Бабиков Б. В. Гидротехнические мелиорации (2002)

Б.В. БАБИКОВ

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ

МЕЛИОРАЦИИ

Реко.нендовано

учебно-.нетоОuчеСЮL:\l объедZlflеl-lllе.н ,НlIнооразовШ/llЯ рф

в "ачестве учеБНlIка

для студентов GblCUlllX учебных заведенuй, обучаlOЩ1L\СЯ по наnравлеflll/О

«лесное хозяйство 1I лаllдuшфтное строительство».

3-е издание, переработанное и дополнеНllое

Санкт-Петербург

2002

УДК 630.651.7'8.

Бабиков Б.В. Гидротехническис I\'lслиорации: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - СПб.: ЛТА, 2002.

Г1риведены основныс положения гидрологии, ГИДIЮi\IСТРИИ и неоБХОДИi\'IЫС ')JIC-

\-Iеl-ПЫ гидравлики. Рассмотрены объекты и способы ОСУIIIСIIИЯ JICCllblX зсмеJIЬ и дре­

нирования объектов саДОВО-lIаркового н ландшафтного СТРОl1телы;тва. Дано обо­

снование и основы просктировання ОС)'IШ1: СI\'IЫХ ЗС~(СЛI). Г!оказаllО ВО'3действие осу­ ШСI-lИЯ на окружающую среду. Расс!\,ютрены особеНIIОСТИ строительства объектов

обводнения 11 способы орошения. Приведсны свеДСIIllЯ о борьбе <.: водной ЭРО'3исЙ.

Табл. 44, ИЛ.I 02, бибJI. 37 нюв.

r е ц с н '3 е 11 ты:

доктор тсхнических наук, профессор ЕД. Сабо

доктор ССJlЬСКОХО'3ЯЙСТВСННЫХ наук, профессор

В.В. Пахучuй

:(; ГО<.:У;lарственная .IIССОТС.\III'l'lсская ака:lеi\IIIЯ, 2()О2,

:{:, Ь.I3 . Ijа6икон, 2002 .

ПРЕДИСЛОВИЕ

Слово "мелиорация" происходит от латинского «улучшение» и

включает систему мероприятий, направленных на улучшение со­

стояния 'Земель. Последнее может осуществляться ра'Зличными l\'le-

тодами и приемами. В зависимости от этого получаем название и

вид мелиорации. В условиях избыточного увлажнения почв приме­ няют осушение, а при недостатке влаги - орошение. Это гидротех­ нические мелиорации. Они включают комплекс мероприятий, на­

правленных на регулирование водного реЖИl\ta почв.

Улучшение состояния 'Земель может носить и другую направлен­ ность. На обширной территории юга России большой ущерб нано­

сят овраги. При борьбе с ними применяют специальные гидротехни­

ческие мероприятия и сооружения. Гидротехнические мероприятия

используют также при борьбе с оползнями, при абразии и эрозии

берегов рек. Указанные мероприятия, виды работ, приемы и методы

изучаются в курсе "Гидротехнические мелиорации".

Есть и другие виды мелиорации. С целью повышения плодо­

родия почв могут применяться удобрения, или химические мели­

орации. Для борьбы с суховеями и засухами создают полезащит­ ные полосы. Это так называемые лесные мелиорации (агролесо­ мелиорация). Эти виды мелиораций изучают в других учебных

дисциплинах.

Настоящий учебник по сравнению с предыдущим изданием (1993 г.)

переработан и существенно дополнен новыми материалаi\Н1 и разде­

лами. Поскольку наиболее часто осушаемыми землями являются болота, то подробно рассмотрены виды заболачивания, образование и трансформация болот и их ГИДРОJlОГИЯ. На основе новых исследо­

ваний рассмотрена устойчивость древостоеrз на осушенных 'Землях.

Гидротехнические i\'lелиорации ПРИiVlеняют не только в лесном,

но и в саДОI30-паРКОВОi'v1 хо'Зяйстве и ландшафТНОI\! строительстве.

