5 Работы по обустройству объектов гидрографической сети

Состояние малых рек (до 100км) имеет очень большое значение в регулировании водного режима ландшафтов и оказывает большое влияние на состояние средних и крупных рек. В России свыше 2,5 миллиона малых рек, которые формируют около половины суммарного речного стока. В их бассейне проживает примерно 44% городского и почти 90% сельского населения страны. В то же время малые реки очень уязвимы в отношении влияния хозяйственной деятельности человека, у них пониженная способность к самоочищению. В настоящее время их состояние в нашей стране является серьезной экологической проблемой. Снижается водность таких рек, заиливаются русла, происходит заболачивание и зарастание, т.е. наступает деградация, и малые реки исчезают.

Мероприятия по сохранению и самовосстановлению малых рек в условиях сельской местности, как и большинство рассмотренных выше природоохранных мероприятий, можно разбить на два направления:

• организационно-хозяйственные мероприятия, предполагающие в основном различные ограничения, запреты, систему жесткого экологического надзора за деятельностью предприятий;

• инженерные (коренные) мероприятия, включающие возведение инженерных сооружений и агролесомелиоративные мероприятия.

Четкую границу между этими направлениями установить нельзя, ибо в данном случае они тесно переплетаются. К организационно-хозяйственным мероприятиям относится в основном жесткий надзор за сбросом сточных вод, особенно свиноводческих ферм, создание водоохранных зон шириной 100…500м со специальным режимом хозяйствования (запрет распашки склонов по берегу, запреты выпаса скота, строительства животноводческих комплексов, применения ядохимикатов и проч.);

К инженерным (коренным) мероприятиям следует относить всевозможные строительные мероприятия – расчистку, расширение и углубление русел рек, спрямление русел, выправительные работы, берегоукрепительные мероприятия и т.д. К ним следует отнести и всевозможные агролесомелиоративные мероприятия: создание лесополос 15…100м в водоохранных зонах, посадку на берегах рек древесно-кустарниковой растительности, многолетних трав, одерновку и проч. Все эти работы выполняются по соответствующему проекту, прошедшему экологическую экспертизу.

Расчистка, расширение и углубление русла являются основными средствами повышения пропускной способности малых рек в неустойчивых грунтах при малом количестве излучин. Расчистка от деревьев, кустарника, топляка выполняется механическим, реже взрывным способом (в горных реках). При механическом способе применяют механические пилы, корчеватели-собиратели, кусторезы, различные приспособления на тракторах и экскаваторах. Более подробно расчистка рек от топляка рассматривается в конце настоящей главы (при рассмотрении расчистки естественных и искусственных водоемов).

Расширение и углубление русла может выполняться экскаваторами-драглайнами, плавучими грейферами, земснарядами или землечерпалками. Выбор необходимого оборудования зависит от размеров поперечного сечения реки, степени ее засоренности топляками, пнями, камнями и основывается на технико-экономическом сравнении возможных вариантов выполнения работ. Для выполнения работ исполнитель должен составить ППР (проект производства работ).

Перед началом работ проводятся разбивочные работы с установкой створных знаков (обозначаются базис, границы черпания выемки и проч.). При глубине до 3м створные знаки обычно устанавливаются на дно, при бόльших глубинах их делают плавучими с освещением в ночное время.

При работе на средних и крупных реках обычно приходится обозначать вехами и светящимися буями места подводных свалок, карьеров и складов грунта, устраивать навигационное ограждение судового хода для движения грунтоотвозных и вспомогательных судов и т.д. Производство работ на эксплуатируемых водных путях допускается только после обследования акваторий, где намечены работа дноуглубительного снаряда, перемещение судов технического флота и подводные отвалы грунта. Выявленные препятствия, мешающие работе, либо устраняются, либо по согласованию с организацией, эксплуатирующей акваторию, обходятся.

При расширении и углублении русла на малых реках чаще всего используются экскаваторы-драглайны. Если ширина русла (поверху) менее радиуса резания экскаватора, работы обычно ведутся этим экскаватором с одной проходки. Проходка располагается вдоль берега, т.е. на суше, в направлении против течения реки, выгрузка грунта производится в кавальер. В этих случаях нижележащие участки русла обычно заиливаются строительными наносами, в связи с чем требуется дополнительная подчистка. Такую подчистку русла выполняют после его расширения и углубления. Работы ведут с противоположного берега, свободного от кавальера, проходкой по направлению течения реки.

Если ширина русла больше радиуса резания экскаватора, работы по расширению и углублению русла обычно ведутся двумя способами:

• одним или двумя экскаваторами-драглайнами (на обоих берегах) в две проходки с боковой разработкой;

• путем совместного использования земснаряда (по середине русла) и экскаваторов-драглайнов (по берегам).

На рисунке 30 приведена технологическая схема расширения и углубления русла двумя экскаваторами-драглайнами. Первая проходка делается против течения, вторая – по течению. Интервал между первой и второй проходками обычно принимается до 40 дней.

Второй способ применяется для более широких рек. При нем также первая проходка делается в направлении против течения, вторая – по течению, земснаряд движется только по течению.

Рисунок 30 Технологическая схема расширения и углубления русла при использовании двух экскаваторов-драглайнов:

а – проектный профиль, б – первая проходка (против течения), в – вторая проходка (по течению); 1 – русло до расширения и углубления, 2 – проектный контур русла, 3 – дамбы обвалования, 4 – валик из сухого грунта, 5 – отвал грунта первой проходки, 6 – то же после перекидки экскаватором, 7 – отвал грунта второй проходки, 8, 9, 10 – оси проходок соответственно первой, второй и при перекидке грунта, 11 – грунт извлекаемый при первой проходке, 12 – то же при второй проходке

При использовании плавучих грейферов порядок действий примерно такой же, как и при землесосных снарядах.

