м/с при Н= 125,72 м.

Максимальный расход весеннего паводка составил в 1938 г. 12,21 м3/с-. Летом река обычно пересыхает, кроме отдельных бочагов. Изменение скоростей движения воды в русле при выходе потока на пойму влияет на отложение наносов на ней, на сохранение бровок рек и каналов во время паводков и т. д.

Все эти вопросы имеют большое значение при мелиорации пойм и требуют тщательного изучения.

Обвалование пойменных земель. Механический водо­ подъем. Для сельскохозяйственного использования обвало­ вание пойменных земель применяется при постоянном или недопустимо продолжительном затапливании паводковыми водами, когда регулирование водоприемника невозможно или экономически не оправдывается. Пойменные земли за­ щищают незатопляемыми или затопляемыми дамбами с отво­ дом воды, из осушительной сети при помощи механического водоподъема.

Незатопляемыми дамбами защищают земли от затопле­

зования населенных пунктов, производственных объектов. - Затопляемыми дамбами ограждают земли, допускающие затопление весенними водами в течение заданной продол­ жительности, когда весеннее затопление допускается, а летнее паводковое недопустимо. В некоторых случаях целе-

245

сообразно применять обвалование и регулирование русла одновременно.

Незатопляемые дамбы имеют ряд существенных недостат­ ков. При обваловании ими прекращается поступление пи­ тательных веществ на поймы, которые теряют основное свое свойство—• поемность.

При обваловании пойм значительно усложняются осуши­ тельные мероприятия: возникает необходимость в устрой­ стве береговых дренажей, насосных станций, организации постоянной и аварийной службы эксплуатации, обеспечиваю­ щей борьбу с размывами дамб и защиту пойменных земель от затопления.

Обвалованные поймы ограждаются от притока поверх­ ностных и грунтовых вод с водосбора нагорными или на- горно-ловчими каналами или дренами не только для осу­ шения, но и для уменьшения притока воды к насосным стан­ циям и разгрузки осушительной сети. Вода'из ограждающей сети отводится самотеком за пределы обвалованной терри­ тории.

Глубину проводящей открытой осушительной сети на­ значают из условий вертикального сопряжения и обеспече­ ния бесподпорной работы регулирующей сети, создания регулирующей емкости. Мелиоративные системы на обва­ лованных землях должны предусматривать не только отвод избыточных вод, но и подачу воды в засушливые периоды насосными станциями. Насосы следует подбирать с учетом своевременного отвода паводковой воды и создания беспод­ порного режима работы осушительной сети в вегетационный период. Необходимо предусматривать насосы разной про­ изводительности — на максимальные и минимальные рас­ ходы.

Насосные станции должны быть автоматизированы и работать по заданному режиму.

Обвалование сельскохозяйственных земель стоит до­ рого, поэтому применять его нужно лишь после сопостав­ ления ряда технических вариантов и их экономической эффективности. При этом мелиоративные мероприятия следует проводить с учетом перспективного использования обвалованных земель.

В ряде случаев осушения земель нельзя обойтись без обвалования и механического водоподъема. При создании водохранилищ гидроэлектростанций возникает необходи­ мость защиты мелководной зоны незатопляемыми дамбами с отводом воды из осушительной сети при помощи насосных

246

станций. Механический водоподъем находит широкое при­ менение и на подтопляемых поймах, расположенных в зоне подпора рек и водохранилищ, когда самотечный отвод вод

сосушаемых земель невозможен. Приморские территории

спониженными отметками в Калининградской области, Прибалтийских республиках, Колхидской низменности, попадающие в зону подпоров рек и затопления морскими

водами (польдеры), не могут быть осушены без обвалования

имеханического водоподъема.

Втех случаях, когда реки древнеозерных пойм подпи­ раются сооружениями, а поймы недопустимо продолжи­ тельно затапливаются и регулирование рек невозможно, обвалование является единственно возможным способом осушения.

Площадь обвалованных осушаемых земель с механиче­ ским водоподъемом занимает в СССР, по данным Е. А. Панадиади, 190 тыс. га (табл. 40).

