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

А. И. Ивицкий предложил определять предпосевной сто к по сумме накопления положительных температур после схода снега, П. П. Кубышкин — по сумме перехода весен­ них температур воздуха через 0°. П. А. Дудкин предпосев­ ной расход определял по гидрографу в зависимости от вре­ мени допускаемой продолжительности затопления земель водами весеннего паводка или умножением значений мак­ симального расхода на коэффициент К, учитывающий допу­ стимую продолжительность затопления Т и характер водо­ сбора. При водосборе с холмистым рельефом и глинистыми почвами

при водосборе с пологими склонами и песчаными почвами

Я" = рйг—1|64.

Продолжительность допускаемого затопления Т изме­ няется от 0 для севооборотов с озимыми и до 20—25 суток для лугов.

Учет времени допускаемого затопления земель весен­ ними паводковыми водами в зависимости от сельскохозяй­ ственного использования их явился значительным шагом вперед в приближении гидрологических расчетов к сель­ скохозяйственному производству. Поэтому формула П. А. Дудкина вошла в учебники, руководства и инструк­ ции по осушению. Расчет на предпосевной расход прово­ дят в том случае, если он больше расхода дождевых па­ водков.

Р. Я- Народецкой для бассейнов Верхней Волги и Оки установлено, что модули предпосевного стока в большин­ стве случаев не зависят от площади водосбора. По-видимо­ му, здесь на предпосевной сток влияют не только размеры водосборных площадей, но и изменение условий стока к устью, превалирующих над влиянием водосборной площа­ ди, а также сама методика определения предпосевного расхода.

Способ определения расчетных предпосевных расходов по допустимой продолжительности затопления требует уточ­ нения. Паводки проходят с разными уровнями и расходами, в разное время, с неодинаковой продолжительностью за­ топления, в разные сроки начала сельскохозяйственных работ (рис, 56), Особенно значительная разница в сроках

253

начала сельскохозяйственных работ на пойме и внепойменных землях. Например, пики паводков р. Кудьмы за 20 лет (1935—1955) изменялись от469 см (1947г.)до 336 см(1949г.). Наиболее ранняя дата прохождения пика паводка наблю­ далась 28 марта 1936 г., а самая поздняя 27 апреля 1944 г. (разница в сроках 31 день).

Одной и той же допустимой продолжительности затопле­ ния в разные годы соответствуют различные уровни и рас­ ходы и неодинаковые сроки освобождения поймы от воды.

Пойма р. Кудьмы (для условно принятой продолжитель­ ности затопления 15 суток) в 1936 г. освободилась от воды 8 апреля при уровне 228 см, а в 1944 г.— только 2 мая при уровне 269 см. Разница в прохождении пиков паводков на­ блюдалась и на р. Дубне (рис. 56).

При выборе расчетных расходов водоприемников не­

грунтовых вод на глубину 50—70 см для производства сельскохозяйственных работ, что коэффициентами (/() П. А. Дудкина не предусмотрено.

Нельзя не считаться с неодновременностью освобожде­ ния поймы от воды и производством сельскохозяйственных работ на одних и тех же участках поймы в-разные сроки из-за чередования культур при севооборотах. Исследований, которые прокорректировали бы сроки прохождения пред­ посевных расходов, пока нет.

расчетное значение при проектировании мелиоративных ме­ роприятий на интенсивно используемых поймах. Летне-осен­ нее паводковое затопление приводит к гибели или значи­ тельному снижению урожайности сельскохозяйственных культур, затрудняет уборку и вывозку продукции с поймы. Летне-осенние паводковые воды сносят стога сена, смывают почвенный слой или заиливают поверхность почвы, покры­ вая ее воздухонепроницаемой пленкой, быстрое разрушение которой практически невозможно из-за непроходимости насыщенной водой поймы современными машинами. Есть реки, которые не имеют выраженных паводков, или послед­ ние невелики по сравнению с весенними.

