9643

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. В. Янченко

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДРЕНАЖЕЙ И ВОДООХРАННЫХ ЗОН ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным и практическим занятиям и по выполнению

расчётно-графической работы по дисциплине «Методы защиты и рекультивации земель» для обучающихся по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование, профиль Прикладная экология и природопользование

Нижний Новгород

ННГАСУ

2023

УДК 626.8 (075.8)

Янченко А. В. Проектирование дренажей и водоохранных зон водных объектов : учебно-методическое пособие / А. В. Янченко ; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет . – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2023. – 173 с. – Текст : электронный.

Приводится краткое содержание разделов, указания по подготовке к практическим занятиям и по выполнению расчётно-графической работы по дисциплине «Методы защиты и рекультивации земель». Рассмотрены вопросы проектирования различных систем и типов дренажей, водоохранных зон водных объектов и последовательность выполнения заданий расчётно-графической работы.

Предназначено для подготовки к лекционным и практическим занятиям по дисциплине и выполнения расчётно-графической работы «Проектирование дренажей и водоохранных зон водных объектов» обучающимися в ННГАСУ по направлению подготовки 05.03.06 Экология и природопользование, профиль Прикладная экология и природопользование.

© А. В. Янченко, 2023 © ННГАСУ, 2023.

3

2.3Кольцевой вертикальный дренаж ……………………………………….. 12

2.4Береговой горизонтальный дренаж (обоснование необходимости устройства) ……………………………………………………………....... 13

Приложения …………….………………………………………………………... 19

Приложение А. Бланки и варианты заданий для выполнения

4

Введение

Целями освоения дисциплины «Методы защиты и рекультивации земель» являются формирование компетенций обучающегося в области природопользования, в части освоения методов защиты земель и рекультивации земель. Описанию методов защиты земель посвящён первый раздел дисциплины, рекультивации земель – второй раздел. Краткое содержание разделов приведено в первой части учебно-методического пособия. Вторая, третья и четвёртая части пособия – проектированию дренажей и водоохранных зон водных объектов и описанию заданий на выполнение практических работ.

5

1 Методы защиты и рекультивации земель

Впервом разделе «Методы защиты земель» дисциплины «Методы защиты

ирекультивации земель» рассматриваются: общие сведения о сооружениях инженерной защиты земель; инженерная защита территорий, зданий и сооружений от затопления и подтопления (особое внимание уделяется проектированию дренажей); вопросы осушения и орошения сельскохозяйственных земель; инженерная защита территорий от эрозионных процессов; зоны с особыми условиями использования территорий, создаваемых в целях охраны окружающей среды (и, в первую очередь, водоохранным зонам и прибрежным защитным полосам водных объектов); инженерная защита территорий, зданий и сооружений от оползней и обвалов; инженерная защита берегов рек, озёр, морей, водохранилищ; противокарстовые мероприятия.

Во втором разделе «Рекультивация земель» – изучаются: вопросы проведения рекультивации и консервации земель; классификация нарушенных земель по направлениям рекультивации (сельскохозяйственного, лесохозяйственного, водохозяйственного, рекреационного, природоохранного, строительного, консервационного и санитарно-гигиенического), по форме техногенного рельефа, по характеру обводнения (увлажнения); требования по рекультивации земель при сельскохозяйственном направлении, при лесохозяйственном направлении, при водохозяйственном направлении, при санитарно-гигиеническом направлении, при рекреационном направлении; требования по рекультивации земель, нарушенных при открытых горных работах; рекультивация и обустройство обводнённых карьеров; требования по рекультивации земель, нарушенных при подземных горных работах; требования по рекультивации земель, нарушенных при добыче торфа; требования по рекультивации земель, нарушенных при строительстве и эксплуатации линейных сооружений; требования по рекультивации земель, нарушенных при выполнении геологоразведочных, изыскательских и других работ; этапы рекультивации нарушенных земель (технический, биологический); консервация нарушенных земель; рекультивация и обустройство нарушенных земель свалками и полигонами; проектирование, эксплуатация и рекультивация полигонов для твердых коммунальных отходов.

