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

или укрепления откосов русла их засевают травами для придания искусственной шероховатости. При расчете рек и каналов следует учитывать неодинаковую шероховатость русла в разные периоды года.

Влияние регулирования рек-водоприемников на макси­ мальный сток. При регулировании рек-водоприемников значительно сокращается длина и увеличивается уклон -реки. В связи с этим изменяется величина максимального паводкового расхода, проходящего по реке через один и тот

Влияние осадки торфа на проектирование мелиоратив­ ных мероприятий и освоение пойм. Под влиянием осушения торф уплотняется, оседает и минерализуется, изменяются его водно-физические свойства. Деформация и минерализа­ ция торфа возрастают с увеличением его мощности, глубины каналов, интенсивности и продолжительности осушения, биохимических процессов. Участки торфа, примыкающие к реке, каналам и дренам, осушенные более интенсивно, де­ формируются сильнее, чем отдаленные.

Вместе с осадкой и минерализацией торфа резко изме­ няются рельеф поверхности в направлении реки, каналов и дрен, направление и скорости движения-поверхностного и грунтового стока по пойме. Осадка торфа на вновь осу­ шенных болотах наиболее значительна в первые годы после осушения, а затем затухает.

Влияние осушения на осадку торфа начали изучать в

СССР десятки лет назад. Имеются графики, таблицы, фор­ мулы, по которым можно определить осадку торфа в зави­ симости от глубины каналов, мощности и плотности торфа. Например, осадку торфа в зависимости от его мощности и глубины осушительных каналов для верховых и низинных болот можно определить по графику А. Д. Брудастова, составленному по результатам наблюдений за осадкой торфа на болотах.

2G2

Глубину осадки бровки канала определяют по формулам ВНИИГиМ:

на низинных болотах

К— коэффициент, зависящий от плотности торфа (плывучий /С=5,4—3,8, рыхлый К=2,7—2, сред­ ней плотности /(=1,4, плотный /С=1).

Вобщем виде величина осадки

h=AHHb,

где Я — мощность торфа;

t — понижение уровня грунтовых вод в определяемой точке;

А — коэффициент.

На понижение грунтовых вод земель, прилегающих к каналам и реке, особенно заметно влияет глубина воды в канале и остаточный напор. С удалением от канала уровень грунтовых вод повышается и осадка торфа уменьшается, сле­ дуя параллельно поверхности грунтовых вод. Кроме осад­ ки, на уменьшение мощности торфа и изменение рельефа влияет сработка торфа, вызываемая' его минерализацией, расходованием питательных веществ растениями, вымывом водой и выветриванием.

По данным наблюдений Новгородской опытной станции за -осадкой и сработкой торфа под влиянием осушения и ми­ нерализации (М. Н. Окунева, 1971), мощность торфа в пер­ вые годы после осушения уменьшалась на 3—4 см в год на переходном и верховом болотах и на 2—2,5 см на низин­ ном болоте; через 10 лет— на 1,5—2 см в год и спустя 50—• 60 лет — на 1—1,5 см ежегодно.

На Минской болотной станции, поданным С. Г. Скоропанова, за 46 лет на осушенных торфяноболотных почвах, используемых под посев сельскохозяйственных культур (участки 2 и 3), и на необрабатываемых и незасеваемых поч­ вах (участок 1) мощность торфа уменьшилась в основном за счет уплотнения; за счет минерализации мощность торфа уменьшилась на засеваемых участках на 13-—14% и на не­ засеваемых— на 5% (табл. 42),

263

Запасы органического вещества за 46 лет уменьшились на 202—224 т/га (10—11%) от общих его запасов в начале мелиорации. При таких же темпах полное исчезновение запасов органического вещества наступит через 400— 500 лет. Выводы этих исследований противоположны утвер­ ждениям о быстрой сработке торфа и непригодности болот для сельскохозяйственного использования.