Спрямление русла осуществляется путем устройства прокопов между извилинами реки, после чего старое русло засыпают грунтом, вынутым из прокопов, а иногда оставляют, превращая в старицы. На рисунке 31 первоначальная трасса русла ABCDEFGKM после спрямления принимает очертание ABDEGM,

Рисунок 31 Трасса прокопов

а участки BCD, EFG, GKM засыпаются грунтом (полностью или частично), извлеченным из прокопов BD, EG, GM. Такой способ регулирования наиболее целесообразен для малых рек, имеющих большое число излучин (меандров), особенно, когда такие реки протекают в прочных грунтах. Описанное выше расширение и углубление русла таких рек может оказываться недостаточным для необходимого повышения их пропускной способности, а само производство дноуглубительных работ осложняется необходимостью подводной разработки большого объема прочных грунтов.

Прокопы откапывают экскаваторами, бульдозерами, скреперами, иногда используются взрывы. При площади поперечного сечения прокопа до 6м² грунт обычно разрабатывают экскаватором с обратной лопатой с ковшом вместимостью 0,35…0,65 м³ в одну проходку (как правило, лобовую). При сечении до 20м² прокопы обычно делают таким же способом, но применяют драглайн вместимостью 0,35…1,0м³. Во всех случаях проходка выполняется в направлении против намечаемого течения реки в прокопе. Прокопы площадью 17…27м² можно выполнять такими же экскаваторами, но в две проходки. Обе проходки выполняются в направлении против течения. Между проходками делается интервал во времени до 40 дней. За такое время откосы прокопа обычно становятся устойчивее, так как уровень подземных вод понижается вследствие проводимой откачки воды из прокопа.

При бόльших площадях сечения прокопа (более 27м²) работа выполняется в три и более проходки в два или три этапа. Технологическая схема устройства таких прокопов представлена на рисунке 32.

На первом этапе по оси трассы выполняют первую проходку – пионерную траншею. Ее трасса проходит по оси прокопа, разработка ведется на проектную или меньшую глубину, направление движения экскаватора – против течения. На рисунке 32 она показана как «проходка 1».

На втором этапе пионерную траншею расширяют и (при необходимости) углубляют до проектных размеров прокопа. Для этого через 40…60 дней после откопки пионерной траншеи выполняется поперечные проходки, параллельные пионерной траншее, располагаемые справа и слева от нее (на рисунке 32 они показаны как «проходка 2»). Разработка их ведется также в направлении против течения. Затем делаются проходки, дополнительно расширяющие прокоп в каждую строну от оси прокопа (на рисунке 32 они показаны как «проходка 3»). Эти проходки допустимо вести и по течению воды в прокопе с устройством перемычек и откачкой воды. Возможно проведение работ и без откачки воды.

При необходимости, т.е. при очень широких прокопах, такими же способами производятся дополнительные проходки (на рисунке 32 отсутствуют).

На третьем этапе производится (при необходимости) расчистка наносов и углубление прокопа до проектных отметок, если заиленное дно им не соответствуют. Для этого используются земснаряды, движущиеся в направлении вниз по течению.

Первый этап следует по возможности выполнять в осенне-зимний период, до наступления весеннего паводка, используя повышенную прочность мерзлого грунта.

Пойменные отложения во многих случаях представляют слабые водонасыщенные грунты, не выдерживающие давлений, возникающих под гусеницами или колесами экскаватора. В этих случаях под ходовую часть экскаватора приходится подкладывать специальный настил – слани. Это старый, надежный способ работы на заболоченных территориях, однако, при нем довольно много времени затрачивается на перестановку сланей, на установку экскаватора в рабочее положение. Это, естественно, снижает производительность экскаватора. При работе в холодное время года возникают свои проблемы, но необходимость в сланях отпадает полностью.

Кавальеры рекомендуется разравнивать до промерзания в них грунта. При этом их нельзя оставлять на зиму на трассе прокопа, так как грунт под ними оттаивает обычно на 1,5…2 месяца позже, чем под открытой поверхностью.

Выправительные работы являются средством борьбы с искривлениями русла, с местными размывами берегов и дна путем устройства в русле специальных сооружений, уменьшающих размывающую силу водного потока. Такие сооружения отклоняют струи от зоны размыва, уменьшают глубину потока и сохраняют от разрушения берега, сложенные неустойчивыми грунтами, предупреждают отложения нежелательных наносов. К сооружениям такого типа относятся струенаправляющие дамбы, полузапруды (шпоры) и другие простейшие сооружения, возводимые в русле.

Струенаправляющие дамбы являются продольными русловыми сооружениями, возводимыми параллельно берегу, полузапруды – поперечные сооружения, возводимые перпендикулярно берегу или под небольшим наклоном (менее 30⁰ от нормали). Гребень таких сооружений всегда располагается выше расчетного уровня воды. Чаще всего струенаправляющие дамбы соединяются с берегом одним своим концом (верховым по течению). На рисунке 33 представлены схемы, поясняющие действие таких струенаправляющих сооружений.

Рисунок 33 Схемы защиты берега:

а – струенаправляющей дамбой, б – полузапрудами; 1 – стрежень (наиболее глубокая и быстрая часть потока) до регулирования, 2 – то же после регулирования

Струенаправляющая дамба, показанная на рисунке 33а, соединяется с берегом и имеет плавное криволинейное очертание. Ее конец А («корень») заделывается в берег на 3…4м, другой – В («голова» или «оголовок») свободно заканчивается в реке. Благодаря такому расположению дамбы направление струй меняется, а между дамбой и берегом образуются водовороты, поглощающие значительную часть энергии потока. Вследствие этого скорость течения воды у берега уменьшается, и соответственно уменьшается размыв этого берега. Для обеспечения прочности дамбы (в период паводков) иногда устраивается траверса СD в виде вала из того же материала.