2 Проектирование дренажей

Под инженерной защитой территорий, зданий и сооружений понимается комплекс сооружений и мероприятий, направленных на предупреждение отрицательного воздействия опасных геологических (оползней, обвалов, карста, селевых потоков, снежных лавин, переработки берегов морей, водохранилищ, озёр и рек, от подтопления и затопления территорий, морозного пучения, наледеобразования, термокарста и их сочетаний), экологических и других процессов на территорию, здания и сооружения, а также защиту от их последствий [1].

Необходимость инженерной защиты определяется в соответствии с положениями Градостроительного кодекса Российской Федерации в части

6

градостроительного планирования развития территории субъектов Российской Федерации, городов и сельских поселений с учётом оценки риска опасных геологических процессов:

для вновь застраиваемых и реконструируемых территорий – в проекте генерального плана с учётом вариантности планировочных и технических решений;

для застроенных территорий – в проектах строительства, реконструкции и капитального ремонта зданий и сооружений с учётом существующих планировочных решений и требований заказчика.

Инженерная защита территорий от затопления и подтопления представляет собой важную проблему, так как эти явления приобрели в настоящее время значительные масштабы.

Затопление: образование свободной поверхности воды на участке территории в результате повышения уровня водотока, водоёма или подземных вод [1].

Подтопление: комплексный гидрогеологический и инженерногеологический процесс, при котором в результате изменения водного режима и баланса территории происходит повышение уровня подземных вод и/или влажности грунтов, приводящее к нарушению хозяйственной деятельности и условий проживания, изменению физических и физико-химических свойств подземных вод и грунтов, видового состава, структуры и продуктивности растительного покрова, трансформации мест обитания животных [2].

Вкачестве основных средств инженерной защиты территорий следует предусматривать обвалование, искусственное повышение поверхности территории, руслорегулирующие сооружения и сооружения по регулированию и отводу поверхностного стока, систематические дренажные системы, локальные дренажи и другие защитные сооружения.

Вкачестве вспомогательных средств инженерной защиты следует использовать естественные свойства природных систем, усиливающие эффективность основных средств инженерной защиты. К ним следует относить повышение водоотводящей и дренирующей роли гидрографической сети путём расчистки русел и стариц и агролесотехнические мероприятия, в том числе посадку деревьев-гигрофитов, адаптированных к данной климатической зоне.

На защищаемых от подтопления территориях в зависимости от топографических и геологических условий, характера и плотности застройки, условий движения подземных вод со стороны водораздела к естественному или искусственному стоку (участку разгрузки) следует применять одно-, двух- и многолинейные, контурные и комбинированные дренажные системы [2]:

- головные – для перехвата подземных вод, поступающих со стороны водораздела (следует размещать нормально к направлению движения потока подземных вод у верховой границы защищаемой территории);

- береговые – для перехвата подземных вод, поступающих со стороны водного объекта (следует размещать вдоль берега или низовой границы защищаемых от подтопления территории или объекта);

7

-отсечные – для перехвата подземных вод, поступающих со смежных территорий с более высоким положением уровня воды (например, массивов орошения, подтопленных территорий промышленных предприятий и т.п.);

-систематические (площадные) – для дренирования территорий в случаях питания подземных вод преимущественно за счёт инфильтрации атмосферных осадков и вод поверхностного стока, утечек из водонесущих коммуникаций или напорных вод из нижележащего горизонта;

-смешанные – для защиты от подтопления территорий при сложных условиях питания подземных вод.

По конструкции дренажи подразделяют на горизонтальные, вертикальные, комбинированные.