Поэтому в предлагаемом учсбнике, KpOi\'le общих сведений о дре­ нажс, рассJVЮТРСНЫ особеllНОСТИ дренирования '13рков, бульваров

3

и скверов, городских ДОРОI~ спортивных площадок и площадок для

отдыха.

В разделе водоснабжения показана специфика устройства водо­

сбросных сооружений парковых плотин, а таюке рассмотрено уст­

ройство копаных прудов.

Знания, полученные в курсе гидромелиорации, необходимы при

изучении других специальных дисциплин, таких, как лесные пи­

томники и культуры, лесоводство, лесоустройство, лесная такса­

ция, пирология, древесиноведение, цветоводство и древоводство,

садово-паРК0вое строительство.

Учебник предназначен для студентов высших учебных заведе­ ний, обучающихся по специальностям «лесное хозяйство», а также

«садово-парковое и ландшафтное строительство».

Автор выражает глубокую благодарность рецензентам проф. Е.Д. Сабо и проф. В.В. Пахучему за ценные замечания, позволив­ шие улучшить содержание учебника, а таюке доценту Л.С. Ветро­

ву и инженеру Е.Я. Гриньковой за подготовку учебника к печати.

Особую благодарность автор приносит Нине Владимировне Баби­

ковой.

•

ВВЕДЕIПIЕ

Гидротехнические мелиорации имеют давнюю историю. Самый

древний вид гидромелиорации - обводнение и орошение. По сооб­

щению Геродота, царь Мин (Менес) около 3000 лет до н. э. пост­ роил на Ниле плотину высотой 15 м и отвел реку в канал.

Работы по осушению земель начали проводить довольно давно. В России они впервые были осуществлены в начале ХУНI века в окрес­ тностях Петербурга. Выполнялись они главным образом для улучше­ ния вида посещаемых населением мест. Осушение лесных земель было впервые предпринято в России в 30-40-х годах XIX века. Наиболее

значительные осушительные работы были выполнены в Лисинской лесной даче Лисинскоro учебного лесничества Петербургского лесно­

го института. В частности, в l841-l843 годах здесь было осушено бо­ лото Суланда, где в настоящее время произрастает сосново-еловый древостой 1-11 класса бонитета. В l846 году воспитанник Петербург­

ского лесного института И. r. Войнюков для 1 отделения Лисинской дачи (Хейновское болото) составил первый в мире прое",. осушения

лесных земель на основе нивелировки местности, химических иссле­

дований почв, оценки состояния древостоя и прогноза ожидаемого

эффекта осушения. Сопоставляя этот проект с прое",.ами наших дней, можно увидеть в нем прообраз современного проекгирования. На вы­ ставке в Париже прое",. Войнюкова получил Золотую меда.J1Ь. На осу­ шенном по этому проекту Хейновском болоте в настоящее время про­ израстают хвойные древостои 1-111 класса бонитета.

Наибольшее развитие работы по осушению заболоченных зе­

меЛl~ получили в XIX веке, в 1873-l894 годах. В этот период рабо­

тали две экспедиции по осушению болот - Западная под руковод­

ством генерала И. И. Жилинского И Северная, возглавляемая вице­ инспектором Корпуса лесничих И. К. Августиновичем. Западная

экспедиция выполняла проектирование и строительство осушитель­

ных систем в ПолеСL,е, в Рязанской, Владимирской, Московской И

Тверской губерниях. Северная проводила осушение в Олонецкой,

5

Петербургской, Новгородской , Псковской гуоеРI-IИ}IХ и Гlрибалти­

ке. Часть спроектированных И построеНIII,IХ ОСУШИТСЛЫIЫХ систеi\1

сохранилась И действует до настоящего времени. В цеЛОi\'1 осуше­ ние земель продвигалось медленно. До середины ХХ века в лес­ ном фонде России было осушено около 300 тыс. I'а зеl\lель.

Наиболее интенсивно осушительны e работы стали развиваться

в конце 50 - начале 60-х годов ХХ века, а особенно после обрс130ва­ ния в 1965-1969 годах лесных машинно-мелиоративных станций

(ЛММС). В настоящее время площадь осушенных земель в лесном

фонде России составляет около 4 млн. га, общая же площадь забо­

лоченных земель и болот - около 250 млн. га.