«Корни» полузапруд (33б) заделываются в берег примерно также как и у струенаправляющих дамб. Поток, сжатый полузапрудой, отклоняется от берега и затем снова приближается к нему в точке D. В зоне АВD образуются водовороты уменьшающие энергию потока и увлекающие часть донных наносов, в результате чего размыв на участке ВD прекращается. Размеры полузапруд выбираются в процессе проектирования в зависимости от конкретных условий (конфигурации русла, его ширины, крутизны подводных откосов, скорости течения и т.д.). Производятся соответствующие расчеты. При этом очень большое значение имеют наблюдения над ранее построенными сооружениями в аналогичных условиях. Для малых рек чаще всего длины полузапруд составляют 10…30% ширины реки, а расстояния между ними принимается равным четырех-пятикратной длине.

Материалом описанных сооружений могут служить готовые бетонные блоки, плиты, грунтовые материалы, фашины, карабуры, сипаи, габионы и проч. Простейшие изделия из местных материалов, изготавливаемые при выправительных работах, показаны на рисунке 34.

Фашины представляют хворостяные цилиндрические оболочки, заполненные внутри камнем для увеличения веса. Их делают из имеющихся поблизости хвороста, камней и соломы. Легкие фашины (рисунок 34а) обычно имеют длину 2,5…3м и диаметр 0,3…0,4м и изготовляются на козлах (34 б). Тяжелые фашины обычно имеют длину 4…10м, диаметр 0,6…1,2м. Их вяжут на станках в виде деревянных лотков (34в) с укладкой гибкого хвороста (ива, тополь, чернотал и др.) комлями в одну или две стороны.

Карабуры (34г) изготовляют непосредственно у мест их погружения в воду. На проволоку укладывают слой хвороста, затем слой соломы и гальки (камней размером более 1…10см.). Все это сворачивают в виде единого рулета и перевязывают в нескольких местах проволокой. В качестве исходного материала для карабур можно использовать также камыш, дерн, грунт и т.д.

Сипаи (рисунок 34е) изготовляют из бревен вблизи мест их установки. Сипаи передвигают в собранном виде с помощью троса, трактора или лебедки. Их устанавливают в русле в ряд и скрепляют понизу бревнами. После этого сами сипаи и пространство между ними заполняется чередующимися слоями хвороста, соломы и камней. Под таким грузом ноги сипая погружаются в грунт на глубину около 1м, так что кладка из камней, хвороста и соломы опускается до уровня дна русла (рисунок 34д).

Габионы – это проволочные ящики, заполняемые камнями (рисунок 34ж, з). Из них делаются дамбы, полузапруды, конструкции крепления берегов и проч. Габионные ящики устанавливают рядами, скрепляют между собой проволокой и заполняют камнем. Габионы имеют форму параллелепипеда ши-

Рисунок 34 Изделия, используемые при выпрямительных и берегоукрепительных работах:

а – легкая и тяжелая фашины, б – вязка фашин на козлах, в – то же в деревянных станках, г – вязка карабуры, д – каменно-хворостяная кладка, е – сипаи, ж – габионный ящик, з –габионная дамба; 1 –вязальная проволока, 2 – козлы, 3 – сжим, 4 – хворост, 5 – камень, 6 – станок, 7 – солома, 8 – кол, 9 – карабуры, 10 – сипаи.

риной 1…1, 5м, длиной 3…5м, высотой 1м. Они чаще всего выполняются из металлической сетки двойного кручения с шестигранными ячейками. Используются также габионные тюфяки высотой 0,4м.

Кроме описанных изделий, иногда применяются и другие, например, хворостяные канаты (аналогичные фашинам, но без камней); хворостяные тюфяки – большие в плане изделия из хворостяных канатов и хвороста площадью порядка 200м² толщиной 0,35…0,5м; хворостяные маты – «покрывала» из хвороста и проволоки шириной порядка 3м неограниченной длины и т.д. Последнее время приобретают популярность так называемые «матрацы Рено» – устройства из металлической сетки, сходные с габионами, но имеющими значительно меньшую высоту 0,17м, что обеспечивает им гибкость и удобство использования для покрытия больших криволинейных поверхностей откосов и склонов. Металлическая сетка обычно вяжется из оцинкованной стальной проволоки. Как и габионы «матрацы Рено» заполняются камнями. Типовые размеры таких «матрацев» 6×2×0,17м.

Технология устройства выправительных сооружений зависит от их конструкции и используемых материалов.

Наиболее дешевыми являются сооружения из грунта. Они могут быть чисто грунтовыми или содержать другие материалы – звенья из деревьев, хвороста, фашин и т.д., каменную наброску или тюфяки на откосах и гребне и т.д. Струенаправляющие дамбы возводят сверху вниз по течению, т.е. дамбы, соединяющиеся с берегом, строят от корня к голове. Полузапруды также возводят от корня к голове. Выправительные сооружения на малых реках обычно возводят путем отсыпки. На средних и крупных реках чаще применяют намыв или комбинированный метод, когда подводная часть намывается, а надводная отсыпается. Отсыпка грунта может проводиться самосвалами, которые загружаются экскаватором в береговых карьерах. Возможно перемещение грунта бульдозерами из береговых карьеров или из резервов грунта, заготовленных на берегу. Используются также плавучие грейферы, которые отсыпают грунт либо непосредственно в тело сооружения, либо в шаланды, доставляющие грунт к месту укладки. Для уменьшения уноса грунта и придания откосам большей крутизны в основание сооружения и с его боков в ряде случаев (особенно при намыве) укладывают тяжелые фашины или устанавливают «ветвистые завесы» из пучков хвороста. Звенья таких завес принимают от 100 до 300 штук на 1000м³ укладываемого грунта. Густота завес должна возрастать по мере приближения к берегу.

