Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Брянская государственная инженерно-технологическая академия»

Кафедра лесоводства, лесных культур и почвоведения

Утверждено научно-методическим

советом БГИТА

Протокол №

От « » 2009 г.

Гидротехнические мелиорации

Методические указания к прохождению учебной практики

студентов очной и заочной формы обучения по направлению 656200 – «Лесное хозяйство и ландшафтное строительство»

Брянск 2009

УДК 630 651.78

Прутской, А.В., Шошин, В.И. Гидротехнические мелиорации: методические указания к прохождению учебной практики студентов очной и заочной формы обучения по направлению 656200 – «Лесное хозяйство и ландшафтное строительство» / А.В. Прутской, В.И. Шошин – Брянск: БГИТА, 2009. – 28 с.

В методических указаниях приведены основные этапы выполнения учебной практики и отражены методики выполнения работ по определению коэффициентов фильтрации воды в почве, скорости и расхода воды в водотоке, закладки пробных площадей на объектах ГЛМФ, а также исследования гидротехнических комплексов г. Брянска.

Рецензенты:

- д.б.н., профессор Самошкин Е.Н. (БГИТА)

- к.с.-х.н., доцент Поляков Н.Е. (БГИТА)

Рекомендовано учебно-методической комиссией

лесохозяйственного факультета

Протокол № от 2009 г.

Введение

Студенты БГИТА во время практики по ГТМ должны усвоить на производственных объектах методы оценки эффективности осушения, особенностей работы и эксплуатации осушительных систем, проведения гидрологических и гидрометрических исследований (зона избыточного увлажнения), а также организации орошения (в зоне неустойчивого или недостаточного увлажнения).

Учитывая связи кафедры с лесохозяйственным производством, финансовые возможности и особенности региональной подготовки специалистов (зона избыточного и неустойчивого увлажнения), объекты прохождения практики могут меняться.

Программа учебной практики по ГТМ

Учебная практика по ГТМ для студентов очного обучения проводится на учебно-производственных объектах Учебно-Опытного лесхоза, а для студентов заочного обучения по месту прохождения практики соответствующего лесничества.

В Учебно-Опытном лесхозе объектами практики являются низконапорные земляные плотины, водоем питомника лесхоза, искусственный водоем в санатории “Снежеть”, участки гидролесомелиоративного фонда, элементы гидрологической сети (р. Снежеть, временные и постоянные водотоки).

Для студентов очного обучения первый день практики включает следующие программные вопросы:

1. Знакомство с ГЛМФ (Опытное лесничество, кв. 58, 59, 60, 70, 71, 72, 73 и др.).

2. Проведение почвенно-грунтовых изысканий при обосновании проекта ГЛМС. Определение коэффициентов фильтрации. Метод восстановления воды в скважине после откачки. Метод инфильтрации (способ Болдырева).

3. Знакомство с конструктивными особенностями земляных насыпных плотин.

Второй день практики включает следующие программные вопросы:

1. Определение расходов воды в открытых водотоках.

2. Закладка учебно-опытных пробных площадей на объектах ГЛМФ.

Третий день практики предназначен для камеральных работ, компьютерного моделирования выбранного объекта исследования, написания и защиты отчета.

Студенты заочного обучения выполняют тот же объем научно-исследовательской работы, что и очного обучения, только по индивидуальному графику с учетом региональных особенностей места прохождения практики.

1 Гидролесомелиоративный фонд и объекты гтм

К гидролесомелиоративному фонду принято относить земли водно-воздушный режим которых выступает в качестве основного экологического фактора ограничивающего рост древесно-кустарниковой растительности.

При изысканиях принято выделять следующие категории гидролесомелиоративного фонда:

1. Осушенные земли (там где проведено осушение).

2. Земли первоочередного гидролесомелиоративного фонда (земли первой очереди осушения).

3. Потенциальный гидролесомелиоративный фонд (земли последующей очереди осушения).

1.1 Объекты гидролесомелиорации

Знакомство с гидролесомелиоративной системой, её функ­ционированием, состоянием, изменением почвенно-гидрологичес­ких условий роста насаждений в её границах и на прилегающих те­рриториях. Студенты определяют гидравлические параметры кана­лов, водоприемника, рассчитывают расходы воды.

1.2 Объекты орошения, водоснабжения

Обследование низконапорной земляной насыпной плотины с характеристикой конструктивных элементов, водосбросного устройства, крепления откосов, обустройства водоёма.

1.3 Объекты противоэрозионной мелиорации

Знакомство с противоэрозионной организацией территории, обследования эффективности противоэрозионных мероприятий на овражно-балочной системе, разбивка на местности водозадерживающих валов, водонаправляющих валов-канав, донных запруд.

0. 1.4 Гидротехнические сооружения в ландшафтном строительстве

Для студентов обучающихся по специальности «Садово-парковое и ландшафтное строительство» предлагается знакомство с ландшафтным дизайном г. Брянска в основу которого положены водные объекты и гидротехнические сооружения.