Развитие гидромелиоративных работ основывалось на научных исследованиях, Наиболее существенный вклад в ГИДРОi\lелиоратив­

ную науку внес академик Александр Давыдович Дубах. Первые его

работы опубликованы еще в 1908 году За 40 лет научной и педагоги­ ческой деятельности им сделано очень много. Почти на полвека orle-

редив последователей, Дубах заложил основы большинства совре­

менных исследований по ГИДРОl\rелиорации. В 1914 году он BeJ~eT

изучение норм стока и предлагает расчеты осушительных каналов.

В 1922 году изучает проблему регулирования водного режима зе­ мель Полесья. В 1929 году публикует исследования стока по ма­ лым рекам и выполняет работы по выявлению влияния осушения

на водный режим рек. В 1936 году Дубах определяет новое направ­

ление изучения эффективности осушения, публикует работу "Вли­

яние осушения на прирост древесины", занимается изучением ди­

намики грунтовых вод в лесу и определяет первые придержки по

нормам осушения. В 1938 году ведет разработку проблемы водоре­

гулирующей роли леса и размещения лесов в бассейнах рек. В 1944

году по результатам многолетних исследований Дубах издает кни­

гу «Гидрология болот», не утратившую своего значения и сегодня .

Дубах является основателем учебного курса «Гидротехнические ме­

лиорации». В 1931 году он готовит учебное пособие по этому курсу

•

для студентов сел~скохозяйственных и лесных вузов. В 1934 п)ду

им издан первый учебник для студентов В)'''З0В «Гидротехнические

мелиорации JleCHblX зеi\lель», переизданный в 1944 году

Большие работы по теории и практике гидромелиорации выпол­ нены академиком Л. Н . Костяковым. Его многолетние исследова­ ния позволили ПОДГОТОВIЛЪ учебник «Основы J\lелиораций», выдер-

6

~" r

жавшии шесть издании, последнее из которых оыло осуществлено

в 1960 голу. Многие положения в гидромелиоративной науке, при­

веденные в этой книге, не утратили своего значения и в наСТОЯIJ~ее

время.

Неоценим вклад в ГИДРОi\'lелиоративную науку, практику и под­ готовку кадров профессора Харитона Алексеевича Гlисарькова, проработавшего в Ленинградской лесотехнической акадеl\!ИИ око­

ло 45 лет. Писарьковым i\'IHOrO сделано в области теории действия

осушительных систем, выделены виды водного питания осуши­

тельных каналов, предложены формулы для расчета каналов и рас­ стояний между осушителями, для определения коэффициентов

фильтрации и др. На основе многолетних исследований в лесных насаждениях Лисино установлены нормы осушения для основных

лесообразующих пород в зависимости от возраста древостоя и ха­

рактера почв. Совершенствовался и учебный курс. Х. А. Писарько­

вым совместно с А. Ф. Тимофеевым в 1957 году был издан учебник по курсу гидромелиорации, переизданный в 1964 и 1968 годах. С

ПРИХОдОI\'! Писарькова на преподавательскую работу в Лесотехни­

ческую академию началось регулярное издание методической ли­

тературы для студентов высших учебных заведений. Ученики Пи­

сарькова развили идеи учителя, возглавив крупные научные кол­

лективы.

Наиболее часто осушаеl\lЫМИ объектами являются болота. Стра­

тиграфия болот и строение почвенного профиля отличаются от строения профиля минеральных земель. Своеобразна и их гидро­

логия. Последняя в значительной степени разработана професса­ рами К. Е. Ивановым и В.Д. Лопатиным. Ими выделено наличие

двух различных горизонтов в строении торфяной залежи - деятель­

ного и инертного, в значитеЛbl-ЮЙ степени определяющих сток с

~ ~

оолот, величину понижения грунтовых вод и ооеспечение HOPI\! осу-

шения.