Т а б л и ц а 40

Площадь польдерных земель в Калининградской обла­ сти составляет 102 тыс. га. Осушаются польдеры в основном открытой сетью; вода откачивается 120 насосными станция­ ми общей производительностью 123 м3 /с; протяженность защитных дамб равна 715 км. Площадь польдеров в Литов­ ской ССР 32 тыс. га, в Латвийской ССР 20 тыс. га и Эстон­ ской ССР 0,5 тыс. га. Планируется значительное увеличение площади польдерных земель в Прибалтийских респуб­ ликах. Схемой осушения Полесья предусмотрело осушение 450 тыс. га пойменных земель с механическим водоподъ­ емом. В зоне Полесья (Белорусская ССР) начиная с 1965 г.

247

построено 12 насосных станций, которые обслуживают пло­ щадь около 30 тыс. га и обеспечивают сброс избыточной воды с осушаемых земель и подачу воды из реки, когда требуется увлажнение.

При затопляемых дамбах вода на обвалованную пойму поступает через шлюзы-регуляторы, чтобы предохранить дамбы от размыва. При расчете шлюзов надо учитывать фак­ тические скорости подъема воды паводка и соответствующие им расходы, не допуская применения осредненных гидро­ графов, которые сглаживают резкие подъемы уровней и соответствующие им большие скорости. Иначе шлюзы не справятся с пропуском вод на пойму, вода будет перели­ ваться через дамбу и размывать ее.

Отдельные участки дамб следует крепить, чтобы пропу­ стить через них воду на пойму в паводки с расходами выше принятой обеспеченности при строительстве дамб.

В зависимости от условий защищаемой территории дам­ бы располагают по обоим или одному берегу реки (во­ дохранилища). Расстояние между ними определяют ра­ счетом.

А. Н. Костяков рекомендует определять величину под­ пора между дамбами по формуле

Расстояние между дамбами (В), расположенными вдоль русла реки, непостоянно и изменяется с изменением рельефа прилегающих земель. Дамбам придают плавные очертания в плане для создания равномерного движения воды между ними. Расстояние от русла до дамбы принимают минималь­ ным, чтобы уменьшить потери полезной площади. Но одно­ временно эти расстояния должны обеспечивать работу машин по очистке русла реки и ремонту дамб, а также устой­ чивость, откосов русла. Расстояния между дамбами подби­ раются таким образом, чтобы расходы проходили с неразмывающими русло и дамбы скоростями.

Сопоставлением разных расчетных расходов, соотноше­ ний расстояний между дамбами и их высотой, потерей пло­ щади и стоимости продукции с полосы затопления можно

248

определить наиболее экономически выгодный и технически правильный вариант.

Расчетные расходы регулируемых рек-водоприемников при мелиорации заболоченных пойм определяют по данным водомерных наблюдений на них или по рекам-аналогам, а при отсутствии тех. и других — по формулам. Данные наб­ людений непосредственно на регулируемых реках наиболее надежны и заслуживают предпочтения перед другими спо­ собами.

Расходы влияют на размеры поперечных сечений русла, скорости течения и уровни воды в русле, стоимость и эффек­ тивность мелиоративных мероприятий. Расчетные расходы устанавливают с учетом использования пойм и требований сельскохозяйственного производства.

Несмотря на большое значение расчетных расходов, на . многих регулируемых реках, имеющих заболоченные поймы, почти не ведутся систематические стационарные наблюде­ ния до и после регулирования. Почти нет исследований влияния регулирования реки и осушения пойм на водный режим, деформацию русла и т. д. Не изучается движение паводковых вод по поймам, их влияние на расходы, ско­ рости, уровни и эрозию почвы. Это вынуждает проектные организации при регулировании водоприемников пользо­ ваться формулами, которые имеют общий характер, недо­ статочно теоретически обоснованы, получены по эпизоди­ ческим наблюдениям на небольшом количестве гидрологи­ ческих постов, не отражающих условий заболоченных пойм ни до мелиорации, ни после.