2 Организация работ по выполнению задач практики

В зависимости от объекта прохождения практики может меняться численность и состав бригад, на которые разбивается группа в процессе прохождения практики. Перед началом практики со студентами проводится инструктаж по безопасным правилам работы на производственных объектах, передвижению (переезду) от одного объекта к другому, противопожарным правилам поведения в лесу, с последующей записью в журнале. На производственном объекте студент получает конкретную задачу, а полученный в ходе работы материал представляет в бригаду и в составе бригады составляет отчет. Каждый студент должен самостоятельно отчитаться за проделанную работу в составе бригады. Пропустивший практику студент проходит её самостоятельно по индивидуальному заданию, которое он получает у преподавателя.

3 Методика закладки пробных площадей

Закладка пробных площадей в осушенных лесах и на землях постоянного и периодического переувлажнения необходимо для исследования хода роста древостоев, определения лесоводственной эффективности мелиорации, установления оптимальных расстояний между каналами и показателей для назначения ремонта осушительной сети, выявление участков под лесокультурные мероприятия и др.

В лесах закладываются пробные площади, на которых исследуются динамика основных таксационных показателей насаждений и изменение условий его среды.

В зависимости от характера насаждений, состояния мелиоративных систем, а также от цели и методики исследовательских работ (метод таксации, наличие специальных таксационных приборов) пробные площади различаются по своей конфигурации. Они делятся на прямоугольные, квадратные и ленточные.

Ленточные пробы приравниваются к равномерноосушенным участкам, что позволяет избежать влияния неравномерной интенсивности мелиорации на получение данных по таксационной характеристике древостоя с необходимой точностью. Обычно лента располагается вдоль осушительного канала (параллельно). Для установления таксационной характеристики разновозрастных или низкополнотных древостоев лучше закладывать ленточные пробные площади. Контрольные пробы, закладываемые в неосушенных древостоях для сравнения с осушенными, можно располагать в виде одной или нескольких лент определенной ширины [4].

Прямоугольные пробы закладываются при исследовании хода роста древостоев, для выявления лесоводственной эффективности мелиорации.

Для сбора массового материала, необходимого при лесокультурных мероприятиях можно закладывать пробные площади различной конфигурации, но основной должна быть такая форма, которая наиболее точно отражает цель и задачи исследования. В ряде случаев в дополнение к указанным материалам целесообразно закладывать круговые площадки.

Для характеристики и исследования структуры насаждений, хода роста, эффективности лесохозяйственных мероприятий студентом закладывается не менее 3 пробных площадей. Под пробной площадью понимается участок леса, объединенный общностью происхождения древостоя, его лесорастительных условий (типа леса), класса бонитета, состава, полноты, возрастной и товарной структуры.

После осушения лесоводственно-таксационная характеристика древостоя на пробной площади (участке) при одинаковой давности срока осушения и нормальном состоянии мелиоративной сети в основном зависит от положения, которое занимает участок относительно канала. Участок может быть расположен в непосредственной близости от осушителя, в межканальном пространстве, в сфере действия системы каналов.

Студент определяет основные таксационные показатели древостоя по мере удаления от осушительного канала закладывая ряд ленточных пробных площадей, начиная в приканавной полосе (до 20 м) и далее через каждые 50 м. В отчетной ведомости студент указывает тип леса, класс бонитета, среднюю высоту, средний диаметр, густоту насаждения и др. показатели определяемые целью исследований по каждой ленточной пробе.

К закладке пробных площадей в осушенных лесных массивах предъявляются следующие требования:

— проба для характеристики того или иного древостоя должна располагаться в таком месте осушенного участка, которое было бы типичным как по лесорастительному, так и мелиоративному признакам;

— пробная площадь (проба) должна закладываться так, чтобы разная интенсивность мелиорации не влияла на точность определения основных таксационных признаков древостоя;

— для осушительных каналов, между которыми располагается проба, обязательным является их нормальное функционирование, в том числе и своевременный ремонт;

— категория, форма и характер расположения пробной площади относительно осушительных канав в первую очередь обусловливаются целью и задачей исследований.

Методика взятия и обработки модельных (учетных) деревьев на пробных площадях, заложенных в осушенных насаждениях, имеет ряд особенностей:

— анализ модельных деревьев начинается после установления срока давности мелиорации участка (он определяется с использованием «нулевых» срезов моделей или данных лесоустроительных отчетов).

— анализ стволов делается в большинстве случаев не полный, а частичный (в зависимости от цели исследований).

При частичном анализе счет годичных колец идет не от центра нулевого среза модели, а от условной границы, разделяющей годичные слои до и после мелиорации.

В ходе исследований для решения поставленных задач студент может изучить текущий прирост деревьев по диаметру на высоте груди (∆Dm), для этого он должен взять керны с помощью приростного бурава у 3—5 моделей из каждой ступени древостоя.

Использование бонитета в качестве критерия достоверности результатов исследований обязательно предполагает наличие бонитетной шкалы осушенных древостоев, такая шкала приводится в справочнике гидролесомелиоратора. По ней класс бонитета насаждения за весь период после мелиорации находится исходя из срока давности осушения, высоты насаждения ко времени мелиорации и его высоты в момент таксации.