Развитие гидромелиорации основывалось на исследоваllИЯХ ре­

зультатов осушения . Первые такие работы выполнены в Лисинс­

КОi\'lлесничестве леСНИЧИi\\ д. М. Кравчинским. Его выводы, полу­ ченные на основе изучения результатов осушения и опубликован­

ные в 1908-1912 годах, Гlослуж:или основой для ДШII)I-Iейших иссле­

дований Х. А. ПисаРhкова и П. И. Давыдова, выполненных на Постоянных пробных 1'lJlOщадях в Лисина, и М. П. EJlnaTbeBCKoro-

7

.1

вЛенНИИЛХ. Вообще работы НИИ лесного хозяйства (ныне СПБНИИЛХ) - определенная эпоха в гидромелиоративных иссле­ дованиях. Существенна роль в этом профессора В. К. Константи­ нова. Значителен вклад в гидромелиорацию института «СОlOзгип­ ролесхоз» и, в частности, профессора Е. Д. Сабо. Его исследования

вразличных зонах России позволили уточнить оценку эффектив­ ности осушения. Сабо является пионером внедрения вычислитель­

ных машин в проектирование осушительных систем.

С течением времени исследования результатов осушения с эпи­ зодических 2-З-летних перешли в стадию стационарных. Прекрас­

ные стационары созданы учеником Х.А. Писарькова С. э. Вомпер­ ским - директором Института лесоведения РАН (Западно-Двинс­

кий стационар).

Стационарные исследования проводятся с 1961 года и кафедрой

почвоведения и гидромелиорации C.-ПетербургскоЙ лесотехничес­

кой академии под руководством проф. Б. В. Бабикова. Сотрудника­ ми кафедры создано в Ленинградской области три стационара: Уша­

кинский и Тосненский (см. форзац) в лесхозе Лисинского лесного колледжа и Малиновский в Лисинском учебно-опытном лесхозе.

В настоящее время гидромелиорация является важным направ­

лением в лесной отрасли, обеспечивающим повышение продуктив­ ности лесов и стабилизацию их состояния. Не обойтись без гидро­

мелиорации и в садово-парковом строительстве, и в ландшафтном

хозяйстве.

•

Раздел 1

ГИДРОЛОГИЯ, ГИДРОМЕТРИЯ, ГИДРАВЛИКА

Глава 1

ГИДРОЛОГИЯ СУШИ

r и д р о л о г и я - наука, изучающая гидросферу, ее свойства,

протекающие в ней процессы и явления во взаимосвязи с атмосфе­

рой, литосферой и биосферой. Гидрология занимается изучением

природных вод, их распространениеl\'l по зеi\'IНОЙ поверхности и в толще почвогрунтов, выявлением процессов, явлений и закономер­

ностей, по которым эти процессы и явления развиваются. Раздел

гидрологии, где рассматриваются закономерности распространения

поверхностных вод, процессы и явления, протекающие в них, на­

зывается гидрологией суши.

r и д р о м е т р и я - раздел гидрологии рассматривающий

методы измерений гидрологического ре:ж:има водных объеh."ТОВ.

1.1. Водные ресурсы земли и IIХ фОРМllроваНllе

Общий объем воды на земном шаре составляет около 1338 млн. км3 .

Основной ее запас (96,5 о/о) находится в Мировом океане. В :жиз­

ни человека наибольшую ценность представляют пресные воды .

Ледники и постоянный снежный покров содержат 24,1 млн. км3

пресной воды, Т.е. около 69 % общих ее запасов. Свыше 50 o/t)

(10,5 млн.км3) пресной воды сосредоточено в почвогрунтах (под­ земные воды). Пресные озера России содержат около 28 тыс. км-' воды, из них 25 тыс. км3 в озере Байкал. Вода в болотах составляет около 12 тыс. км3 , или 0,03% запаса пресных вод. Годовой сток рек

нашей страны составляет 4720 км3 в год. В руслах рек России еди­ новременно находится около 500 KI\" 3 воды.

:Круговорот воды в природе. Вода в природе под влияние!\1

солнечной радиации, вызывающей испарение, и силы земного

9