Для расчета максимальных расходов дождевых паводков методом аналогии используют районные формулы, парамет-

25-1

ры которых определяются на аналогах. При отсутствии районных формул применяют зависимость

ApF

в которой параметр Л р определяют по данным гидрометри­ ческих наблюдений на реке-аналоге путем обратного хода вычислений

Nлет);

Яр — суточный максимум осадков расчетной обеспечен­

ности, мм; К— коэффициент неравномерности дождя, для лесной

зоны 1,5—2; п— показатель степени; для лесной зоны п=0,33;

лесостепной я=0,40;

181 = б'—коэффициент учета влияния озер, болот и лесов;

б2 — коэффициент учета рельефа, равный 0,6—0,7 для

водосборов с плоским рельефом, без болот;

63 — коэффициент учета формы бассейна; бэ = 1,5 ~\f -£ ',

В и L— средняя ширина и длина водосбора от водораз­ дельной линии до расчетного створа;

а— коэффициент стока дождевых паводков (по про­ работкам Ленгипроводхоза, ГГИ и ЛГМИ) при­ веден в таблице 41.

При определении расчетных расходов рек-водоприемни­ ков расчет ведут на дождевые расходы, если они больше предпосевных.

255

и азиатской территории СССР для бассейнов

F= 500—1000 км2

Бы т о в о й р а с х о д — это наиболее продолжитель­ ный расход за вегетационный период, определяемый на

нии мелиоративных мероприятий на пойменных землях. Сбытовыми уровнями водоприемника сопрягаются донья

впадающих каналов, по ним проверяют действие осушитель­ ной сети и водоприемника на понижение уровня грунтовых вод на пойме и высоту крепления каналов в слабоустойчи­ вых грунтах. При бытовых расходах определяют скорости течения воды в вегетационный период, с которыми связаны зарастание и заиление русла. Имеются формулы для опре­ деления модуля бытового стока (А. Н. Костикова, Г. А. Алек­ сеева, Р. Я- Народецкой), составлена карта бытовых моду­ лей стока для рек бассейнов Верхней Волги и Оки.

Бытовые расходы зависят от подземного питания рек и местных гидрогеологических условий. Бытовые модули стока имеют общую тенденцию к снижению с уменьшением площади водосбора, но ясно выраженной связи между ними не установлено. Они уменьшаются с севера на юг (от 3 до 1,5 л/с с 1 км2 ). Наибольшие значения средних модулей стока относятся к бассейнам pp. Костромы, Унжи и северо­ западных районов (4,5—6,5 л/с с 1 км3 ) и к центральной части европейской территории СССР (2,4—4,0 л/с с 1 км2 ).

Для ориентировочных расчетов можно принимать в среднем 3 л/с/км2 независимо от площади водосбора.

256

Для определения модуля бытового стока рекомендуется следующая зависимость:

М б = / И 0 ( Р ' т , - 1 )

где а, В — площади озер и болот, % от площади водосбора. Озера и болота увеличивают бытовые расходы, причем

при проектировании увлажнительных мероприятий на пой­ менных землях в вегетационный период для определения обеспеченности водой и регулирования весеннего стока во­ дохранилищами.

По этим расходам целесообразно определять минималь­ ные скорости, при которых наиболее интенсивно зарастает русло. В Указаниях по определению расчетных минималь­ ных расходов воды рек при строительном проектировании (СН 346—66, Л., 1966) рекомендуется определять мини­ мальные расходы рек за зимний (от появления льда на реках до начала весеннего половодья) и летне-осенний (от конца весеннего половодья до начала ледовых явлений) периоды по данным фактических наблюдений, включая расходы воды средние за сутки, календарный месяц (или 30 дней) с наи­ меньшим стоком за этот период, или по рекам-аналогам, или по картам изолиний, которые приведены в Указаниях. Последние охватывают всю территорию СССР и дают воз-

можность определять минимальные расходы разной обеспе­ ченности отдельно за летний и зимний периоды при отсут­ ствии или недостаточности наблюдений, с чем чаще всего приходится встречаться при проведении мелиоративных работ.