Если класс текущего бонитета древостоя равен или выше класса бонитета, установленного за весь срок мелиорации, то осушительная сеть на участке находится в нормальном состоянии и работает хорошо. Когда это условие нарушается, т. е. класс текущего бонитета древостоя ниже, чем определяемый за весь период осушения, то мелиоративная сеть находится в неудовлетворительном состоянии и требует ремонта [4].

Пробы закладываются на расстоянии от канала 0—20 м, 20—40 м, 40—60 м и так далее на всем межканальном пространстве, с шириной 20 - 50 м и длиной обусловленной протяженностью канала и характером однородности осушенного древостоя. Пробная площадь закладывается в приканальной полосе с таким расчетом, чтобы длинная сторона была параллельна мелиоративному каналу, а короткая — перпендикулярна ему. Древостой на пробе должен находиться в условиях однородной степени осушения, т. е. класс его бонитета в пределах пробной площади должен быть одним и тем же или различаться, не более чем на один класс. Пробные площади не следует закладывать вблизи открытых пространств (прогалины, широкие просеки, вырубки и т. п.), за исключением осушительных каналов. Для характеристики хода роста пробы закладываются по преимуществу в древостоях, средних по составу и полноте, для данного мелиорированного массива.

Желательно исследовать древостои с различной давностью осушения (оптимальны с давностью 15 и более лет). Пробные площади в осушенных древостоях, в отличие от неосушенных, следует закладывать не по классам возраста, а с учетом срока давности мелиорации и возраста ко времени осушения. Их следует группировать по однородным лесорастительным условиям.

Если в осушенном лесном массиве указанных древостоев недостаточно, то пробы можно закладывать в насаждениях с разными сроками давности мелиорации, при этом нужно все пробные площади группируются в пределах одного класса бонитета лесорастительных условий после осушения.

Очередность выполнения работ при закладке пробной площади следующая:

— отбивка и съемка пробы;

— съемка и мелиоративно-техническая характеристика осушительных канав на участке;

— глазомерная таксация древостоя на пробе с описанием напочвенного травяного и мохового покрова и микрорельефа (нанорельефа);

— перечет деревьев на пробе;

— рубка и обмер учетных (модельных) деревьев;

— замер высот деревьев;

— учет и описание подроста (включая самосев) и подлеска;

— почвенный разрез и его описание;

— постановка столбов и геодезическая привязка пробы.

Пробная площадь отграничивается визирами с затесками на деревьях, расположенных вне ее. Деревья диаметром более 20 см на визирах не рубятся, а обходятся обычным способом и затесываются с двух противоположных сторон в направлении визира. Половинное количество таких деревьев при перечете относится к древостою пробы.

Геодезическая съемка границ пробной площади и осушительных каналов, в сфере действия которых находится проба, а также линии привязок производятся с помощью буссоли, а линии измеряются рулеткой с точностью 0,1 м.

Одновременно со съемкой дается глазомерно мелиоративно-техническая характеристика каналов, в которой указывается категория (осушитель, собиратель), элементы поперечного сечения (ширина по дну, по верху, заложение откосов), продольный уклон, состояние и степень работоспособности каждого канала. При характеристике состояния обращается внимание на глубину заиления канала.

Затем в заданном масштабе (не мельче 1:2500) составляется чертеж-абрис, на который наносятся осушительная система, пробная площадь и линии привязок. Показывается направление движения воды в каналах (стрелками), их ориентировка относительно стран света (азимутами или румбами). Площадь пробы вычисляется с округлением до 0,001 га.

Количество деревьев основного элемента леса на пробной площади, находится в зависимости от среднего диаметра древостоя (D_ср):

при D_ср до 22 см - 200 деревьев;

при D_ср от 24 см до 26 см - 150 деревьев;

при D_ср свыше 26 см - 100 деревьев.

До начала проведения перечета на пробе производится глазомерная таксация древостоя, данные которой заносятся в бланк. При этом большое внимание уделяется описанию напочвенного покрова, особенно мохового, так как он служит одним из важнейших индикаторов изменений, происходящих в почве и древостое после мелиорации. При описании напочвенного покрова определяется обилие растений по шкале Друде, степень проективного покрытия, которая устанавливается в десятых долях единицы (0,3; 0,7 и т. п.) глазомерно по общей проекции растений яруса (травяного или мохового) на почву.

Помимо напочвенного покрова, характеризуется микрорельеф (нанорельеф), который в осушенных условиях может достигать величины 1 м. Он обычно образуется вследствие сильной осадки торфа в зоне корневых систем деревьев. Его обязательно надо учитывать при перечете деревьев на пробе. В противном случае получим завышение среднего диаметра древостоя.

Перечет деревьев на пробной площади производится по элементам леса (поколениям), категориям технической годности (деловые, полуделовые, дровяные, сухостой) и ступеням толщины на высоте груди 1,3 м, которая определяется с учетом средней для всей пробы или ее отдельных частей высоты микропонижений (рис. 1).