При возведении выправительных сооружений из каменной наброски отсыпку камня обычно производят сразу на полную высоту (в направлении от корня к голове). В основание каменной отсыпки часто укладывают расстилочные хворостяные тюфяки.

При устройстве выправительных сооружений из габионов, карабуров, из каменно-хворостяной кладки обычно используются стреловые самоходные, реже плавучие краны. Сипаи, как уже отмечалось, перемещают тракторами или лебедками.

При использовании сборных бетонных (железобетонных) блоков или плит работы производятся с использованием стреловых монтажных кранов. Укладка бетонных элементов, как и во всех предшествующих случаях, ведется в направлении от корня к голове.

Берегоукрепительные работы имеют целью повысить прочность берегов, т.е. сопротивляемость их размыву, действию льда и проч. Эта цель достигается путем покрытия берегового склона неразмываемыми (трудноразмываемыми) одеждами – бетоном, камнем, фашинами, дерном и т.д.

Укрепление берегов бетонными и железобетонными плитами (рисунок 35) производится обычно на средних и крупных реках при значительных скоростях течения воды или большой высоте волны. Чаще всего такие плиты применяют для надводной части берегового откоса, подводная же часть укрепляется каменной наброской, фашинами или тюфяками. На уровне сопряжения подводного и надводного откосов отсыпают каменную упорную призму или делают бетонный зуб, предупреждающий сползание надводного крепления.

Рисунок 35 Укрепление берегов железобетонными плитами:

а –схема укрепления берега, б – укладка плит стреловым гусеничным краном; 1 – железобетонные плиты, 2 – подстилающий слой гравия или щебня, 3 – упорная призма из каменной наброски, 4 – хворостяной тюфяк

Укладке готовых плит или бетонированию их предшествуют работы по срезке и планировке берегового откоса, по устройству обратного фильтра. Срезку грунта при крутых откосах выполняют драглайнами, а при крутизне менее 1:3 – бульдозерами. Планировку откосов производят бульдозерами или откосными планировщиками.

Песок, гравий обратного фильтра подают грейферами, бульдозерами, транспортерами. Укладка плит обычно производится рядами снизу вверх, друг с другом плиты соединяются специальными хомутами.

Бетонирование монолитных плит производится послойно. Сначала делается бетонная подготовка толщиной 2…4см по слою гравия или щебня. Затем укладывается арматурная сетка и производится бетонирование примерно на 2/3 толщины плиты. Далее укладывается верхняя арматурная сетка и выполняется добетонирование на полную высоту. Для образования стыков между плитами по контуру каждой плиты устанавливают доски, пропитанные антисептиком, которые служат одновременно опалубкой. Для бетонирования обычно используются жесткие бетонные смеси. Подачу бетона чаще всего осуществляют в бадьях стреловым краном.

П рименение каменной наброски или каменного мощения (рисунок 36) представляет обычно более дешевый (по сравнению с бетонными плитами) способ укрепления берегов, применяемый в основном при отсутствии рекреационного использования прибрежной территории.

Наброска камня делается либо непосредственно на грунт, как показано на рисунке 36а, либо на предварительно уложенный тюфяк, защищающий крепление от подмыва. Крутизна каменного откоса не должна быть больше 1:1. При недостатке крупного камня внутренняя часть возводимой конструкции отсыпается из гравия или щебня под защитой постепенно возводимых (отсыпаемых) наружных каменных призм, как это показано на рисунке 36б. Внутренняя часть может отсыпаться и из песка.

В ряде случаев отсыпаемый мелкий грунт прикрывается тяжелыми фашинами для лучшей защиты от вымывания его водой, как это показано на рисунке 36г. Наружный слой каменной наброски обычно разравнивается бульдозером с частичным применением ручного труда или выполняется путем мощения по песчаному или гравийному (щебеночному) основанию.

М ощение целесообразно при многократных ежегодных колебаниях уровня воды и воздействии льда на откосы. Подготовка основания из песка, гравия или щебня, устраиваемая перед мощением, должна иметь толщину не менее 15…25см. Для мощения используются камни из прочных пород (гранита, базальты, диабаза и р.д.) размером чаще всего 0,3…0,4м. Такие камни обычно укладывают вручную, тычком с тщательной расщебенкой и уплотнением. Если работы ведутся до заполнения водоема водой, или имеется возможность временного освобождения откоса от воды, мощением укрепляют и подводную часть берегового откоса (рисунок 36 в, г). При отсутствии такой возможности подводная часть может закрепляться каменной наброской, фашинами или ограждением из коротких свай, забиваемых в дно реки (водохранилища) на 1,5…2м.

Применение габионов (рисунок 37) позволяет делать береговые откосы более крутыми, чем это возможно при каменной наброске, придавать берегам более рациональную конфигурацию. При этом камень расходуется экономичней, чем при обычной наброске. Применение габионов наиболее эффективно при скоростях течения воды 1,5...3м, при отсутствии рекреационного использования прибрежной территории.

К месту строительства габионы доставляются в виде плоских пакетов – разверток, которые формируются, т.е. приводятся в «рабочую» форму (параллелепипеды) непосредственно у места установки. Собранный пустой габион переносится краном или вручную на место установки, привязывается проволокой к уже установленному габиону. Для заполнения габионов камнем используется одноковшовые экскаваторы, одноковшовые погрузчики, иногда бадьи, перемещаемые краном, в отдельных случаях заполнение производится вручную.

В условиях небольших поселков, располагающихся вблизи малых рек, зачастую экономически нецелесообразно использование мощной строительной техники, тяжелых индустриальных конструкций при укреплении берегов. Применение подручных средств и местных материалов даже при доминировании ручного труда во многих случаях является вполне приемлемым средством решения возникающих задач. В этих ситуациях обычно используются плетневые заборы, хворост, мешки с землей, камни, изготовляются упомянутые выше фашины, карабуры и т.д. На рисунке 38 представлены некоторые простейшие способы крепления берегов в таких условиях.

