|
|
ОглавлениеРаздел I. Орошение. Глава I. Оросительные системы и условия их применения Глава II. Орошение сельскохозяйственных культур с забором воды из реки Глава III. Орошение сельскохозяйственных культур водой местного стока Глава IV. Орошение сельскохозяйственных культур дождеванием Глава VI. Удобрительное орошение сточными водами Глава VII. Предупреждение вторичного засоления и промывка засоленных. Земель Глава VIII. Борьба с водной эрозией почвы Раздел II. Осушение. Глава IX. Осушительные системы и условия их применения Глава X. Проектирование осушительно-оросительной системы Глава XI. Проектирование закрытой осушительно-увлажнительной системы Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГлава X. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| № поля | Культура | Площадь, га |
| 1 | Капуста ранняя | 58 |
| 2 | Капуста ранняя | 58 |
| 3 | Картофель ранний | 56 |
| 4 | Зернобобовые | 56 |
| 5 | Кукуруза на силос | 56 |
| 6 | Кукуруза на силос | 56 |
| 7 | Морковь столовая | 56 |
| 8 | Свекла столовая | 54 |
| Итого: | 450 | |
Согласно заданию на проектирование требуется произвести осушение избыточно увлажненного участка закрытым дренажем и запроектировать оросительную сеть для полива дождеванием овощных и кормовых культур на площади 500 га.
Направление паводка — с северо-запада на юго-восток. В этом же направлении запроектированы магистральные каналы.
Природно-климатические условия в районе работ по осушению
Московская область расположена в центральной части русской равнины. По рельефу равнина неоднородная, представляет собой волнистое плато с заболоченными понижениями, рассеченными глубокими и широкими долинами рек. Речная сеть области довольно густая. Большинство рек относится к бассейну р. Оки и ее притоков и только на севере области — к бассейну верхней Волги. Общим для всех рек является наличие затопляемых пойм, извилистость русел и небольшие уклоны, обусловливающие медленное течение воды. Характерной особенностью весеннего половодья является затопление пойм в среднем на 10–20 сут.
Климат области характеризуется теплым летом и умеренно холодной зимой с устойчивым снежным покровом. Среднемесячная температура воздуха самого теплого месяца (июля) 15,2~23°, самого холодного месяца (января) — 10–11°. Теплый период со среднесуточной положительной температурой — от 206 до 216 сут. Безморозный период длится 220–240 сут. Московская область относится к зоне достаточного увлажнения. Годовая сумма осадков — 550–650 мм с колебаниями в отдельные годы от 270 до 800 мм (рис. 80).
Мелиоративное состояние осушаемого участка
Пойма р. Яхромы расположена в Дмитровском районе Московской области. Направление хозяйства — молочно-овощное. Почвы участка — торфяные, слой торфа 0,5 м. Под торфом залегает мощный слой среднего суглинка. Коэффициент фильтрации осушаемого и подстилаемого горизонтов примерно одинаков, Кф = 0,15 м/сут. Грунтовые воды безнапорные. Весной уровень грунтовых вод находится на глубине 0,15 м от поверхности почвы. Направление грунтового потока — в сторону р. Яхромы. Заболачивание осушаемого участка связано с высоким уровнем грунтовых вод и их слабым оттоком. Расход р. Яхромы 1,2–1,8 м3/с, поэтому она может служить источником орошения осушаемого участка.
Часть участка, расположенного вдоль р. Яхромы, заросла кустарником и мелколесьем, диаметр деревьев — 10–23 см, высота деревьев — 6–8 м. Кустарником и мелколесьем занято 30% площади участка. Около 20% площади покрыто пнями старой вырубки, диаметр пней — до 0,5 м. Середина осушаемого участка, 10% его площади, покрыта осоковыми кочками, мощность дернины 0,3–0,5 м. Камнями засорено 20% площади, на 1 га их содержится до 250 м3.
Рис. 79. График осадков и температуры воздуха
2. Определение характерных лет и года расчетной обеспеченности
Обеспеченность — это суммарная вероятность какого-либо события, иначе — это мера возможного появления того или иного события, например, различных гидрологических характеристик (сток, осадки, испарение и т. д.).
Гидротехнические сооружения для оросительной и осушительной системы, как правило, строят на длительный срок. Все сооружения рассчитывают исходя из определенного процента обеспеченности. Расчет режима орошения в зависимости от климатических условий района, погодных условий, реального или фиктивного года, проводят на процент обеспеченности не менее 75–95%, для дренажной сети на основании данных о стоке воды в весенний период 5–10%.
Для расчета процента обеспеченности выбирают данные за 25–35 лет наблюдений за стоком, осадками или другими параметрами. Их располагают в убывающем порядке и по формуле (125) определяют обеспеченность ряда
Р = 100 · (m – 0,3)/(n + 0,4).
(125)
При коротком ряде лет расчет ведется по формуле:
Р = 100m/(n + 1),
(126)
где: Р — % обеспеченности;
m — порядковый номер ряда;
n — число членов в ряду.
Затем строят кривую обеспеченности осадками (рис. 80) и определяют характерные и расчетные годы.
Рис. 80. Кривая обеспеченности
Для расчета параметров осушительной сети и составления планов регулирования водного режима в осушаемом слое почвы определяют расчетный год по разности между суммой осадков и испарения с площади водосбора. Такой подход обусловлен тем, что водный режим в осушаемом слое почвы формируется как под влиянием атмосферных осадков, так и испарения с поверхности почвы и растений. Следует учитывать, что эти показатели в значительной степени зависят от особенностей конкретного года, погодные условия которого могут иметь те или иные отклонения от средних (например, холодное лето при сравнительно малом количестве осадков или, наоборот, лето жаркое, а количество осадков довольно большое).
