23.Водная эрозия почв, ее виды и формы проявления. Общие положения эксплуатации отдельно расположенных гтс
Водную эрозию подразделяют на два вида: плоскостную (разрушение и смыв почвы носит площадной характер) и линейную (смыв почвы с образованием глубоких промоин и рытвин происходит локально по трассам поверхностных потоков).
При плоскостной эрозии уменьшается мощность плодородного слоя почвы на полях. Талые и дождевые воды, стекая по поверхности почвы, всегда увлекают какое-то количество почвенных частиц и в виде взвесей выносят их в ручьи и реки. По мере увеличения интенсивности стока уносятся все более мелкие и ценные для почвы частицы, остается песок. При этом ухудшаются водно-физические свойства почвы, она теряет структуру; ухудшаются агрохимические свойства почвы, она становится малоплодородной. Один сильный ливень на черноземах выносит до 600 кг азота, 400 кг фосфора и 500 кг калия с гектара. При высокой степени эродированности может быть смыт полностью почвенный слой вплоть до материнской породы и могут оголиться подпочвенные слои, состоящие из песков и галечников. Так образуются непригодные для сельского хозяйства эродированные почвы.
Плоскостная эрозия проявляется тем сильнее, чем больше уклоны поверхности (особенно при уклонах более 0,025), меньше водопроницаемость подпочвенных горизонтов, интенсивнее ливни и больше площадь формирования склонового стока.
Интенсивность смыва зависит в решающей степени от состояния поверхности почвы: на залуженных и залесенных землях смыв во много раз меньше, чем на распахан ных, особенно если вспашка выполнена вдоль склона. Интенсивность эрозии зависит от влажности почвы, степени ее распыленности: чем меньше влажность почвы, тем больше она смывается и сносится ветром. Поэтому склоны южной и западной экспозиций больше смыты,чем северные и восточные.
При линейной эрозии образуются овраги, которые уменьшают площади сельскохозяйственных угодий и порождают мелкоконтурность.
При формировании поверхностного стока концентрированные потоки, часто приуроченные к отдельным понижениям поверхности (борозда, рытвина), воздействие воды на почву возрастает. Сосредоточенные потоки pyчейковой сети размывают почву, образуя рытвины и траншеи. Постепенно дождь за дождем вызывают их углубление, они превращаются в овраги. Каждый овраг,
если его не закрепить, растет при паводках, продвигаясь вдоль по склону. Растут и его боковые отвершки. Возрастающий поток воды размывает дно, углубляет овраг, при этом откосы его из-за подмыва теряют устойчивость и разрушаются. Продукты эрозии со склонов и береговой эрозии выносятся в низовье оврага, где отлагаются в виде шлейфа.
Рост оврага в естественных условиях прекращается, если уменьшилось поступление воды или русло углубилось в плотные, неразмываемые грунты, а откосы каналов уположились до устойчивых для данного грунта. Такой овраг постепенно зарастает древесной и кустарниковой растительностью и травой, он превращается в балку.
Овраги приносят большой вред сельскому хозяйству по следующим причинам: под ними пропадает большая площадь земель, вдоль оврагов не распахивают полосы шириной до 20 м — это дополнительная потеря земли; овраги рассекают поля, мешают производительно использовать сельскохозяйственную технику, возникает необходимость строительства мостов; овраги сильно дренируют территорию, вызывая понижение уровней грунтовых вод и иссушение почв; в зимний период в них сносится много снега, тем самым ухудшается влагообеспеченность полей; овражные воды с большой мутностью загрязняют и заиливают реки и поймы.
Гидротехнические мероприятия применяют на крутых склонах с большими площадями водосборов, когда агротехнические и лесомелиоративные мероприятия оказываются недостаточными. Основу их составляет террасирование склонов, включающее следующие разновидности террас: гребневые, ступенчатые и траншейные.
Гребневые террасы бывают с горизонтальными и наклонными валами. Террасы с горизонтальными валами применяют при уклонах 0,02...0,12 на легких почвах. Валы высотой 30...40 см отсыпают параллельно горизонталям поверхности. Поперечное сечение валов треугольное с заложением откосов 1 : 3...1 :4, шириной понизу 2...4 м (рис. 171). Валики насыпают грейдером, террасером или плугом. Расстояние между заградительными валами и их высоту определяют на полное задержание расчетного слоя стока между валами.