Выше меженного уровня воды в реке, т.е. в зоне, которая затопляется только в паводки, простейшим креплением может быть посев трав. На песчаных берегах предварительно отсыпается слой почвы 12…15см. Сорта трав подбираются по местным климатическим и почвенным условиям. Более прочным является покрытие берегового откоса дерном. Дернины имеют размеры примерно 25×40см или делаются в виде лент размерами от 25×250см до 25×300см. Крепление к откосу делается колышками длиной 25…30см (4 колышка по каждому углу дернины) или металлическими сетками.

Различают одерновку сплошную и «в клетку». При сплошной одерновке откос полностью (без промежутков) покрывается дерном. Допустимые скорости воды при такой одерновке составляют 0,5…0,6м/с. Если одерновка дополняется посадкой черенков ивы, лозы, то допустимая скорость возрастает до 1…1,25м/с.

При одерновке «в клетку» дерн укладывают лентами под углом 45⁰ к бровке откоса, с промежутками между осями лент 1…1,5м. Перпендикулярно к этим лентам образуют другую систему лент (пересекающуюся с первой), так что размер клеток в плане получается от 1×1м до 1×1,5м. Внутренние, не покрытые дерном части клеток засевают травами, для чего перед засевом в них посыпается растительный грунт, если в этом возникает необходимость.

Вместо упомянутой выше посадки черенков можно применять хворостяную выстилку из ивы или лозы, т.е. слой хвороста, закрепляемый на береговом откосе кольями и канатами. Такая выстилка тоже прорастает и образует достаточно надежное крепление откоса. Применяются также вертикальные плетни, устанавливаемые параллельными или пересекающимися рядами, которые тоже прорастают. Промежутки между такими плетнями заполняются на 0,2…0,4м камнем, который укладывается на слой (8…10см) мха, соломы, торфа, хвороста, гравия и проч. Естественно, что все виды растительных креплений применяются там, где имеются необходимые материалы.

Лесная мелиорация (защитное лесоразведение) является важнейшим средством защиты рек, особенно малых. Система защитных лесных насаждений в долинах рек снижает опасность эрозионных процессов, укрепляет берега, улучшает микроклимат в приречных ландшафтах и выполняет множество других полезных функций. Эта сфера деятельности, тесно связанная с природообустройством, в настоящее время имеет достаточно развитую научную базу и опирается на значительный практический опыт восстановления и защиты рек, озер, водохранилищ. Размещение лесных насаждений, технология их выращивания подчиняется определенным правилам, имеющим свою специфику в каждом природном регионе. Работы такого типа производятся специализированными лесоводческими организациями, как правило, структурно не связанными со строительно-монтажными организациями и обычно работающими на правах субподряда.

На рисунке 39 представлена типичная схема лесных насаждений в пойме реки.

Рисунок 39 Типичная схема защитных лесных насаждений в пойме реки:

1 – прирусловые лесные полосы, 2 – поперечные пойменные полосы; 3 – посадки на песчаных отложениях, 4 – насаждения на конусах выносов овражно-балочных систем, 5 – насаждения вокруг стариц, озер, болот, 6 – насаждения на заболоченных участках, 7 – приречные полосы в прибровочной части долины и береговые насаждения на коренных берегах

Прирусловые лесные полосы (поз.1 на рисунке 39) располагаются непосредственно вдоль русла реки и ее рукавов. Они укрепляют берега, защищая их от размыва, а русло от заиления, предупреждают загрязнение и улучшают санитарное состояние речных вод. Их ширина определяется величиной реки и формой берега. Для самых малых рек длиной до 25км она составляет 10…15м (при вогнутом береге 15м, при выпуклом и прямолинейном – 10м); при длине 50…100км – примерно 20…30м. Для средних рек 200…500км она обычно принимается равной 30…100м (при вогнутом береге 100м, при выпуклом 50м, при прямолинейном 30м). В ряде случаев (примыкание периодически распахиваемых земель, наличие в пойме понижений и ложбин и т.д.) ширина прирусловых полос может увеличиваться до 30…50м.

Для посадки используются влаголюбивые породы: ивы, тополя, ольха черная, ясень зеленый и др. На плодородных и дренированных почвах рекомендуется использовать дуб черешчатый и красный, ясень обыкновенный, которые способны выдерживать проточное затопление до 30 дней.

По своей конструкции прирусловые полосы проектируются в виде двух поясов – кустарникового (наиболее близкого к руслу) и древесно-кустарникового. Для создания кустарникового пояса рекомендуется в первую очередь использовать различные породы кустарниковых ив. В древесно-кустарниковом поясе целесообразны боярышник, бузина, облепиха, смородина, шиповник, жимолость, клен, калина и др. Для защиты полос от потравы скотом высаживаются колючие кустарники (лох, терн, шиповник и др.).

Ивы высаживаются черенками кольями, или саженцами. Все остальные породы высаживаются в основном сеянцами или саженцами. Тополя рекомендуется высаживать сеянцами или предварительно укоренившимися черенками, дубы – сеянцами или наклюнувшимися желудями. В кустарниковых поясах густота посадки принимается большей, чем в древесно-кустарниковых, особенно когда откосы сложены легко размываемыми грунтами.

Посадки производятся в соответствии со специальными правилами, поэтому к таким работам всегда должны привлекаться профессионалы-лесоводы.

Поперечные полосы (поз.2 на рисунке 39) обычно создаются на безлесных участках пойм. Расстояния между ними принимаются равными на луговых участках 200…300м, на распахиваемых 400…500м, ширина – порядка 15м. Для них чаще всего используются быстрорастущие породы – тополя, ольха черная, во многих случаях береза, но могут высаживаться и дубы, ясени. Из кустарников рекомендуются ивы, шиповник, калина, бузина и др.

