Гидротехнические мелиорации лесных земель. Учебно-методическое пособие

вышение прибавляют к отметке предыдущего пикета. Н пример, чтобы определить отметку дна на ПК-2, нужно уклон 0,0017 умножить на 100 и полученное превышение 0,17 м прибавить к отметке ПК-1 (0,17 + 9,95 = 10,12 м). Полученные отметки записывают в соответствующую графу.

При построении продольного профиля собирателей и осушителей по разности отметок поверхности земли и дна находится глубина каналов на каждом сечении . Если при этом окажется , что на отдельных сечениях глубина осушителя будет меньше минимальной, то необходимо изменить положение линии дна для его углубления. Если уклон больше допустимого, то следует уменьшить глубину в устье и - не сколько увеличить вверху.

При проектировании собирателя на профиль наносят отметки дна устьев впадающих осушителей с соблюдением масштабов, а при проектировании дна магистрального канала– отметки дна устьев впадающих в него собирателей и осушителей. Линию дна проводят ниже показанных отметок дна устьев на указанные выше величины и с- со блюдением допустимых уклонов. Далее определяют и записывают в соответствующие графы профиля отметки и уклоны дна, а также глубины на пикетах. Затем в цвете вычерчивают продольные профили: проектные линии (дно канала, отметки дна, уклоны, глубина канала, сооружения) – красным, вода – синим, а все остальное – черным цветом.

Контрольные вопросы и задания

1.Дайте определение проектных глубин канала.

2.Какие существуют методы определения расстояний между осушителями?

3.В чем состоит целесообразность применения зональных коэффициентов при определении расстояний между осушителями?

4.Что называют степенью канализации?

5.Раскройте содержание понятия «осушительная сеть».

6.Из каких элементов состоит осушительная система?

7.Каким образом располагается дорожная сеть?

8.Какие гидротехнические сооружения необходимо запроекти-

ровать?

9.Какие требования предъявляются к расположению -труб переездов?

31

10.Какие требования предъявляются к расположению каналов регулирующей сети?

11.Перечислите требования к расположению каналов проводящей сети.

12.Что влияет на действие осушительных каналов?

13.Почему на мелких торфяниках, подстилаемых глинами, расстояние между осушителями необходимо уменьшать?

14.Что представляет собой продольный профиль канала?

15.Как определяются отметки поверхности?

16.Каким образом можно рассчитать отметки дна?

17.Как можно определить установившуюся глубину канала?

18.Каким образом вычисляются проектные глубины каналов?

19.Что называется осадкой торфа?

20.Каковы допустимые скорости движения воды в канале? Как определяются допустимые скорости движения?

21.Дайте определение уклона дна. По каким принципам проектируется дно канала?

22.Сколько составляет расстояние между пикетами?

2. ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Задачей гидрологических расчетов является определение -рас четных и поверочных расходов воды для мелиоративных каналов и сооружений. По расчетным расходам определяются размеры поперечных сечений водоприемников, каналов и сооружений при допустимой глубине их наполнения водой в зависимости от условий работы , а по поверочным – устойчивость русел каналов к размыву и заилению , затоплению территории и сооружений и др.

При проектировании лесоосушительных мероприятий гидрологические расчеты проводятся для следующих периодов стока:

а) весеннее половодье; б) летне-осенние паводки; в) меженный период.

На расходы весеннего половодья рассчитываются каналы в лесах паркового значения, искусственные сооружения на водоприемниках

32

исети, проверяется устойчивость русел каналов к размыву. По расходам летне-осенних паводков определяются размеры каналов в -зе леных зонах городов, лесах хозяйственного значения и труб-переездов на дорогах, пересекающих осушители. По меженным (бытовым) расходам находят бытовые глубины наполнения каналов и минимальные скорости течения воды в них, которые должны исключать заиление

изарастание каналов. Размеры осушительных каналов на лесных землях устанавливаются в расчете на сброс летне-осенних паводков25 % обеспеченности.