Рисунок 1 – Схема измерения диаметра дерева на высоте

груди (1,3 м) в осушенных древостоях

1 — высота замера диаметра ствола после осушениия, м; 2 — величина осадки торфа после осушения, м; 3 — уровень поверхности болота после осушения; 4 — то же, до осушения

Если, например, величина h₀ = 0,5 м, то диаметр дерева измеряется не на высоте 1,3 м от поверхности почвы, а на высоте 1,3 м + 0,5 м = 1,8 м.

При среднем диаметре древостоя до 20 см перечет деревьев ведется по двухсантиметровым, а при большем диаметре — четырехсантиметровым ступеням толщины. Для перечета деревьев служит мерная вилка.

При перечете на пробе поколения леса выделяются глазомерно. При отнесении дерева к тому или другому поколению следует ориентироваться не на вид или характер коры, а на прирост по высоте до и после мелиорации и высоту до осушения. В сомнительных случаях надо возраст дерева уточнять с помощью возрастного бурава. При взятии кернов и их исследовании нужно использовать общепринятые методики (Битвинскас, 1974; Ловелиус, 1979; Ваганов, Шашкин, 2000 и др.).

Количество срубаемых (буровых  образцов (керны) на высоте 1,3 м, в случае невозможности взятия спилов) и обмеряемых деревьев на пробе находится в связи с целью исследований. Модели основного элемента леса выбираются следующим образом: 2—3 — из ступени среднего дерева, по 1— 2 — из прилегающих к указанной ступени (выше и ниже) и по одной — из самой «тонкой» и самой «толстой» ступеней толщины. При выборе моделей нужно стремиться к тому, чтобы они по данным возраста и высоты до мелиорации практически не отличались от таковых, характеризующих пробу в среднем.

Срубленные учетные (модельные) деревья очищаются от сучьев, распиливаются на высотах 1; 1,3; 3; 5; 7; 9 м и т. д. через 2 м, пока диаметр не будет менее 3 см. Высота дерева определяется от пневого среза с точностью до 0,1 м. Последний распил должен находиться на расстоянии 1 м от предпоследнего и завершается на четном метре.

У каждого учетного дерева затем измеряются диаметры в коре и без коры на пне (у шейки корня), высоте груди и высотах 1; 3; 5; 7; 9 м и т. д. с точностью до 0,1 см в двух взаимноперпендикулярных направлениях; определяется возраст путем подсчета годичных слоев на пне, добавка на пень не делается.

У модельных деревьев на каждом срезе выпиливаются кружки, которые собираются, а затем нумеруются в определенном порядке (начиная от нулевого — он выпиливается от пня) для последующего анализа.

В карточке учетного (модельного) указываются и другие замеры, например, диаметры в коре и без коры на высотах и т. д. Замер высот деревьев на пробной площади производится общепринятым способом. Результаты замеров заносятся в карточку пробной площади с округлением: высота —до 0,1 м, диаметр —до 1 см.

Под пологом осушенных древостоев обычно в большом количестве появляется еловый и частично березовый подрост, отличающийся неравномерностью размещения на пробе. По этой причине его лучше учитывать с помощью узких лент шириной 1—2 м, располагаемых по диагоналям пробной площади.

На лентах делается пересчет подроста по породам, происхождению, группам высоты (до 0,5 м; 0,51 — 1,50 м, выше 1,5 м), а также по состоянию (жизнеспособный, нежизнеспособный). Для каждой высотной группы определяется средний возраст. С целью исследования хода роста подроста в высоту и по диаметру берутся учетные экземпляры в количестве 5— 10 шт. на каждую высотную группу.

Самосев (подрост до 3 лет) учитывается с помощью площадок размером 2x2 м, закладываемых по диагоналям пробы через равные промежутки с таким расчетом, чтобы этих площадок было не менее 25.

Подлесок учитывается на тех лентах, что и подрост; перечет его производится по породам и группам высот. Результаты учета подроста заносятся в специальную карточку.

Если подрост достиг высоты 4 м и более, то он может характеризоваться как II ярус.

После учета естественного возобновления в центре пробной площади на пересечении диагоналей закладывается почвенный разрез, глубина которого определяется мощностью торфа и подстилающего торф грунта (она должна быть не менее 0,7—1,0 м). Затем делается морфологическое описание почвы по генетическим горизонтам с разделением торфяного слоя по степени разложения, влажности, ботаническому составу, включениям древесных остатков и т. д. Отмечается глубина почвенно-грунтовой воды, оглеение почвы и соответствующий ему горизонт. В заключение дается генетическое наименование почвы. Полученные сведения фиксируются в бланке «Описание почвенного разреза по горизонтам».

В случае необходимости из каждого горизонта (торфяного) берутся образцы на анализ с целью лабораторного определения степени разложения, ботанического состава, зольности и химического состава торфа. Указанные анализы производятся по специальным методикам. Они имеют большое значение при исследовании хода роста осушенных древостоев, так как в значительной степени характеризуют плодородие осушенных почв.