На песчаных отложениях (поз.3 на рисунке 39) высаживаются примерно те же породы деревьев и кустарника, что и в прирусловых и поперечных полосах. На возвышенных участках могут использоваться сосны или березы.

Насаждения на конусах выносов овражно-балочных систем (поз.4 на рисунке 39) выполняются для закрепления наносов и накопления твердого стока. Эти части поймы подлежат сплошному облесению. Периферийная часть конуса шириной до 20м засаживается только кустарником, остальная – древесно-кустарниковой растительностью.

Насаждения вокруг стариц, озер (поз.5 на рисунке 39) создаются с целью защиты таких водоемов от заиления, излишнего испарения, а также для защиты от повреждения льдом и от заносов песком или растительными остатками участков пойм, лежащих ниже по течению. Эти насаждения сходны с прирусловыми, в них используются примерно такие же породы древесно-кустарниковой растительности (ивы, боярышник, облепиха, смородина, шиповник, клен, калина и др.).

На заболоченных участках (поз. 6 на рисунке 39) насаждения делаются для ослабления процессов заболачивания, улучшения микроклимата и рационального использования пойменных земель. В них используются преимущественно древесные породы (тополь, ольха, ветла), а в отдельных случаях и кустарники (ивы, черемуха и т.д.).

Приречные полосы в прибровочной части долины и береговые насаждения на коренных берегах (поз.7 на рисунке 39) защищают пойму и русло от заиления и загрязнения, предотвращают размыв берегов в периоды половодья, улучшают микроклимат. Ширина таких полос обычно составляет 10…20м. Используются примерно те же породы деревьев, что и в поперечных полосах, но березы, дубы, ясени обычно используются несколько чаще.

Вокруг истока реки, на площади примерно равной 3га создается массив древесно-кустарниковой растительности (истоковые насаждения). Обычно это полосы длиной не менее 300м и шириной по 50м с каждой стороны водотока. Такие насаждения создаются после расчистки родников и ключей, которые огораживают плетнями, обустраивают срубом или каменной кладкой.

Истоковые насаждения обычно сочетают с лугомелиоративными мероприятиями и гидротехническими сооружениями типа дамб-перемычек, водозадерживающих и водоотводящих валов и т.д.

Примерно по таким же принципам строится защита естественных и искусственных водоемов. Защитные насаждения по берегам водохранилищ и озер предупреждают заболачивание пологих берегов, приостанавливают оползневые явления крутых берегов, ослабляют испарение с водной поверхности, улучшают санитарно-гигиенические условия, в том числе качество воды, декоративно оформляют берега. В зависимости от расположения и своего назначения прибрежные насаждения разделяются на несколько видов (рисунок 40). Наибольшее разнообразие используемых пород характерно для крутых абразионных берегов.

Нижние береговые насаждения (зоны 1, 2, 3 на рисунке 40а) предназначены для защиты от волн (волноломная полоса), для борьбы с заболачиванием, а также для задержки и накопления (аккумуляции) речных наносов в верхней части водохранилища и выше его вершины. Непосредственно у береговой линии (зона 1) обычно высаживаться камыш озерный, тростник, рис дальневосточный. В зоне 2 высаживают кустарниковые ивы. При ширине волноломной полосы из кустарниковых ив, превышающей длину волны, размыва берега практически не происходит. В зоне 3 обычно высаживают древовидные ивы. Ширина полосы нижних береговых насаждений зависит от типа берегов, высоты и длины волн, крутизны подводной и надводной частей берегового откоса и чаще всего составляет 20…50м.

Средние береговые насаждения (поз.4 на рисунке 40 а) создаются для защиты от смыва и размыва берегов, предупреждения оползней, улучшения санитарно-гигиенические условий, декоративного оформления берега, облегчения хозяйственного использования непроизводственных площадей. Ассортимент используемых пород деревьев и кустарников в этой зоне обычно очень широк. В основном используются древовидные ивы, дубы, березы, тополя, лиственницы, сосны, осины и другие подобные им породы. Из кустарников рекомендуются ивы кустарниковые, калина, облепиха, бузина, жимолость, смородина и др.

Н а наличии опасности оползней береговых склонов предпочтение следует отдавать быстрорастущим высокоствольным древесным породам с прочной корневой системой (тополь, ива белая, лиственница, береза, робиния). Густота таких насаждений должна быть максимальной.

Верхние береговые насаждения (поз.5 на рисунке 40 а) защищают от ветра, обеспечивают регулирование стока, защиту почв, улучшают санитарно-гигиенические условия и выполняют много других полезных функций. Для малых озер и водохранилищ их ширина обычно принимается не менее 20м, для крупных водохранилищ – 60…120м. Ассортимент используемых пород деревьев и кустарников в этой зоне примерно такой же, как и у средних береговых насаждений.

На пологих берегах ассортимент используемых пород деревьев и кустарников подбирается по таким же принципам, что и на крутых (абразионных) берегах. Нижний кустарниковый пояс (зона 1 на рисунке 40 б) состоит примерно из тех же пород, что и нижний пояс насаждений на абразионных берегах. Это преимущественно кустарниковые ивы различных видов, облепиха и проч. Верхний древесно-кустарниковый пояс (зона 2 на рисунке 40 б) на пологих берегах по ассортименту пород деревьев и кустарников аналогичен верхним и средним береговым насаждениям на крутых берегах (зоны 4, 5 на рисунке 40 а).

При устройстве водохранилищ защитные насаждения на пологих берегах обычно создаются заблаговременно – за 3…5 лет до заполнения водохранилища. После его заполнения дополнительные насаждения создаются по мере переработки берегов (обычно в осенний период).