При гидрологическом расчете необходимо решить три вопроса:

1)на какие воды производить расчет (поскольку в течение одного года и в отдельные годы меняется количество притекающей в канал воды), т. е. определить расчетный период, на какие воды проводить расчет и расчетную обеспеченность;

2)как определить расчетные модули стока;

3)каким принять положение расчетного горизонта воды в канале. Для создания на осушенных землях оптимального для древесных

растений водно-воздушного режима важнейшими требованиями -яв ляются освобождение к началу роста корней древостоя корнеобитаемой зоны почв от гравитационной влаги и предотвращение даже кратковременного затопления этой зоны на протяжении всего периода вегетации. Чтобы выполнить такие требования, расчетный модуль стока должен быть больше самого высокого его значения, возможного в данный период.

Поскольку подтопление корневых систем во вневегетационный период, в том числе и в период весеннего половодья, не наносит существенною вреда древесным растениям и допустимо на осушенных лесных землях, расчетные модули стока целесообразно брать меньше максимальных. При осушении лесных земель они обычно принимаются с обеспеченностью 25 %, при осушении лесопарков – 10 %. При такой обеспеченности модули стока, равные расчетному или превышающие его, будут наблюдаться в среднем 1 раз в 4 года и 1 раз в 10 лет соответственно. В этих случаях каналы могут не справиться с пропуском поступающей в них воды, а потому на осушенных площадях существует угроза подтопления корнеобитаемого слоя почв.

В курсовой работе для упрощения за расчетный период можно принять лето и расчет произвести на средневысокие летние воды, модули стока и расходы которых легко определить . Рассмотрим порядок, в котором целесообразно вести гидрологические расчеты при проектировании осушительных систем.

33

Предположим, необходимо запроектировать осушительную систему для участка леса, расположенного в Красноярском крае, с площадью водосбора F = 80 км2. Лесистость водосбора fл = 50 %, заболоченность fб = 5 %, озерность fоз = 6 % (при fоз < 4 % влияние озер на сток не учитывается) (прил. 1). Для определения указанных расходов выявим расчетные значения соответствующих модулей стока.

Модуль летне-паводкового стока. Среднемноголетнее значе-

ние модуля летне-паводкового стокаqл.п (м3/с ∙ км2) определяется по формуле Д. Л. Соколовского:

Здесь В25% – районный параметр (табл. 2.1); d – коэффициент учета аккумуляции стока озерами и болотами, рассчитываемый по выражению

d1 – коэффициент, отражающий аккумулирующую роль проницаемых лесных почв:

где g = 0,35; d2 – коэффициент учета рельефа, равный для водосборов с плоским рельефом 0,5–0,6; d3 – коэффициент учета влияния формы бассейна (принимаем равным 0,7); F – площадь водосбора, км2.

Таблица 2.1

Величина районного параметра В для лесной и лесостепной зоны европейской части России

Приведем пример расчета среднемноголетнего значения модуля летне-паводкового стока:

d= 1 – 0,6lg(1 + 6 + 0,2 × 5) = 1 – 0,6 × 0,903 = 0,458; d1 = 1 – 0,35lg(1 + 50) = 1 – 0,35 × 1,708 = 0,402;

d2 = 0,5;

34

Модуль стока р%-й обеспеченности определяется по формуле

Для расчета модульного коэффициента 25%-й обеспеченности K25% необходимо иметь численные значения коэффициента вариацииСV и коэффициента асимметрии годового стокаСS. Коэффициент вариации СV зависит от зонального расположения области осушения (табл. 2.2); СS при определении дождевых максимумов стока обычно принимают равным 4СV.

где Фр % – отклонение ординаты кривой обеспеченности от середины для соответствующего коэффициента СS, эти отклонения пропорциональны СS и при осушении лесных земель рассчитываются на25%-ю обеспеченность (табл. 2.3).

35

Таблица 2.3

Таблица отклонений ординат кривой обеспеченности Пирсона III типа от середины СV = 1 (по Фостеру–Рыбкину) Фр%

36

Модуль стока талых вод. Модуль стока талых вод вычисляется по формуле Д. Л. Соколовского:

где a – среднемаксимальная интенсивность снеготаяния, эквивалентная средней величине элементарного максимального стокаА50, мм/ч, для Северо-запада европейской части и Центрального района России принимается равной 2–4 мм/ч, для Урала – 4 мм/ч, для Крайнего Севера и Северо-Востока – 4–8 мм/ч; s – коэффициент стока, для талых вод s = 0,5; a – коэффициент редукции, учитывающий снижение стока с 1 км2 площади водосбора по мере ее увеличения(определяется методом интерполяции для соответствующей площади, табл. 2.4); d – коэффициент учета аккумуляции стока озерами и болотами; d1 – коэффициент, отражающий аккумулирующую роль проницаемых лесных почв; q0 – модуль стока грунтовых вод, изменяющийся в пределах от 0,02 л/с × га у южной границы лесной зоны до0,05 л/с × га у ее северной границы.