С целью повышения точности таксации осушенных древостоев на пробных площадях необходимо сопоставлять кривую высот пробной площади с такой же кривой, построенной по данным таблиц разрядов высот. В случае несоответствия этих кривых надо изменить, если это возможно, величину или конфигурацию пробы или установить разряд высоты не для всей пробной площади, а для каждой ступени толщины древостоя. Вычислять запас для каждой ступени толщины и его сортиментной структуры производить по своему разряду высоты. Для бонитирования леса и условий его роста на пробных площадях следует применять бонитетную шкалу, которая составлена специально для осушенных древостоев. Данные, полученные на пробных площадях, обрабатываются по специальным статистическим программам [4].

4 Движение грунтовых вод

Вода в почве при движении образует поток грунтовых вод. В основное уравнение движения грунтовых вод (формулу Дарси) входит коэффициент фильтрации:

v = Ki,

где v — скорость фильтрации грунтовых вод;

i — уклон грунтовых вод.

Коэффициент фильтрации (К) — это скорость фильтрации грунтовых вод при уклоне их, равном единице. Он характеризует водопроницаемость почв и выражается в единицах скорости [1].

4.1 Определение коэффициентов фильтрации

Для определения коэффициента фильтрации существуют полевые и лабораторные методы. В практических целях следует применять полевые методы, дающие более точные результаты по сравнению с лабораторными. При высоком горизонте грунтовых вод применяется метод восстановления воды в скважинах после ее откачки, при низком горизонте грунтовых вод — метод инфильтрации воды из скважин и шурфов.

4.1.1 Метод восстановления воды в скважине после откачки

Для каждой почвенной разности тарелочным буром диаметром 10 - 20 см устанавливают не менее двух скважин глубиной, приблизительно равной глубине осушительных каналов или дрен. После устройства скважины следует выждать, пока уровень воды в ней займет свое естественное положение, т.е. до тех пор, пока не прекратится подъем воды в скважине. Когда уровень воды в скважине установится, измеряют следующие величины (рис. 2), исследования ведут по форме «Определение коэффициента фильтрации способом восстановления воды в скважине после откачки»:

1) глубину стояния грунтовой воды от поверхности (начальный уровень);

2) глубину скважины Т;

3) глубину воды в скважине Н;

4) диаметр скважины d.

Все эти величины измеряют от нижнего края доски длиной около 0,5 м, которую укладывают на поверхность почвы поперек скважины, несколько перекрывая ее [5].

Рисунок 2 - Схема измерения подъема воды в скважине

после откачки

Определение коэффициентов фильтрации способом восстановления воды в скважине после откачки:

1. Место определения (область, лесхоз, лесничество).

2. Номер скважины и ее местонахождение (участок, квартал, выдел и пр.).

3. Время проведения наблюдений (дата)

I Откачка

II Откачка

4. Фамилия, Имя, Отчество наблюдателя.

5. Глубина скважины Т, см.

6. Глубина стояния грунтовой воды, см:

- при первой откачке

- при второй откачке

7. Глубина воды в скважине Н, см:

- при первой откачке

- при второй откачке

8. Диаметр скважины d, см

9. Краткое описание почвенного разреза (по генетическим горизонтам).

Когда измерения сделаны, воду из скважины вычерпывают почти до дна. Вычерпывание удобно производить специальным черпаком или консервной банкой емкостью 0,5 л, которая укрепляется на длинной деревянной ручке.

После откачки воды быстро измеряют расстояние Y₀’ от поверхности почвы до пониженного уровня воды в скважине и замечают время измерения по часам

При дальнейшем подъеме воды эти измерения периодически повторяют, при каждом измерении величины Yn’ отмечают время. Эти измерения повторяют до тех пор, пока уровень воды в скважине не поднимется почти до первоначального положения (до откачки). Таких измерений делают от 6 до 8 и более (табл. 1). Время, через которое проводят измерения, зависит от скорости подъема воды в скважине.

Когда уровень воды в скважине приблизительно займет свое первоначальное положение, нужно произвести вторую откачку из скважины и повторить измерения.

Таблица 1 - Записи подъема уровня воды в скважине

Номер наблюдения	I откачка			II откачка
	расстояние от поверхности почвы до уровня воды, см	часы	минуты	расстояние от поверхности почвы до уровня воды, см	часы	минуты
1	42	15	14	42	16	09
2	30	15	18	27	16	17
3	24	15	22	21	16	25
4	21	15	26	18	16	33
5	18	15	30	16	16	42
6	16	15	40	15	16	57
7	15	15	50

Запись и обработку результатов измерений производят по определенным формам (бланкам), порядок заполнения которых рассмотрим на примере. Вычисления ведутся в табл. 2.

Таблица 2 - Обработка результатов измерений

Номер наблюдения	I откачка			II откачка
	C	Yn=Yn-h	lg Yo/Yn	C	Yn=Yn-h	lgYo/Yn
1	2	3	4	5	6	7
1	0	28	0	0	28	0
2	240	16	0,243	480	13	0,333
3	480	10	0,447	960	7	0,602
4	720	7	0,602	1440	4	0/845
5	960	4	0,845	1980	2	1,146
6	1560	2	1,146	2880	1	1,447
7	2160	1	1,447

В графы 2 и 5 записывают число секунд, получающиеся путем вычитания из времени проведения данного наблюдения времени первого наблюдения (табл.5.2).