В настоящее время регулируемые реки-водоприемники и крупные каналы рассчитывают на расходы: бытовой, мак­ симальный летне-осенний паводковый, предпосевной, мак­ симальный весенний паводковый.

Выделение нескольких расчетных периодов появилось не сразу, а в результате более интенсивного использования пойменных земель и возросших требований сельскохозяй­ ственного производства к водному режиму.

На м а к с и м а л ь н ы е в е с е н н и е п а в о д к о ­ в ы е р а с х о д ы реки и каналы рассчитывают при__ использовании пойм под полевые севообороты с озимыми зерновыми культурами. На них проектируют сооружения, а по графикам колебания уровней определяют площади, глубины и продолжительность затопления. По максималь­

249

В основу определения максимального расхода весеннего паводкового стока при расчете осушительных систем поло­ жена формула модуля стока А. Н. Костякова:

В Технических указаниях по расчету максимальных расходов талых вод при отсутствии или недостаточности гидрометрических данных приведены данные сравнительной проверки расчетов максимальных расходов по предлагаемой формуле, инструкции Минтрансстроя, нормам института «Росгипроводхоз» и формулам Л. Т. Федорова, Г. А. Алек­ сеева и М. Ф. Срибного. На основании этой проверки сделан вывод, что пока ни одна из существующих формул не может быть рекомендована для расчета максимального стока талых вод без уточнения ее параметров.

Б. Б. Леонтьевский на основании материалов по 109 гидрометрическим пунктам, расположенным на территории европейской части СССР, выполнил сопоставимые расчеты максимальных расходов воды снеговых половодий и уста­ новил большие расхождения с натурными данными.

Характерно, что для малых водосборов связь между мак­ симальным стоком и водосборной площадью резко умень­ шается. По данным А. А. Соколова, в районе Нижнедевицкой стоковой станции среднесуточные модули максималь­ ного стока изменялись от 124 до 153 л/с с 1 км2 (на 12%) при изменении площадей водосбора от 0,18 до 7640 км3 (в 40 тыс. раз). Это значит, что другие факторы оказывают значительное влияние на сток и не позволяют выявить влия­ ние на него площади водосбора.

Указания по определению расчетных максимальных расходов талых вод при отсутствии или недостаточности гидрометрических наблюдений (СН 356—66, Госстрой СССР,

Гидрометеоиздат, 1966 г.) рекомендуют рассчитывать макси­ мальный сток талых вод равнинных рек по формуле

где <3Р— расчетный (срочный) максимальный расход воды обеспеченностью Р%, м3 /с;

<7р— максимальный модуль стока обеспеченностью Р%, м3 /с/км2 ;

250

hp— расчетный слой весеннего (весенне-летнего) сто­ ка той же обеспеченностью, что и искомый макси­ мальный расход воды, мм; рассчитывается по трем параметрам варьирующего ряда: среднему много­ летнему слою весеннего стока Л, снимаемому с карты изолиний; коэффициенту вариации слоя стока CVh, снимаемому с карты изолиний CVK= =2CSh, и коэффициенту асимметрии Сч;

F — площадь водосбора до замыкающего створа, км-2; п— показатель степени, характеризующий редукцию

коэффициента дружности половодья К0=—-,

взависимости от площади водосбора (показатели

пи К определяют в зависимости от географическо­ го положения бассейна и категории рельефа);

8Х — коэффициент, учитывающий снижение максималь­ ного стока рек, зарегулированных озерами бх и водохранилищами б'х ;

6 ' = ^ к ; £ [ ( W ) ] '

Схема построения формулы расчета максимальных рас­ ходов Указаний по определению расчетных максимальных расходов (1966 г.) близка к другим формулам. Преимуще­ ство ее состоит в рекомендации единой методики расчета для

полевых работ, одному из ответственных периодов сельско­ хозяйственного производства. В то же время нет единых способов определения этого расхода.

Б. Д. Оношко впервые его определил как расход весен­ него паводка па 8—25-й день после прохождения самого вы­ сокого пика весеннего наводка.

251