4 Мелиорация овражно-балочных земель, расчет противоэрозионных гидротехнических сооружений

Цель занятия — овладение практическими навыками по проектированию гидротехнических сооружений на сильно эродированных землях.

Материальное обеспечение занятие — макет овражно-балочной системы, план местности с горизонталями, методические указания, микрокалькуляторы.

Основу мелиорации составляют противоэрозионные мероприятия, которые выполняются в пределах овражно-балочной системы (ОБС) комплексно в тесной увязке с противоэрозионными мероприятиями, проводимыми на водосборе, т.е. проектируется противоэрозионная инженерно-биологическая система (ПИБС).

Мелиоративно-хозяйственные мероприятия на овражно-балочных системах включают в себя последовательно следующие работы:

заравнивание промоин и мелких оврагов глубиной 1.5 — 2.0 м и их залужение;

выполаживание оврагов с устройством гидротехнических сооружений, предотвращающих новые размывы (лотков, быстротоков, перепадов и др.);

устройство распылителей стока и противоэрозионных гидротехнических сооружений;

отсыпку откосов на склоновых оврагах и с несформировавшимся углом равновесия и подготовку их к залесению;

создание приовражных (прибалочных) лесных полос и насаждений на отсыпанных откосах оврагов;

выращивание береговых и донных насаждений на гидрографической сети, залужение пологих берегов и донных участков балок;

строительство водоемов, дорожной сети и организация рекреационных зон.

Важная роль в мелиорации ОБС отводится противоэрозионным гидротехническим сооружениям (ПГТС), которые выполняют стабилизирующую роль до полного функционирования ПИБС.

ГТС подразделяют на простые (простейшие), устраиваемые из земли и местных строительных материалов (по капитальности относятся к IY классу и временным сооружениям), и сложные. К последним относят пруды, берегоукрепляющие, сопрягающие (перепады, быстротоки и пр.) и другие сооружения.

Выбор типа ГТС, их размещение в плане и габаритные размеры зависят от площади водосбора и расхода воды, питающей овраг. Площадь водосбора определяют по планам масштаба 1:10 000. За расчетный расход принимают максимальный расход весенних талых вод или дождевых паводков 10%-ной обеспеченности, который определяют обычно по региональным формулам. В зависимости от своего территориального размещения ГТС подразделяют на три группы:

сооружения на водосборной площади — распылители стока, водонаправляющие и водоотводящие валы, валы-канавы, нагорные канавы и водозадерживающие валы;

вершинные овражные сооружения — быстротоки, перепады, стенки падения, консольные водосбросы;

русловые и донные сооружения (земляные дамбы-перемычки, донные запруды, пруды).

Проектирование всех ПГТС предполагает выполнение гидрологических расчетов (нахождение объемов стока или расхода воды), а дальше в зависимости от воздействия на сток (задержание или транзит), расчет безаварийных параметров ГТС. Для примера рассмотрим расчет водозадерживающих валов.

Перед гидравлическим расчетом водозадерживающего вала необходимо провести гидрологические расчеты: максимальный расход воды во время весеннего половодья вероятностью превышения Р=5%, объем стока воды во время весеннего половодья вероятностью превышения Р=10%, объем смытой почвы при весеннем снеготаянии вероятностью превышения Р =10%.

Гидравлический расчет вала начинают с определения расстояния от вершины оврага до линии сухого (низового) откоса водозадерживающего вала

L_b = 3h_oK_з, (4.1)

где L_b— расстояние от вершины оврага до линии сухого откоса вала, м;

h_o— высота вершинного перепада оврага, м;

K_з— коэффициент запаса (для лессовых пород К =1.4,

для супесей и суглинков — 1.2, для глин — 1).

Суммарный объем стока ( W_10% ), который должен задержать проектируемый вал, определяют как сумму объема стока воды во время весеннего половодья вероятностью превышения Р = 10% ( W_10% ) и объема смыва почвы при весеннем снеготаянии той же вероятности превышения ( W_s10% ).

W_10% = W_10% + W_s10%, (4.2)

Объем стока, который должен задержать один погонный метр вала, вычисляют по зависимости:

, (4.3)

где W_im— объем стока, приходящийся на 1 пог. м вала, м²;

l_b— длина вала (определяется на плане с горизонталями масштаба 1:500 или 1:1000), м.

Рабочую высоту водозадерживающего вала определяют по формуле:

, (4.4)

где h_p — рабочая высота вала, м;

i— уклон в зоне строительства вала (определяется на плане с горизонталями как тангенс крутизны склона);

Общую высоту вала находят с учетом запаса (Z).

h_об = h_p + Z, (4.5)

Запас принимают, исходя из рабочей высоты вала (при h_p 1.5 м, Z=0.3 м; при h_p = 1.62 м, Z=0.4 м; h_p 2 м Z=0.5 м).

Гидравлический расчет водообхода проводят по основной формуле водослива с определением ширины порога (b):.

, (4.6)

где Q_5% — максимальный расход воды во время весеннего половодья вероятностью превышения Р = 5%, м³/с.

m = 0,3 — коэффициент расхода водослива;

g — ускорение свободного падения;

Н — глубина воды на пороге (0,1 — 0,2), м.

Пример расчета. Требуется рассчитать водозадерживающий вал в вершине оврага, высота перепада h = 2,1м; i= 0.0524), район Донлесхоза НИМИ, (все данные для гидравлических расчетов даны в рассмотренных выше примерах).

Ранее определили, что максимальный расход талой воды Q =0,051 м³ /с, объем воды W_10% =1014 м³, объем смытой почвы за период весеннего половодья

W_s10% =2,85 м³.

Гидравлический расчет вала проводим в следующей последовательности:

1. На плане с горизонталями М 1:500 и сечением горизонталей через 0,5 м выделяем штриховыми линиями боковые водоразделы, определяющие поступление воды к вершине оврага.

2. Расстояние от вершины оврага до границы сухого откоса вала вычисляем по формуле

L_b = 3h_ok_з = 3х2,1х1,2 =7,6 м

3. На плане с горизонталями М 1:500 от вершины оврага вверх по склону откладываем L_b = 7.6 м и через полученную точку проводим параллельно горизонталям линию до пересечения с боковыми водоразделами, определяющими поступление воды к вершине оврага. Эта линия соответствует длине водозадерживающего вала

l_b =51 м

4.Суммарный объем стока, который должен задержать проектируемый вал, вычислим по уравнению

W_10% = W_10% +W_s10% = 1014 +2,85 = 1016,85 м³

5. Объем стока, приходящийся на один погонный метр длины вала, определим по формуле

м³

6. Рабочая высота вала будет равна:

м

7. Общая высота вала (при Z = 0,3м)

h_об = 1,74 м

8. Ширину порога водослива вычислим по формуле:

м

Остальные размеры вала принимаем по рекомендациям: ширина гребня a = 2,5 м (для обеспечения проходов трактора по гребню при уплотнению тела вала при строительстве); заложение мокрого откоса m₁=2; сухого m₂ = 1; “шпоры” на концах вала устраиваем под углом 90^о; перемычку не предусматриваем, т.к. длина вала не превышает 100 м.