В графы 3 и 6 записывают разности, получаемые от вычитания из наблюденных величин Y_n из глубины стояния грунтовой воды от поверхности h. Первая из этих разностей, относящихся к нулю секунд, является величиной Y_o.

Для заполнения граф 4 и 7 величину Y_o делят последовательно на каждое из полученных значений Yn и берут по таблицам логарифмы частных (lg Yo — lgYn).

Далее обработка материалов может производиться аналитическим или графическим способами.

При аналитическом способе каждое значение логарифма делят на соответствующее значение секунд и получают условные тангенсы угла наклона tg. Затем получают средние значения tg  для I и II откачек.

Вычисление коэффициентов фильтрации К в см/с производят по следующей формуле:

,

где r — радиус скважины, см;

Н — глубина воды в скважине, см;

Расчеты студент приводит по ниже приведенному образцу (рис. 3).

Рисунок 3 – Определение коэффициентов фильтрации

Все выше приведенные данные должны быть отражены в отчете практики по гидротехническим мелиорациям.

4.1.2 Метод инфильтрации (способ Болдырева)

При определении коэффициента фильтрации этим методом на выбранном месте устраивают шурф сечением не менее 0,2 х 0,2 м или скважину диаметром не менее 0,2 м. Дно шурфа или скважины должно доходить до поверхности того слоя, водопроницаемость которого определяется. При глубоком залегании изучаемого слоя (глубже 0,5 — 0,6 м) сначала выкапывают обычный почвенный шурф (яму), а на дне его устраивают измерительный шурф или скважину. В неустойчивых грунтах шурфы или скважины закрепляются. В дно их забивают колышек, возвышающийся над дном на 5 — 10 см, и насыпают слой мелкого гравия или песка толщиною около 2 см. В шурф или скважину наливают воду до верха колышка. Затем выливают определенное количество воды (500 — 1000 см³ ) и отмечают время долива на часах [1].

Когда уровень воды в скважине снизится до верха колышка, опять выливают то же количество воды и замечают время и т.д.

В бланке специальной формы записывают время долива и объем вылитой воды (табл. 3).

Так как сначала одновременно с фильтрацией происходит и впитывание воды в почву до определенной влажности, то поступление воды в почву с течением времени замедляется. Исследования продолжаются до тех пор, пока фильтрационный расход не стабилизируется (установившийся расход).

Коэффициент фильтрации вычисляют по формуле:

К = Q/F,

где Q — установившийся расход воды, см³ /c;

F — площадь смоченной поверхности шурфа или скважины,см² .

Площадь определяют по формулам:

для скважины с незакрепленными стенками F = r (r + 2Z);

для скважин с закрепленными стенками F = r;

для шурфов с незакрепленными стенками F = ab +2(a+b)Z;

для шурфов с закрепленными стенками F = ab,

где r — радиус скважины, см; a и b — длины сторон прямоугольного шурфа, см;

Z — высота постоянного слоя воды, см.

Пример. Определить коэффициент фильтрации по способу инфильтрации (способ Болдырева). Диаметр скважины d = 20 см, поддерживаемый слой воды Z =5 см. Время доливов и объем вылитой воды приведены в табл. 3.

Таблица 3 - Определение коэффициентов фильтрации

методом инфильтрации

Номер долива	Время начала определения	Время долива воды	Долито воды, см3	Время между доливами, с	Фильтрационный расход, см3/c
0	9.00
1		9.12	1000	720	1,39
2		9,30	1000	1080	0,93
3		9,52	1000	1320	0,76
4		10,22	1000	1800	0,55
5		10,59	1000	2220	0,45
6		11,41	1000	1520	0,40
7		12,23	1000	2520	0,40

Для скважины с незакрепленными стенками находим:

F=r(r+2Z)=3,14 10(10+2,5)= 628 см²;

К= 0,40/628= 0,000637 см/с= 0,55м/сут.

5 Определение расходов воды в открытых водотоках

Определение расхода воды в реке является основной задачей гидрологии и гидрометрии. Расходы находят измерением скорости течения и площади поперечного живого сечения реки на гидрометрических створах. Живое сечение — плоскость, перпендикулярная направлению течения воды, ограниченая профилем русла и уровнем воды.