При определении расчетных расходов регулируемых рек-водоприемников заболоченных пойм очень важно уста­ новить их расчетную обеспеченность, которая не одинакова для разных расходов.

Реки-водоприемники нужно рассчитывать на летние па­ водковые расходы 1—5%-ной обеспеченности, чтобы гаран­ тировать поймы от летнего затопления. На такую же обес­ печенность следует рассчитывать дамбы обвалования, на­ сосные станции и всю осушительную сеть. При использова­ нии пойм под многолетние травы расчетную обеспеченность можно понизить до 5—10%. Все. это определяют путем эко­ номических расчетов.

Бытовые расходы рек должны иметь обеспеченность не менее 50%, чтобы впадающие в водоприемник каналы рабо­ тали без подпора.

При проведении увлажнительных мероприятий нужно определять минимальные расходы 90—95%-ной обеспечен­ ности и с учетом их устанавливать дополнительную подачу воды в реку из водохранилищ пли других бассейнов.

Обеспеченность расчетных предпосевных и посевных расходов должна быть не более 5—10%, чтобы пойма свое­ временно освобождалась от паводковых вод и понижались уровни грунтовых вод для работы сельскохозяйственных машин. Ввиду того что выбор расчетных расходов реки влияет на стоимость мелиоративных работ и сроки окупае­ мости, более целесообразно для конкретных пойм выбирать расчетную обеспеченность расходов при разных вариантах с учетом всех затрат на мелиорацию, получаемых доходов, эффективности мероприятий и сроков окупаемости. Методи­ ку таких расчетов при осушении лугов в естественном со­ стоянии разработал С. Ф. Аверьянов.

П. Б. Свиклис разработал методику определения расчет­ ных обеспеченностей максимальных расходов путем срав­ нительной экономической оценки разных агрономических и технических вариантов решения мелиорации земельных площадей в конкретных природных и экономических усло­ виях объекта.

Для условий Латвийской ССР он предлагает расчетные обеспеченности максимальных расходов весенних паводков

258

принимать на пойменных землях и ровных низинах при использовании их под пахотные земли и культурные паст­ бища ^5% - ной и культурные луга— 15—25%-ной обес­ печенности. Расчетную обеспеченность расходов крупных объектов рекомендуется определять индивидуально для основных и перспективных вариантов их использования.

В зависимости от стоимости и окупаемости мелиоратив­ ных работ можно изменить направление использования пойм по сравнению с первоначально намечаемым или выявить необходимость перехода на осушение с механическим водо­ подъемом или на комбинацию самотечного и механического отвода воды с пойм. Эффективность мелиоративных меро­ приятий при современных осушительных системах на пой­ мах, оснащенных сооружениями, дорогами, дренажами и т. д., далеко не всегда определяется только стоимостью одного регулирования реки.

Итак, при отсутствии наблюдений на самих осушаемых объектах и аналогов расчетные расходы осушительных си­ стем можно определять следующим образом:

максимальные расходы талых вод при помощи Указаний по определению расчетных максимальных расходов талых вод при отсутствии или недостаточности гидрометрических наблюдений (СН 356—66, Гидрометеоиздат, Л., 1966 г.); минимальные расходы вегетационного периода при по­ мощи Указаний по определению расчетных минимальных расходов воды рек при строительном проектировании (СН 346—66. Госстрой СССР. Гидрометеоиздат, Л., 1966 г.); предпосевные расходы, расходы дождевых паводков и бытовые расходы для бассейнов Верхней Волги и Оки по Расчетным нормам стока при проектировании осушитель­ ных систем в центральной части нечерноземной полосы РСФСР (Росгипроводхоз, М., 1958), для северной и северо­ западной европейской ч'асти СССР по нормам Гидрологиче­

ского института и Ленгипроводхоза.

