Гидротехнические мелиорации

2

УДК 626.8 ББК 40.6

К 94

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор МГУЛ Е. Д. Сабо; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент МГУЛ В. Н. Карминов

Печатается по решению редакционно-издательского совета МарГТУ

Кусакин, А. В.

К 94 Гидротехнические мелиорации: учебное пособие / А. В. Кусакин, Т. Е. Шведова. – Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2010. − 208 с.

ISBN 978-5-8158-0838-6

В учебном пособии рассмотрены вопросы планирования и проектирования осушительной системы, приведены гидрологические и гидравлические расчеты, методика определения объема работ, лесоводственной и экономической эффективности проведения гидролесомелиоративного мониторинга, изложены особенности оросительной мелиорации.

Для студентов лесохозяйственных специальностей.

УДК 626.8 ББК 40.6

6

ПРЕДИСЛОВИЕ

ВРоссии уделяется большое внимание проблеме повышения продуктивности лесов путем гидротехнической мелиорации заболоченных и избыточно увлажненных, а также засушливых земель.

Эффективность гидромелиорации лесных земель определяется размерами дополнительного прироста древесины, получаемой за счет осушения, выхода высококачественного стандартного посадочного материала при орошении, интенсификации лесного хозяйства на основе рационального природопользования.

Цель курса гидротехнической мелиорации − дать студентам необходимые знания по вопросам гидрологии, гидравлики, гидротехники, лесоосушения и орошения, организации территории и водного режима почв, проведения гидролесомелиоративного мониторинга (ГЛММ) − контроля за лесоводственным, экологическим и техническим состоянием гидролесомелиоративных систем (ГЛМС), различных гидротехнических сооружений (ГТС) для последующей оценки, прогноза и управления природными и техническими процессами с учетом требований охраны окружающей природной среды и рационального природопользования.

Данное учебное пособие написано в соответствии требованиями Государственного образовательного стандарта выcшего профессионального образования по специальности «Лесное хозяйство» направления подготовки дипломированных специалистов «Лесное хозяйство и ландшафтное строительство». Студенты очной и заочной форм обучения могут пользоваться книгой при изучении теоретического курса, выполнении лабораторных и практических работ и курсового проекта.

Впервой части книги кратко изложены условия образования болот, приведены типы болот, вопросы организации, планирования и проектирования мероприятий, даны основные формулы гидрологических и гидравлических расчетов. Приведены расчеты определения

7

лесоводственной и экономической эффективностей осушения лесов. Описаны гидролесомелиоративные работы и порядок их выполнения, а также их объемы и сметно-финансовые расчеты. Рассмотрены лесохозяйственные мероприятия по освоению осушаемых площадей. Освещены вопросы охраны окружающей среды. Во второй части дано описание процесса проектирования и строительства плотин и прудов, рассмотрены способы орошения, приведены гидравлические расчеты водосбросных сооружений, расчеты поливной и оросительной норм, расходов воды на орошение и др.

Учебное пособие апробировано в процессе лекционного курса, лабораторных и практических работ и курсового проектирования на факультете лесного хозяйства и экологии МарГТУ. При написании учебного пособия авторы опирались на следующие источники: «Основные положения по гидромелиорации» (1995); «Руководство по осушению лесных земель» (1986); Б. В. Бабиков «Гидротехнические мелиорации лесных земель» (1993, 2005); В. А. Ипатьев, И. К. Блинцов «Гидролесомелиорация» (1980); Е. Д. Сабо, Ю. Н. Иванов, А. А. Шатилло «Справочник гидролесомелиоратора» (1981); Е. И. Шведов, А. В. Кусакин, Т. Е. Шведова «Гидротехнические мелиорации» (2002).

Авторы признательны рецензентам доктору технических наук, профессору кафедры почвоведения МГУЛ Е. Д. Сабо и кандидату технических наук, доценту кафедры почвоведения МГУЛ В. Н. Карминову за полезные советы, замечания и рекомендации, которые были учтены нами при подготовке данного пособия.

8

ВВЕДЕНИЕ

История лесоосушения в мировой практике имеет более чем вековую давность. Осушение земель в России для лесоводственных целей впервые было проведено под Петербургом. Одна из первых работ была выполнена мещанином Иваном Пискаревым в 1820 г. на площади 330 га. Работы по осушению лесных земель были начаты в 30-х годах XIX века на нескольких лесных дачах Петербургской губернии. Наибольшего внимания заслуживают осушительные работы на Лисинской даче, проводившиеся с 1834 г. Первый русский проект осушения составил лесовод И. Г. Войнюков для I отделения Лисинской лесной дачи (Хейновское болото) в 1846 г. Примером высокой эффективности лесоосушения той поры в Лисинском лесничестве является Суланда, значившаяся моховым болотом с «корявой сосной». После осушения на нем сформировались сосновые с елью насаждения с запасом древесины до 400 м3/га, что вдвое превышает средние эксплуатационные запасы для лесов Ленинградской области.