Промеры глубины и ширины реки студентом приводятся в табличной форме (табл. 4)

Таблица 4 – Промеры глубины и ширины реки

Створ	Промеры живых сечений реки …, м числитель – ширина / знаменатель – глубина реки
Верхний	0/0	10/2,4	20/2,6	30/3,0	40/2,9	50/2,5	60/2,3	70/1,7	80/0
Средний	0/0	10/2,2	20/2,5	30/2,8	40/2,6	50/2,3	60/1,9	70/1,5	80/0
Нижний	0/0	10/2,1	20/2,2	30/2,9	40/2,8	50/2,6	60/2,2	70/1,8	80/0

Площадь поперечного сечения реки определяют аналитическим путем (суммируя площади треугольников, трапеций, прямоугольников) по формуле:

,

где ω – площадь живого сечения, м²;

h₁, h₂, h₃ – h_n – глубина воды в точках промера, м;

b _пр.г. – промеры глубины реки мерным шнуром через равные отрезки, м;

b_n – расстояние между последней точкой промера и урезом воды, м;

Такой расчет производят для всех трех створов. Затем определяют среднюю площадь живого сечения реки:

,

где , , – площадь живого сечения верхнего, среднего, створа, нижнего створа реки, м²;

Смоченный периметр определяют на каждом створе как сумму гипотенуз прямоугольных треугольников:

.

По результатам вычислений смоченного периметра находят его среднее значение:

,

где , , - смоченный периметр верхнего, среднего, нижнего створа реки, м.

Затем можно определить гидравлический радиус:

.

Скорость течения воды определяют различными способами. На небольших водотоках скорость определяют гидрометрическими вертушками, поплавками. Ниже приводится методика определения скорости поплавками.

На водотоке выбирают прямолинейный незаросший участок без подпора воды, на котором перпендикулярно к динамической оси потока намечают три створа от одного берега до другого (верхний, средний, нижний). Расстояние между крайними створами должно быть не менее 3-5 размеров реки по ширине. На лесных речках это примерно 20-25 м. На каждом створе с помощью мерного шнура промеряют ширину реки и делают промеры глубин от уреза воды через равные отрезки 0,5 или 1,0, или 2,0 м, в зависимости от ширины реки и характера дна. Чем уже река, тем меньше расстояние.

Затем в безветренную погоду из расположенного на 2-5 м выше верхнего створа специального пускового створа отправляют не менее 10 поплавков. Секундомером засекают время прохождения каждого поплавка через верхний, средний и нижний створы (поплавок должен проходить это расстояние не менее, чем за 25 секунд).

Поплавки позволяют определить среднюю поверхностную скорость течения реки:

,

где - средняя поверхностная скорость реки, м/с;

- расстояние между крайними створами, м;

- среднее время прохождения расстояния всеми поплавками, с.

Для вычисления расхода воды необходимо от поверхностной скорости перейти к средней скорости течения воды, что осуществляется через переходной коэффициент К:

,

,

где С — скоростной коэффициент формулы Шези. Определяется по формулам Павловского, Агроскина и Базена.

По формуле Павловского:

,

,

где n — коэффициент шероховатости (для чистых земляных русел);

R — гидравлический радиус.

Расход воды в реке ( , м³/с) определяется по формуле:

.

Изучение методики определения расходов воды по водосливам.

Водосливом называется сооружение, перегораживающее поток (рис. 4). В перегораживающем сооружении (стенке) может устраиваться вырез.

Рисунок 4 - Течение воды через водослив

Н — напор воды, С — толщина порога и водосливы речной формы а, б, в.

Нижняя кромка выреза называется порогом водослива. Форма выреза может быть прямоугольной (рис. 4, а), трапецеидальной (рис.4, б), треугольной (рис. 4, в) и пр.

Водосливы бывают с тонкой стенкой и с широким порогом. Толщина стенки величина относительная, определяемая по отношению напора Н к толщине порога С (рис. 4). У водослива с тонкой стенкой Н превышает С не менее, чем в 2 — 3 раза. Водосливы с тонкими стенками можно при небольших расходах воды использовать в качестве водомерных сооружений [1].

Расход воды рассчитывается по формулам:

прямоугольный водослив Q = 1.95 bH  H,

трапецеидальный водослив Q = 1.86 bH  H,

треугольный водослив Q = 1.4 H²  H,

где Q — расход воды, м³/с; b — ширина порога, м;

Н — величина напора, м.

Водосливы с широким порогом используются в качестве водосбросных сооружений при плотинах. Расход воды через подобные водосливы рассчитывается по формуле:

Q = mw 2gH^3/2,

где m — коэффициент расхода; w — живое сечение потока; Н — напор, м.

6 Прохождение практики на объектах орошения, водоснабжения

Из объектов орошения и водоснабжения студенты могут познакомиться с плотинными прудами, земляными насыпными плотинами, дождевальными машинами, организацией орошения лесных питомников и теплиц, различными водозаборами.

При организации орошения питомника из плотинного пруда необходимо в отчете по практике привести данные по размерам плотины (высота плотины, коэффициенты откоса), водосбросного и водоспускного устройства и их конструкции (параметрам), водозаборному устройству, дождевальной машине (установке). По возможности, определить интенсивность дождя (измерением), его равномерность (измерением), впитывание осадков в почву и формирование поверхностного стока. Студенты должны знать режим орошаемой культуры и как он рассчитан. В зависимости от особенностей орошаемого объекта задачи практики могут несколько изменяться.

Знакомясь с водоснабжением лесных поселков, студенты должны уяснить основные требования к системам водоснабжения, размещению водозаборов, знать их устройство.