В результате осушения и освоения болот процесс Мине­ рализации органического вещества торфа связан с образо­ ванием культурной почвы, пригодной для возделывания и получения высоких урожаев сельскохозяйственных куль­ тур. Объемный и удельный вес почвы увеличивается, порозность и влагоемкость уменьшаются, повышается содер­ жание фосфора и калия, несколько уменьшается содержа­ ние азота.

Осадку и сработку торфа следует учитывать при строи­ тельстве гидротехнических сооружений на заторфованных поймах, так как они ведут к деформациям русла водопри­ емника, каналов (изменению их профиля, уменьшению глу­ бины, уширению, ухудшению пропускной способности и

т.д.). -

•Линии дрен, уложенных в неосушенный предварительно торф, деформируются в вертикальном и * горизонтальном направлениях, стыки нарушаются, дрены заиливаются и часто перестают выполнять свое назначение.

Обычно рассматривают только одну сторону последствий осадки торфа — влияние ее на деформацию русла каналов. Поэтому. ряд формул и • графиков позволяет определить

264

Г л а в а V I I

РАСЧЕТ ОСУШИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ИА ПОЙМЕННЫХ ЗЕМЛЯХ

Действие, осушительных систем на поймах отличается сложностью водного режима. Здесь особую роль играет паводковое затопление, отсутствующее на других элемен­ тах рельефа. На внепойменных землях нет водоприемников, оказывающих большое осушающее влияние на прилега­ ющую к ним территорию.

Однако нельзя считать, что имеющиеся формулы для расчета открытой и закрытой сети вообще не применимы для пойм. По мере изучения вопросов движения паводковых вод по поймам и входящих в формулы элементов следует корректировать сами формулы.

Формулы дают возможность перейти от одних условий, для которых имеются объективные показатели работы мелио­ ративной системы, к другим, для которых известны только отдельные элементы.

Расчет открытой систематической осушительной сети. При проектировании и расчете каналов открытой регули­ рующей сети определяют: глубину заложения каналов, расстояния между ними, размеры поперечных сечений, уклоны и скорости течения.

Глубина каналов зависит от сельскохозяйственного использования земель, водного питания, слагающих грун­ тов, расходов зоды, механизмов. На слабофильтрующих грунтах, если требуется отвести только поверхностные послепаводковые воды и воды атмосферных осадков, глу­ бину каналов назначают меньше, чем на хорошо фильтрую­ щих грунтах, когда требуется отвести поверхностные воды и понизить уровень грунтовых вод на заданную величину; на торфяных грунтах глубину каналов назначают с учетом осадки и сработки торфа.

Расстояния между каналами при одинаковых глубинах их заложения изменяются в зависимости от возделываемых культур, количества отводимых вод и времени отвода, вод­ но-физических свойств почв, состояния их увлажнения и

266

условий впитывания, испарения и транспирации, уклона и шероховатости осушаемой поверхности.

Определению расстояний между открытыми каналами посвящены работы А. Д. Брудастова, А. Н. Костякова, А. Д. Дубаха, С. Ф. Аверьянова и др.

При выводе формул для определения расстояний между каналами все авторы исходят из формулы Шези-, но значе­ ние коэффициента С в ней А. Н. Костяков определяет по формуле Базена, а А. Д. Дубах — по формуле Ман-

нннга.

Расстояния между каналами, вычисленные по разным формулам для одних и тех же факторов, получаются раз­ личными. Например, по формулам А. Д. Брудастова и А. Н. Костякова с увеличением интенсивности осадков рас­ стоянияувеличиваются, а по формуле А. Д. Дубаха — уменьшаются.

А: Д. Дубах считает, что его формулой можно пользо­ ваться лишь ориентировочно, в условиях паркового хозяй­ ства с выравненными площадями, так как она имеет недо­

По формулам, несмотря на трудности определения вхо­ дящих в них компонентов, можно установить зависимости между отдельными факторами и по изменению их судить о

267

Рассмотрим некоторые из имеющихся методов расчета расстояний между дренами, наиболее удовлетворяющих условиям осушаемых пойм.