Очистка естественных и искусственных водоемов является одним из важнейших направлений в сфере обустройства объектов гидрографической сети. Озера и водохранилища занимают на Земле примерно 2% территории суши (на озера приходится 1,8%). В России доля таких водоемов превышает 2,5% (не считая Каспийского «моря-озера»), причем мелкие озера площадью до 1км² глубиной 1…1,5м составляют 98% от общего числа озер в стране.

Все виды водоемов представляют объекты, находящиеся в состоянии постоянного развития. В процессе своей эволюции озера заполняются наносами, зарастают и превращаются в условиях влажного климата в болота, в сухом климате – в солончаки, если, конечно, не принимаются специальные меры по сохранению таких водоемов. Существенные изменения характерны и для водохранилищ, особенно в первые годы их заполнения.

Большое значение имеют антропогенные факторы. Вопреки требованиям законодательства многие водоемы все еще подвергаются загрязнению недостаточно очищенными промышленными стоками и водами с сельскохозяйственных угодий, содержащими соли, ядохимикаты, удобрения и проч. Необоснованное увеличение молевого сплава леса (сплава россыпью), несоблюдение технологических требований подготовки древесины к молевому сплаву оказалось причиной накопления затонувшей древесины (топляка). Кроме того, при строительстве гидроэлектростанций ранее неоднократно нарушались технологические процессы подготовки ложа водохранилищ и сводке леса, что впоследствии обернулось появлением значительных объемов затопленного леса. В настоящее время в водоемах России по этим причинам находится более 30 млн. м³ топляка, т.е. затонувшей и затопленной древесины. При этом в топляке доля деловой древесины составляет в Европейской части РФ 40…53%, а на Дальнем востоке, где доля хвойных пород выше, – до 70…77%. Наличие топляка ухудшает качество воды (топляк выделяет фенол) и создает угрозу безопасности движения по водоему лодок, катеров и других плавучих средств.

Такое положение характерно как для водохранилищ, так и для рек России, где ранее проводился молевой сплав (протяженность таких рек в РФ превышает 40 тыс. км).

Все это обусловливает накопление в водоемах материалов, различающихся по своим свойствам и требующих разных методов их удаления. Их можно разделить на две группы:

• материалы, которые по строительной классификации можно отнести к грунтам, т.е. отложения пресноводного ила (сапропеля), остатки водорослей, камыша, других трав разной степени разложения, в том числе торфы и т.д.;

• твердые предметы, органического и неорганического происхождения – затонувшие стволы деревьев, кустарник, ветки, части металлических изделий, обломки бетона и т.д.

Очистка водоема может проводиться с выпуском из него воды (с опорожнением водоема) и подводным способом (без опорожнения).

Работы с опорожнением водоема выполняются редко, только при малом объеме водоема, как правило, искусственного. Опорожнение озер обычно не применяется по экологическим соображениям (гибель озерной флоры и фауны). В искусственных водоемах запруда или дамба частично разбирается (создается проран) или используются водоспускные устройства (если они имеются), вода спускается, и работы ведутся на обнаженном дне водоема. Технология таких работ особых пояснений не требует. Следует лишь отметить, что при наличии слабого илистого дна необходимы специальные мероприятия, обеспечивающие возможность передвижения машин по дну. Это применение сланей (щитов-подкладок под ходовую часть) или, в особых случаях, устройство простейших эстакад. После завершения очистки и углубления дна, запруда или дамба восстанавливается.

Работы без опорожнения водоема являются основным способом его расчистки. Удаление илистого грунта производится методами, принятыми при дноуглубительных работах, т.е. с помощью экскаваторов, оборудованными драглайнами или грейферами, при больших объемах работ может применяться гидравлические (рефулерные) способы (см. часть II разделы 1.3.2, 1.3.5, 1,4). Экскаваторы могут располагаться при малой ширине водоема на берегу, при значительной ширине – на плавучих средствах, т.е. на баржах или понтонах. Плавучие средства, оснащенные дноуглубительным оборудованием, баржи шаланды являются широко применяемым техническими средствами. Они относятся к техническому (дноуглубительному) флоту, правила эксплуатации которого регулируются Регистром РФ.

В целом технологии очистки водоемов исключительно многообразны и зависят от конкретных условий проведения работ. Даже после опорожнения водоема технология очистки может быть различной и зависеть от выбранной ведущей машины, состояния наносов и других факторов.

В значительной мере технология работ по удалению грунтовых материалов со дна водоема аналогична описанной выше технологии расчистки, расширения и углубления русла реки. Разработка подводных выемок производится отдельными рабочими прорезями послойно. Размеры прорезей устанавливаются проектом в зависимости от производственных условий, технических характеристик дноуглубительных снарядов, а на судоходных водоемах – с обязательным соблюдением требований судоходства.

В отличии от разработки котлованов на суше, где не допускаются переборы грунта, при разработке подводных выемок не допускаются недоборы грунта. Предельные же переборы подводных выемок ограничиваются в зависимости от типа дноуглубительного снаряда и вида грунтов. Согласно нормам (СНиП 3.02.01–87) они лежат в пределах 0,2…0,9м, причем при использовании грейферов или драглайнов они не должны превышать 0,5м. При наличии больших включений (камни и проч.) допускаемые переборы увеличиваются еще на 0,2…0,6м в зависимости от размеров таких включений. В частности, при использовании грейферов и драглайнов это увеличение составляет 0,2м при размере включений до 0,6м и 0,5м – при включениях более 1м.

При разработке подводных выемок, в которых не допускается нарушение естественной структуры грунта, следует предусматривать оставление защитного слоя 0,3…2м. Этот слой убирается непосредственно перед закладкой фундамента или установкой соответствующего оборудования.