В локальной системе инженерной защиты от подтопления в зависимости от гидрогеологических, инженерно-геологических условий и типа застройки следует применять следующие типы дренажей [1]:

кольцевой (контурный) – для перехвата подземных вод при смешанном их питании, а также для защиты отдельных объектов или участков территории; располагают за наружным контуром площадок, зданий и сооружений;

пристенный – при устройстве непосредственно с наружной стороны защищаемого объекта; может рассматриваться в качестве элемента ограждающих конструкций;

пластовый – для защиты заглубленных конструкций и помещений при наличии в их основании достаточного по мощности пласта слабопроницаемых грунтов, а также для перехвата и отвода утечек воды из сооружений с "мокрым" технологическим процессом; располагают непосредственно под зданием и сооружением; пластовый дренаж следует применять независимо от глубины заложения; при устройстве пластового дренажа последний должен сочленяться с пристенным;

сопутствующий – для предупреждения обводнения грунтов от утечек водонесущих коммуникаций; располагают, как правило, в одной траншее с ними;

совмещенный с водостоком – для дренирования верховодки; располагают на трассе водостока.

Осуществление защитных мероприятий от затопления и подтопления территорий позволяет оставлять на старых местах населённые пункты, промышленные предприятия и другие объекты, и исключает необходимость дорогостоящего их восстановления на новых местах.

Выбор конструкции дренажа следует производить с учётом водопроницаемости грунтов защищаемой территории, расположения водоупора, требуемой величины понижения уровня подземных вод, характера хозяйственного использования защищаемой территории.

Принимаемые при проектировании защитных сооружений нормы осушения должны в каждом конкретном случае обеспечивать положение уровней подземных вод ниже критического уровня.

В следующих разделах пособия рассматриваются вопросы проектирования систематического горизонтального дренажа, головного горизонтального дренажа, кольцевого вертикального дренажа, берегового

8

дренажа, водоохранных зон водных объектов и последовательность выполнения заданий расчётно-графической работы.

2.1 Систематический горизонтальный дренаж

Систематический горизонтальный дренаж перехватывает воды, поступающие сверху, с осушаемой площади. Применяется при осушении больших территорий.

При проектировании систематического горизонтального дренажа необходимо определить:

расстояние между дренами L;

положение грунтовых вод после осушения y=f(x); приток грунтовых вод к дрене и коллектору – Qдр. и Qкол..;

диаметры и уклоны труб дрен и коллекторов – dдр., dкол., Iдр., Iкол.;

число круглых водоприемных отверстий на один погонный метр дренажной трубы.

Исходные данные:

-размер и топография осушаемой территории (а х в);

-норма осушения hно;

-коэффициент фильтрации K и интенсивность инфильтрационного питания p;

-гидрогеологические разрезы с указанием глубины залегания водоупора H и максимального уровня стояния грунтовых вод (hг.в от поверхности земли).

Порядок проектирования.

1. Определяют максимальную величину ординаты депрессионной кривой

ирасстояние между дренами.

Расчётное расстояние между дренами должно быть меньше полученного по расчётным формулам и кратное величине большей стороны на осушаемой площадке (рисунок 1).

2. Распределяют элементы систематического дренажа в плане с учётом рельефа местности, подстилающего водоупора, в зависимости от расположения улиц, водоприёмника и отдельных зданий.

При больших уклонах поверхности осушаемой территории дрены целесообразно располагать вдоль горизонталей; при малом уклоне местности это условие необязательно.

При этом коллекторы размещают с расстоянием между ними до 400 м, считая, что длина дрен не должна превосходить 200 м из условия минимального заглубления дрен от поверхности земли.

Расстояние между дренами примерно 40 … 250 м в застроенной части и 20 … 30 м в садах и парках.

Минимальное расстояние дрены и коллектора от здания или края осушаемой площадки может быть определено по формуле [4]

где Нкол – глубина заложения коллектора; hф – глубина заложения фундамента здания; φ – угол внутреннего трения грунта; bк – ширина канавы понизу.

9

а) план; б) разрез 1 – 1

Рисунок 1 – Расположение дрен и магистрального коллектора горизонтального совершенного дренажа