7 Прохождение практики на объектах противоэрозионной мелиорации

На объектах противоэрозионной мелиорации студенты знакомятся с элементами гидрографической сети, их состоянием, устанавливают стадии развития оврагов (если они есть), обращая особое внимание на состояние откосов оврагов и берега балок. Объектами изучения могут быть головные водосбросные устройства (быстротоки, перепады, консольные водосбросы), дренажные подушки, водозадерживающие и водонаправляющие валы, донные запруды (плетневые, деревянные, бетонные и т.п.). При обследовании разрушенных или неэффективно работающих противоэрозионных ГТС устанавливаются причины, повлекшие аварию или снижающие эффективность работы. Для анализа эффективности работы противоэрозионного комплекса студенты изучают слоистость почв, твердый сток. В отдельных случаях могут моделировать дождевание и изучать противоэрозионную устойчивость почвогрунтов [2].

8 Прохождение практики на объектах ландшафтного строительства с элементами гидротехнических сооружений

На данных объектах студенты СПС знакомятся с планировкой, ландшафтным дизайном и соответствующими гидротехническими сооружениями (фонтанами, малыми водоемами, гидропарками и т. д.).

На первом этапе работы планируются рекогносцировочные исследования (структура, стиль, компоненты, схемы, планы и т.п.).

На втором этапе работы проводится обследование объектов, описывается компоновка основных декоративных элементов композиции (растений, малых архитектурных форм и т.п.) и возможные пути реконструкции (улучшения) ландшафтного дизайна парков, скверов, бульваров, улиц с применением гидротехнических сооружений [3].

На конечном этапе работы студентам рекомендуется выполнить компьютерное моделирование выбранного объекта исследований с применением пакета прикладных программ «Ландшафтная архитектура», «Все для архитектуры строительства и дизайна», «Сад и огород» и др.

9 Оформление отчета

Отчет по учебной практике ГТМ оформляется студентами побригадно, должен иметь титульный лист (см. рис. 5) и состоять из следующих разделов: введение, ГЛМФ объекта практики, определение коэффициентов фильтрации (метод восстановления воды в скважине после от качки, метод инфильтрации (способ Болдырева)), гидротехнические сооружения (с элементами ландшафтного дизайна для студентов СПС), определение расходов воды в открытых водотоках, приложения (таблицы, чертежи, фотографии).

Отчет должен быть сброшюрован, сшит в папку и выполнен одним из следующих способов:

1) рукописным с высотой букв и цифр не менее 2,5 мм чернилами одного цвета (черного, синего, фиолетового),

2) печатным способом через 1,5 межстрочных интервала.

Рисунок 5 – Пример оформления титульного листа

Исправления в тексте (отдельные слова, формулы) следует вносить чернилами, тушью или пастой черного цвета. Текст отчета помещается на листах писчей бумаги формата 297х210 (А4) с необходимой рамкой внутреннего поля и углового штампа. Большой угловой штамп должен быть на первой странице отчета. В отчете принимается сплошная нумерация таблиц и рисунков (допускается в пределах раздела).

Отчет оформляется согласно ГОСТ 2.105-95 «Общие требования к текстовым документам». При выполнении чертежей должны быть соблюдены правила, установленные государственными стандартами и РД.

Список литературы

1. Бабиков, Б.В. Гидротехнические мелиорации лесных земель: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. / Б.В. Бабиков — СПб.: ЛТА, 2002. — 294 с.

2. Ивонин, В.М. Противоэрозионная мелиорация водосборов / В.М. Ивонин. — Новочеркасск, 1994. — 452 с.

3. Ландшафтный дизайн от А до Я. – М.: ОЛМА-ПРЕСС Гранд, 2003. – 320 с.

4. Рубцов, В. Г., Книзе, А. А. Закладка и обработка пробных площадей в осушенных насаждениях: Методические указания. — ЛенНИИЛХ, 1977. – 44 с.

5. Шошин, В.И., Прутской, А.В. Гидротехнические мелиорации: Учебное пособие для самостоятельной работы студентов очного и заочного обучения по направлению 656200 «Лесное хозяйство и ландшафтное строительство» / В.И. Шошин, А.В. Прутской. – Брянск: БГИТА, 2006. – 412 с.

Шошин Владимир Иванович

Прутской Алексей Владимирович

Гидротехнические мелиорации

Методические указания к прохождению учебной практики

студентов очной и заочной формы обучения по направлению 656200 – «Лесное хозяйство и ландшафтное строительство»

Лицензия НД № 14185 от 6.03.2005

Формат 60х84 1/16 Объем 1,7 п.л. Т. 50 экз.

Бесплатно

Брянская государственная инженерно-технологическая академия

241037, Г. Брянск, пр. Станке Димитрова, 3

Редакционно-издательский отдел

Подразделение оперативной печати

Подготовлено к печати 19 октября 2009 г.

3

26

4

25

5

24

6

23

7

22

8

21

9

20

10

19

11

18

12

17

13

16

14

15