Точность выполнения дноуглубительных работ контролируется как в процессе их производства, так и после их окончания. В процессе производства работ контроль чаще всего проводится путем ручного промера глубин через каждые 2…4 часа работы в трех точках: у места забора, посредине корпуса и у кормы снаряда. Более эффективным является непрерывный контроль с помощью специальных приборов – эхолотов, эхографов и др. После окончания работ проверка производится путем измерений глубин по поперечникам через каждые 50м на прямолинейных и через 25м – на криволинейных участках. Составляются соответствующие исполнительные схемы. При необходимости может выполняться подробная съемка рельефа дна с применением эхолота и даже проводиться водолазное обследование.

Грунт, извлекаемый со дна водоема, может быть размещен в виде отвала на берегу этого водоема, или под водой, на некотором удалении от места извлечения. Последний вариант обычно применяется при расчистке больших (судоходных) водоемов. Во всех случаях места отвалов требуется согласовывать с заказчиком при разработке проекта организации строительства или производства работ (ПОС или ППР). В зависимости от вида извлеченных грунтов они могут использоваться для засыпки ненужных выемок в прибрежной зоне, для создания портов, затонов (речных заливов для стоянки судов), как материал для устройства струенаправляющих дамб и полузапруд в реках, как строительный материал (песок), транспортируемый баржами на значительные расстояния и т.д. Для мелких водоемов, где донные отложения представлены в основном сапропелями, удаляемый грунт часто используется как удобрение.

Все эти вопросы должны быть подробно проработаны в проекте.

Расчистка дна от твердых предметов должна, как правило, предшествовать удалению грунтовых материалов. Для этого используется разнообразное оборудование, которое может включать различные краны, приспособления на тракторах и экскаваторах и т.д. При работах с опорожнением водоема могут использоваться механические пилы, корчеватели-собиратели, кусторезы.

Особого внимания заслуживает очистка водоемов от упомянутого выше топляка. В большинстве случаев такая очистка производится с помощью грейферных земснарядов (рисунок 41). Рабочим оборудованием служат специальные грейферы (поз.2).

Рисунок 41 Грейферный снаряд для расчистки водоемов и дноуглубительных работ:

1 – понтон, 2 – грейфер, в т.ч. типичные конструкции грейферов для расчистки дна, 3 – стрела, 4 – кабина управления.

Вместо использования грейферных земснарядов предложены и более дешевые методы очистки (в основном применительно к малым водоемам и рекам). В качестве примера на рисунке 42 показана технология расчистки от топляка водоемов небольшой ширины или рек. В данном случае предполагается, что добываемая древесина имеет невысокое качество и пригодна в основном для переработки на щепу. Технологическая оснастка (рисунок 42а) включает два трелевочных трактора 1, скреперное устройство 3, мобильную машину для рубки древесины 6, насос-гидрант 7, контейнеровоз-щеповоз 8. На берегах очищаемого водоема (или реки) размещают два трелевочные трактора 1 с барабанами 4 их лебедок. К концам тяговых канатов 2 прикрепляют скреперное устройство 3, затем поочередным включением барабанов 4 лебедки одного из тракторов и растормаживанием барабана 4 другого трактора производят очистку водоема от топляков путем возвратно-поступательных движений скреперного устройства 3. Древесина, доставленная к берегу (поз. 5 на рисунке 42а), очищается от грязи насосом-гидрантом 7, затем захватывается манипулятором

р убительной машины 6, измельчается ее ножами на щепу, подается в контейнер 8 и далее доставляется потребителю или на склад.

Схема скреперного устройства показана на рисунке 42б. Как видно из схемы, устройство имеет весьма простую конструкцию, включающую скребки «якорного» типа, несущую балку и тяговый канат.

Технологическая щепа из топляка используется для изготовления дерево-волокнистых плит, арболита, мелких арболитовых конструкций для сельских домов и т.д.. Однако этим далеко не ограничивается сфера использования топляка. Поднятую древесину можно эффективно использовать во многих других направлениях:

• поставлять в круглом виде на целлюлозно-бумажные предприятия для производства целлюлозы;

• использовать в качестве сырья для производства пилиматериалов, особенно, когда топляк представлен хвойными породами (деловая древесина);

• перерабатывать на древесный уголь;

• производить топливные брикеты;

• производить тарную дощечку и паркет.

В зимний период производство работ по очистке водоемов и по углублению их дна допускается нормами (СНиП 3.02.01–87) при следующих условиях:

• среднесуточная температура воздуха не должна быть ниже минус 10⁰С;

• скорость ветра не более 5м/с;

• на акватории не должно быть сплошного битого льда;

• разрабатываемый грунт должен полностью находиться под водой;

• на судоходных водоемах и реках должна обеспечиваться возможность маневрирования судов;

• отвалы подводного грунта должны находиться на таком расстоянии, при котором за время хода шаланды грунт в трюме не промерзает.

Работы должны выполняться по ППР, предусматривающем эти условия. Используемые суда должны иметь соответствующий ледовый класс Регистра и обладать необходимыми технико-экономическими характеристиками, соответствующими выполняемой работе.

. Контрольные вопросы:

12. Что обычно относят к организационно-хозяйственным и к инженерным мероприятиям по сохранению малых рек?

13. Охарактеризуйте типичные схемы расширения и углубления русла двумя экскаваторами-драглайнами.

14. Охарактеризуйте технологию устройства прокопов при спрямлении русла при использовании экскаваторов.

15. В чем разница между спрямлением русла и выправительными работами? Какие гидротехнические сооружения возводятся при выправительных работах, из чего и как они делаются?

16. Что такое фашины, карабуры, сипаи, габионы?

17. Назовите типичные способы укрепления берегов? Можно ли закрепить берег малой реки, применяя лишь подручные материалы, не используя ни железобетона, ни стального проката?

18. Охарактеризуйте типичные способы применения лесной мелиорации для защиты рек и водоемов?

19. Как обычно выполняется расчистка водоемов от грунтовых материалов (песка, ила, торфа и т.д.)? Что называют топляком? Как его извлекают и как используют?