При больших уклонах поверхности (0,12...0,25) рас->; стояния между террасами очень малые, поэтому гребневые террасы не устраивают. Вместо них применяют ступенчатые террасы (рис. 173). При их устройстве выполняют срезку грунта в верхней половине террасы и отсыпку его в нижней. Благодаря этому уклон склона уменьшается до безопасного в отношении смыва. Ступенчатые террасы в зависимости от направления искусственного уклона поверхности подразделяют на наклонные горизонтальные и наклонные с обратным уклоном (скамьевидные).
Рис. 174. Траншейная терраса:
1 — поверхность земли до террасирования; 2— почвенный слой; 3—грунт.
На крутых склонах (уклон более 0,2) применяют траншейные террасы, на которых выращивают сады, чай, цитрусовые культуры. В траншейных террасах чередуются канавы, вырытые вдоль горизонталей, и земляные валы, насыпанные из вынутого грунта у нижнего края канав (рис. 174). Устраивают их так: при рытье канав плодородный почвенный слой складируют на верховой стороне канавы, а подпочвенный грунт — на низовой в вал. После проходки канавы ее засыпают гумусированной плодородной почвой, в случае необходимости ее дополнительно срезают с террасы. В бывшую канаву с плодородной почвой высаживают деревья, а из бесплодного грунта формируют оградительный вал.
.Меры борьбы с оврагами
Основное направление борьбы с ростом оврагов— регулирование стока талых и дождевых вод. Осуществляется это применением агротехнических, лесотехнических и гидротехнических мероприятий.
Агротехнические мероприятия применяют те же, что и для борьбы с плоскостной эрозией.
Лесотехнические мероприятия включают водопоглощающие лесные полосы (рассмотрены выше), а также приовражные и прибалочные лесные полосы. Последние размещают по границам полей на 3...5 м от бровок оврагов и балок. Ширина этих полос до 30...50 м. Кроме того, по склонам самого оврага, его отвершков и на днищах размещают сплошные лесонасаждения для закрепления берегов и предотвращения размыва.
Гидротехнические мероприятия по борьбе с оврагами можно подразделить на три группы: задерживающие сток на приовражной полосе; обеспечивающие сброс воды в овраг без размыва русла; сооружения для укрепления вершин, дна и откосов оврага от размыва.
Сооружения для задержания воды на приовражной полосе включают водозадерживающие валы и канавы. Канавы копают по горизонталям поверхности, из вынутой при этом земли с низовой стороны насыпают вал.
Водоуловительные канавы имеют глубину 0,6...0,7 м, ширину по дну 0,3 м, заложение откосов 1 : 1. Размеры вала те же: высота 0,6...0,7 м, ширина 0,3 м, гребень горизонтальный. Ширину бермы от бровки канавы до вала принимают 0,5 м. Водоуловительные канавы и валы располагают рядами вокруг вершин оврага и его отвершков, расстояние первого ряда от края оврага10 м. Расстояние между рядами валов определяют расчетом в зависимости от уклона поверхности склона и объема стока воды к оврагу. Для повышения эффективности задержания вод концы вала (шпоры) плавно закругляют вверх по склону с радиусом закругления 15...25 м. Для сброса избыточной воды из обвалованных участков в нижележащие в валах устраивают разрывы, которые укрепляют дерном, камнем или плетнем. Сооружения для спуска воды в овраги включают нагорные каналы, которыми окаймляют «врат с двух сторон. Вынутый грунт отсыпают в валы с низовой стороны канала. Каналы выводят в вершину Цистой)) оврага или его отвершков и сбрасывают воду через специальные гидротехнические сооружения. Нагорные каналы трассируют с уклоном более 0,005. При подходе к оврагу дно и откосы укрепляют камнем.
Вершинные овражные сооружения бывают трех типов: быстротоки, перепады и лотки-консоли.
24.Использование вод местного стока для орошения. Эксплуатация участков орошения на местном стоке.В периодически засушливых зонах и зонах неустойчивого естественного увлажнения наряду с использованием водных ресурсов крупных рек большое значение имеют воды местного стока и малых рек. Местным стоком называют поверхностные воды, стекающие в течение года с относительно небольшой водосборной площади.
Районы степи и лесостепи в гидрологическом отношении характеризуются неравномерным распределением стока: весной он составляет около 70...96%, в оросительный же период в большинстве случаев не превышает 5...20%. Сток в многоводные годы может во много раз превышать сток маловодного. Поэтому использование местного стока без регулирования ограничено или невозможно.
Используют местный сток и для сельскохозяйственного водоснабжения животноводческих ферм, с целью рыбоводства и разведения водоплавающей птицы. Регулирование местного стока осуществляют путем устройства в пониженных местах, балках, лощинах, оврагах, на малых реках водохранилищ, прудов или лиманов для задержания талых вод.