В 20-х годах в мелиоративной литературе были опубли­ кованы теоретические формулы для определения расстояний между дренами при установившемся движении грунтовых вод (в других отраслях формулы установившегося и не­ установившегося движения известны значительно раньше).

И. Люгером дано решение для определения расхода, поступающего с водосбора грунтового потока, подпиты­ ваемого осадками, которое позволяет построить кривую депрессии, определить положение уровня грунтовых вод на разных расстояниях от дрены и расстояние между дренами при установившемся движении.

К каналу (реке) движется грунтовый поток с постоян­ ным расходом Q, который по пути своего движения подпитывается атмосферными осадками интенсивностью q. При

268

приближении к каналу расход от атмосферных осадков уве­ личивается q (L—х).

Расход в сечении у на расстоянии х от канала составляет

и приравнивается к расходу, поступающему с водосбора и от инфильтрации осадков,

При х=Ь и у=Н получается формула Дюпюи:

Q=K- • Я*-Л!

2L

Когда притока грунтовых вод со стороны нет (Q=0), уравнение кривой депрессии имеет вид:

К

При x=L, у=Н, L = -x- получается формула А. Д . Брудастова:

При уровне воды в канале или дрене /г0 =0 расстояния между дренами определяют по формуле Роте:

£ = 2# Yу-

269

Для глубокого положения водоупора. имеется формула А, Н, Костикова:

_ пКН

£ ~,(2 ,3ig 4 -i)'

где Е — расстояние между дренами, м; /С — коэффициент фильтрации, м/сут;

Н— пониженное положение грунтовых вод или уро­ вень воды в водохранилище, м.

Решение Дюпюн является точным решением для за­ данных граничных условий, удовлетворяющим уравнению Лапласа.. Решение, аналогичное решению Роте, когда вме­ сто инфильтрации учитывается испарение, как показала П. Я. Кочина, также является точным гидродинамическим решением.

Расчет систематического дренажа при неустановившемся движении грунтовых вод. Неустановившееся движение грун­ товых вод, когда положение их уровня изменяется во вре­ мени, наиболее характерно дня пойменных земель. После схода паводка с поймы понижается уровень грунтовых вод, а вместе с ним изменяются расходы воды из дрен, водоотда­ ча, содержание влаги и воздуха в почве, ее температура.

Имеющиеся формулы для расчета расстояний между дренами не охватывают всех изменений во времени, про­ исходящих в почве при неустановившемся движении грун­ товых вод. Расстояния между дренами зависят от исход­ ной и требуемой глубины грунтовых вод, залегания водоупора, коэффициентов фильтрации и водоотдачи.

А. Н. Костяков в 1932 г. впервые в гидромелиорации вывел формулы для определения расстояний между дрена­ ми при неустановившемся движении грунтовых вод в одно­ родных грунтах при разном положении водоупора от уров­ ня заложения дрен.

Это явилось большим научным и практическим достиже­ нием для расчета дренажа при осушении сельскохозяй­ ственных земель.

Формулы получены из уравнения баланса грунтовых вод и позволяют рассчитать расстояния для дортижения заданного положения уровня грунтовых вод (норма осуше­ ния) и времени.

Уравнение баланса грунтовых вод, по А. Н. Костикову,

имеет вид:

— ybEdh = {qh—Ер0) dT,

270

где расход воды в дрену принят равным

4K(/i»-/jg)

Поглощениеатмосферных осадков минус испарение равно

р0Е, где р0=р—е.

Тогда уравнение

Формулы аналогичного вида были получены Г. Д. Эркиным (1934 г.), А. И. Ивицким (1935 г.), В. Д. Степановым

м е ж д у д р е н а м и п р и з а л о ж е н и и и х н а в о д о у п о р е после приведения к одним буквенным значениям входящих компонентов принимают вид:

271