Это не значит, что формулы для зональных условий не должны применяться при расчете расходов регулируемых водоприемников при отсутствии данных наблюдений. Одна­ ко существующие формулы для определения максимальных, предпосевных и других расходов А. Н. Костикова, А. Д. Дубаха, О. Т. Машкевич, П. А. Дудкина, полученные более 30 лет назад, требуют значительных корректив.

Все способы определения расчетных расходов можно применять только как первое приближение к регулируемым рекам-водоприемникам заболоченных пойм и крупным ка*

налам на них из-за специфических особенностей условий стока, влияния на него самой поймы.

Приходится констатировать, что теория расчета поверх­ ностного стока осушительных систем за последние 30— 40 лет не претерпела каких-либо принципиальных изме­ нений. По существу только корректируются и уточняются отдельные компоненты формул для определения расчетных расходов на основании дополнительно полученных данных.

Следует обратить внимание на то, что новые более высо­ кие требования к мелиорации требуют и более совершенных способов определения расчетных расходов.

Коэффициент шероховатости русла имеет большое зна­ чение при расчете рек-водоприемников и проводящих кана­ лов осушительных систем. При расчете рек и каналов учи­ тывают критические расчетные периоды, характеризующие­ ся резко отличными расходами, но изменение коэффициента шероховатости русла в эти периоды не учитывают, принимая шероховатость постоянной. В действительности же коэффи­ циент шероховатости регулируемых рек и каналов заболо­ ченных пойм величина переменная, изменяющаяся в боль­ ших пределах. Весной, когда травы еще нет, коэффициент

.шероховатости имеет, по-видимому, наименьшие значения. После схода паводка, снижения уровня в реке и каналах откосы и живое сечение русла начинают зарастать, коэффи­ циент шероховатости увеличивается, скорости течения уменьшаются, уровни воды повышаются и подпирают впа­ дающие каналы и коллекторы. Все это неизбежно повышает уровни грунтовых вод.

Зарастание живого сечения и особенно откосов русла "приводит к выходу из берегов летних и осенних паводковых вод и затоплению прилегающих к реке пойменных земель. Поэтому нельзя, рассчитывая реку или каналы на разные расходы, принимать один и тот же коэффициент шерохова-' тости. При расчете и проверке пропускной способности рек и каналов на расходы летних паводковых вод следует увеличивать коэффициент шероховатости и соответственно поперечные сечения русл. При этом следует учитывать сла­ гающие русло грунты, скорости течения, затененность и данные натурных наблюдений.

Стационарных наблюдений за изменением коэффициен­ та шероховатости до и после регулирования рек очень мало.

В работе И. М. Кривоносова приведены результаты вы­

полненных им определений коэффициента шероховатости,

£60

Исследования проводились на небольших речках и каналах, но и они дают представление о влиянии зарастания русла на значительное увеличение коэффициента шероховатости.

По данным наблюдений И. М. Кривоносова Е. С. Марко­ вым составлен график изменения коэффициента шерохова­ тости (рис. 57).

Зарастание значительно увеличило коэффициент шерохо­ ватости и повысило уровни воды в русле. Например, 12 ап­ реля коэффициент шероховатости /г=0,055 и расход Q = =0,758 м3 /с; но уже 13 ноября при том же уровне расход <2=0,165 м3 /с и «=0,186.

При проведении мелиоративных мероприятий на поймах зарастание имеет две стороны: положительную и отрица­ тельную. На реках и каналах с малыми уклонами, где уменьшение скоростей течения при зарастании русла пони­ жает пропускную способность, повышает уровни воды и ведет к летнему паводковому затоплению пойм, зарастание вредно и с ним надо бороться. А на участках рек и каналов, где размывается русло, создается неравномерный режим, зарастание полезно, являясь одним из эффективных спо­ собов биологической защиты русл рек-водоприемников и каналов от размыва. С целью уменьшения скоростей течения

V, м/с

Q,m3/c \

Рие. 67; Изменение коэффициента шероховатости при зарастании русла (составлен по данным И. М. Кривонееова),

-861