где K25% – модульный коэффициент стока талых вод.

Между коэффициентами асимметрииСS и вариацииСV характеристик весенних половодий чаще всего существует соотношение

Приведем пример расчета половодного модуля стокар%-й обеспеченности:

а= 4,0 мм/ч; s = 0,5;

a = 0,69 (площадь водосбора 45 км2);

d = 0,458;

37

d1 = 0,402;

q0 = 0,03 л/c × га;

qт.в = 2,78 × 4,0 × 0,5 × 0,69 × 0,458 × 0,402 + 0,03= 0,74 л/с × га;

СV = 0,35;

Сs = 2 × 0,35 = 0,70; Ф25% = 0,59;

K25% = Ф25%СV + 1 = 0,59 × 0,35 + 1 = 1,21;

qт.в.25% = qт.в K25% = 0,74 × 1,21 = 0,90 л/с × га, или 0,09 м3/с × км2.

Расчетный расход талых вод будет следующим:

Бытовой модуль стока. Бытовой модуль стока qбыт не зависит от водосборной площади и колеблется в пределах0,02–0,05 л/с × га. Меньшие модули принимаются для более южных районов, большие – для северных районов и водосборов с грунтовым питанием. При осушении лесных земель бытовой модуль стока обычно приравнивается к модулю стока грунтовых вод q0.

Например, для Красноярского края бытовой модуль стока равен

qбыт = q0 = 0,05 л/с × га, или 0,005 м3/с × км2.

Расчетный расход бытовых вод составит:

Qбыт = 0,005 ∙ 45 = 0,23 м3/с.

Таким образом, на основании гидрологических расчетов студенту необходимо путем подбора определить параметры поперечного сечения каналов, чтобы в расчетный период тот или иной канал -от водил всю поступающую в него воду и уровень воды в нем не превышал расчетного горизонта. На осушенной площади в расчетный период корнеобитаемый слой почв не должен подтопляться. Следовательно, должно быть достигнуто условие, при котором расходные характеристики водосбора должны быть равны расходным характеристикам канала, его пропускной способности.

38

Контрольные вопросы и задания

1.В чем заключаются гидрологические расчеты?

2.Для какого периода года проводятся гидравлические расчеты каналов?

3.Дайте определение модуля стока.

4.Что называется расходом воды?

5.От каких параметров зависит расход талых вод?

6.Приведите определение водосборной площади.

7.На какую обеспеченность обычно рассчитывают модуль стока талых вод?

3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Гидравлические расчеты выполняются для определения размеров поперечных сечений каналов, проверки их устойчивости к размыву и заилению, нахождения горизонтов воды в каналах разного порядка.

Для выполнения гидравлического расчета любого канала должны быть заранее установлены:

-расчетные расходы воды (принимаются на основе гидрологических расчетов);

-форма поперечного сечения канала(с соответствующими коэффициентами откосов);

-уклоны дна канала согласно продольному профилю;

-расчетное положение горизонта воды в канале h относительно его бровок.

При определении ширины канала по дну находят коэффициенты откосов, расчетный горизонт воды в каналах, рассчитывается устойчивость русла канала.

Коэффициенты откосов. Проектирование поперечного профиля каналов мелиоративной сети предполагает обоснование формы и размеров поперечного сечения. Для каналов регулирующей, проводящей

иоградительной сетей (не рассчитываемых гидравлически) принимается трапецеидальная форма сечения. Крутизну заложения откосовm

39

выражают отношением горизонтальной проекции откосаl к его вертикальной проекции Т (см. рис. 1.2):

где l – заложение откоса, м; Tпр – глубина канала, м.

Коэффициенты откосов зависят от почвогрунтов, глубины канала и других факторов и обычно принимаются кратными1/4 (табл. 3.1). Для лесопарков их следует увеличивать на0,25, а для парков – на 0,5 (с целью засева откосов травами и придания им большей устойчивости).

40