Первые исследования по уточнению региональных особенностей формирования и развития болот, заболоченных лесов, выявлению закономерностей лесообразовательного и болотообразовательного процессов относятся к 60-м годам XX века.

Осушение приводит к значительному изменению режима поч- венно-грунтовых вод (ПГВ). В материалах исследований различных авторов имеются значительные расхождения в результатах наблюдений за динамикой уровня ПГВ по регионам страны [2, 6].

Надо учесть, что режим ПГВ – явление зональное, обусловленное комплексом климатических факторов, из которых основными являются осадки, испарение, температура. Большое влияние климатических факторов на формирование режима ПГВ отмечено рядом исследователей [6 и др.]. На режим грунтовых вод существенное влияние оказывает лес [10]. М. Е. Ткаченко указывал, что не может быть единого значения глубины ПГВ, которое определяет оптимальное и

9

вредное влияние грунтовых вод на лес. Это значение различно для разных древесных пород, характера грунтовых вод, метеорологических условий, физических состояний почвы и сезонов. А. А. Дубах [10] пришел к выводу, что оптимальный уровень грунтовых вод (УГВ) зависит от типа почвы, стадии вегетации. Он считал, что глубина грунтовых вод 30 - 50 см на торфяных почвах оптимальная для роста леса. Г. Д. Эркиным установлено, что в Белоруссии лучший рост сосновых древостоев на торфяных почвах наблюдается при средневегетационном УГВ, равном 30 - 40 см.

Определением оптимального УГВ на торфяных почвах занимались многие авторы. В 1989 г. вышли в свет методические рекомендации «Определение норм осушения при гидролесомелиорации» под общей редакцией Е. Д. Сабо, где даются региональные нормы осушения лесных земель [21].

Так как на болотных почвах ПГВ стоят высоко, большую роль в жизнедеятельности корневых систем играет рельеф [7, 13]. Деревья на болоте приурочены к микроповышениям, площадь которых составляет до 50 % [7, 17]. На болотах у ели, березы, ольхи и сосны образуются придаточные корни. Вблизи мелиоративных каналов происходит углубление корневых систем, увеличивается их масса, что положительно сказывается на продуктивности древостоев. Однако это углубление не превышает 50 - 60 см [7].

Высокое стояние ПГВ весной, в период начала роста корней, и летом отрицательно сказывается на росте древостоев [10, 22]. Г. Е. Пятецкий (1973) отмечал, что до 93 - 100 % корней сосредоточено в верхнем (20-сантиметровом) слое осушенных торфяных почв. В верхних горизонтах почвы лучший газообмен, приток питательных веществ как с нижележащих слоев, так и за счет опада, пыли и дождей.

Известно, что осушение главным образом улучшает один фактор плодородия болотной почвы – водный режим, запас же питательных веществ в основном остается прежним и лишь после длительного

10

воздействия мелиорации (50-100 лет) может несколько измениться. Степень лесоводственной эффективности осушения предопределяется качеством торфа мелиорируемого болота, точнее, физическими и агрохимическими свойствами торфа [7].

Торфяные почвы, обладая морфологическими свойствами и вод- но-физическим состоянием, характеризуются еще и ботаническим составом, степенью разложения, влажностью, тесно взаимосвязанными с химическими свойствами, зольностью, реакцией среды и др.

Зависимость продуктивности древостоев от зольности осушенных болот отмечает Х. А. Писарьков. В состав золы входят такие элементы питания растений, как фосфор, калий, кальций, железо и различные микроэлементы, играющие огромную роль для роста и развития растений. Чем выше зольность, тем, как правило, выше в нем и содержание отдельных элементов питания, с которыми также связано богатство торфа азотом. С. Э. Вомперский считает: «Процент зольности торфа – наиболее общий показатель богатства почвы минеральными соединениями» [7]. Далее он пишет, что при зольности торфа 2,5 - 3,0 % осушение без дополнительной мелиорации нецелесообразно. В «Технических указаниях по осушению лесных площадей» (1971) отмечается, что осушение верховых болот малоэффективно. Однако их осушение дает положительный лесоводственный эффект, если болота представлены смешанной залежью.

Г. Е. Пятецким, В. К. Константиновым, И. А. Юзепчуком было установлено, что осушение верховых болот дает положительный лесоводственный эффект, если под слоем верхового торфа в торфяной залежи расположен более богатый переходный торф. С их выводами согласуются данные Е. Д. Орлова (1973) и Г. М. Пятина (1973) об отзывчивости древостоев на осушение верховых болот. Для низинных болот зольность торфа не имеет большого значения, если выращиваются сосновые насаждения, так как при минимальной для этих болот зольности сосна образует древостой I - II классов бонитета. Однако, если низинные болота необходимо использовать под дре-