Воды местного стока подают на поля по сети каналов, труб в течение всего вегетационного периода, а в районах Заволжья, Северного Казахстана и некоторых других используют для лиманного орошения, при котором орошаемая площадь получает воду только один раз весной во время снеготаяния.
Орошение на местном стоке — один из важнейших источников увеличения производства продуктов сельского хозяйства. В районах неустойчивого увлажнения местный сток используют для поднятия и обеспечения устойчивости урожаев в засушливые годы, а также для создания плодовых, овощных и животноводческих баз вокруг городов и промышленных центров.
Создание водохранилищ и лиманов имеет большое хозяйственное и гидрологическое значение для засушливых районов. Задержание весеннего стока уменьшает половодья, усиливает внутренний влагооборот местности и грунтовое меженное питание рек, задерживается вода, которая во время снеготаяния и ливней смывает почву, образует овраги, разливы и наводнения. Таким образом, регулирование местного стока — один из способов борьбы с водной эрозией почвы.
Массовое строительство водохранилищ и лиманов содействует изменению климата засушливых районов, повышая их увлажнение. Особенно велико значение этих мероприятий в сочетании с защитными лесонасаждениями, снегозадержанием. Водохранилища, пруды, водоемы имеют большое эстетическое значение для жителей этих районов.
Орошение на местном стоке, осуществляемое с помощью небольших систем, доступно хозяйствам и группам хозяйств.
На небольших участках оросительная сеть состоит из одного подводящего канала или трубопровода и нескольких временных оросителей и дождевальных машин. Поливы проводят как самотеком (по бороздам, напуском по полосам), так и дождеванием.
Водозабор из источника орошения самотечный с помощью подпорного сооружения (плотины-перемычки) или с машинным водоподъемом.
Место для устройства водохранилища выбирают с учетом топографических, геологических, мелиоративных и других условий. При этом стоимость водохранилища и затопления полезной площади должна быть наименьшей, условия для экономии воды и поддержания требуемого санитарного режима — наилучшими, а потери на фильтрацию под плотиной и в обход ее, а также в грунт ложа — минимальными.
Орошаемые поля располагают вблизи водохранилищ, но не в зоне подпора грунтовых вод. На поля воду подают самотеком или насосной установкой с минимальной высотой всасывания. Трассу канала выбирают с учетом топографических и геологических условий.
Выбор створа плотины для задержания местного стока — один из важнейших вопросов при проектировании. Размещение плотины выше по водотоку приводит к уменьшению водосборной площади, вместимости водохранилища, но позволяет увеличить командную площадь для самотечного орошения. При выборе створа плотины должно быть учтено и удобство для сброса излишних паводковых вод.
Под водохранилище выбирают место с прочным основанием под плотиной и водонепроницаемым грунтом под ложем водохранилища. Под плотиной и водосбросом не должно быть оползней и родников, а также действующих оврагов. При строительстве плотины необходим грунт для устройства плотины.
Водохозяйственные расчеты по использованию местного стока должны определять наиболее эффективные соотношения между объемом водохранилища и полезной отдачей воды на орошение и другие хозяйственные нужды.
Водохранилища проектируют с сезонным (однолетним) или многолетним регулированием. Сезонное регулирование устраивают в том случае, когда расчетное потребление воды не превышает годового стока при заданном проценте обеспеченности, а многолетнее — при расчетном потреблении, превышающем сток.
При многолетнем регулировании стоимость строительства плотины и сооружений водохранилища значительно выше, чем при сезонном. Однако такое водохранилище позволяет орошать большие площади, обеспечивать водой в бессточные или маловодные годы, снизить стоимость водосбросного сооружения, так как водохранилище в этом случае аккумулирует большие объемы паводковых вод.
При расчете водохранилищ могут встретиться следующие условия: удобные для орошения и благоприятные для создания водохранилищ участки, где водные ресурсы ограничены (в этом случае площадь орошения определяется водосборной площадью и стоком воды в водохранилище); объем водохранилища определяется площадью пригодного участка земли для орошения. При наличии достаточных водных ресурсов объем чаши водохранилища ограничен топографическими условиями (в соответствии с этим определяют площадь орошения, избыток водных и земельных ресурсов).
Если орошаемые участки в большинстве случаев небольшие, водохранилища проектируют обычно с сезонным регулированием весеннего стока и расчетной обеспеченностью, равной около 80%.