Для построения кривой обеспеченности заданных лет по разности между осадками и испарением с площади водосбора необходимо сделать расчет, приведенный в табл. 40. Сумму температур и атмосферных осадков за расчетный период (май-сентябрь) для каждого года выписывают из метеорологических таблиц.
Испарение за расчетный период определяют по общим формулам или зависимостям, выведенным для конкретного района. Для условий Московской области величину испарения можно рассчитать по формуле П. А. Волковского:
Е = Ки · Σt,
(127)
где: Ки — модуль испарения, м3/га, на 1° среднесуточной температуры воздуха, зависящий от влажности почвы (рис. 81);
Σt — сумма среднесуточных температур воздуха за расчетный период, °C.
Рис. 81. Модуль испарения
Так как влажность почвы в пределах водосбора равняется 63% полной влагоемкости, то по графику (см. рис. 81) Ки = 1,5 м3/га, или 0,15 мм на 1 °C. Тогда Е = 0,15 Σt. Разность между осадками и испарением может быть положительной или отрицательной. Например, в 1937 г. она равнялась 40 мм, а в 1958 г. +28 мм. При расположении разностей в убывающем порядке в табл. 40 соответственно каждой из них в графу 6 записывают год и по формуле (125) определяют процент его обеспеченности.
Таблица 40
Расчет лет различной обеспеченности по разности между осадками и испарением
| Год | Σt, сумма среднесуточных температур воздуха за май-сентябрь, оС | ΣЕ, сумма испарения за май-сентябрь, мм | ΣОс, сумма осадков за май-сентябрь, мм | R= ΣОс — ΣЕ, разность между осадками и испарением, мм | Год | R в убывающем порядке | Р,% обеспеченности |
| 1957 | 2340 | 351 | 311 | –40 | 1965 | 139 | 9,1 |
| 1958 | 2142 | 321 | 349 | +28 | 1962 | 44 | 18,2 |
| 1959 | 2238 | 336 | 329 | –7 | 1958 | 28 | 27,3 |
| 1960 | 2319 | 349 | 346 | –3 | 1966 | 14 | 36,4 |
| 1961 | 2313 | 347 | 301 | –46 | 1960 | –3 | 45,5 |
| 1962 | 1995 | 299 | 343 | +44 | 1959 | –7 | 54,6 |
| 1963 | 2457 | 369 | 336 | –33 | 1963 | –33 | 63,7 |
| 1964 | 2367 | 355 | 207 | –48 | 1957 | –40 | 72,8 |
| 1965 | 2130 | 320 | 459 | +139 | 1961 | –46 | 81,8 |
| 1966 | 2334 | 350 | 364 | +14 | 1964 | –48 | 91 |
Из табл. 40 устанавливаем следующие характерные годы: средневлажный — 1958 (27,3%), средний — 1959 (54,6%) и среднесухой — 1957 (72,8% обеспеченности).
Таблица 41
Осадки и температура воздуха расчетного 1961 г. (81,9% обеспеченности)
| Показатель | Май | Июнь | Июль | Август | Сентябрь | ||||||||||
| I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | |
| t, оС | 10,4 | 9,9 | 15,3 | 19,7 | 20,5 | 17,6 | 18,6 | 19,4 | 20,3 | 20,6 | 16,6 | 13,4 | 10,8 | 9,6 | 8,2 |
| Ос, мм | 1,5 | 34,1 | 2,6 | 2,0 | 22,7 | 6,5 | 26,4 | 32,5 | 16,2 | 20,3 | 28,6 | 62,6 | 23,0 | 15,9 | 5,9 |
Параметры осушительной сети проектируют для влажного года с обеспеченностью Р = 5–10%. В данном случае это будет 1965 г. (Р = 9,1%). Оросительную сеть проектируют для условий сухого года с обеспеченностью Р = 80–90%. Для расчета параметров оросительной сети принят засушливый 1961 г., имеющий 81,9% обеспеченности (табл. 41).
Выбор данных для текущего года
Для составления плана регулирования водного режима на текущий год принимают год 50% обеспеченности или год, который чаще всего повторяется. Чтобы установить, какой год по условиям погоды чаще всего повторяется, анализируют разности между осадками и испарением (см. табл. 40). Они могут быть или все отрицательные, или положительные, или часть положительных и часть отрицательных.
Если в табл. 40 все разности положительные или, наоборот, все отрицательные, за расчетный принимают год с 50%-ной обеспеченностью. Если 2–3 года с положительными, а 5 лет с отрицательными разностями, то за расчетный год принимают тот год, который чаще всего повторяется в данных условиях. Например, 2 с (+) и 8 с (–), то по среднему числу из 8 отрицательных с положительной разностью, а остальные с отрицательной, то за расчетный принимают год, который ближе всего подходит к данным условиям. Его и выбирают для составления хозяйственного плана регулирования водного режима на текущий год.
3. Выбор схемы осушительно-оросительной системы и проектирование осушительной сети
3.1. Выбор метода и способа осушения
Осушение избыточно увлажненных земель эффективно в том случае, когда коренным образом изменяют водный режим в осушаемом слое почвы или если оно ликвидирует причины, вызывающие заболачивание почвы. Прежде чем приступить к проектированию осушительной системы, необходимо сначала выяснить причины заболачивания, тип водного питания и наметить мероприятия для ликвидации вредного воздействия этих причин.
Целевая направленность мелиоративного комплекса, включающего технические, агротехнические и организационные мероприятия, обеспечивающие ликвидацию избыточного увлажнения территории, называется методом осушения. Техническое осуществление метода осушения с целью создания оптимального водно-воздушного режима почвы для выращивания сельскохозяйственных культур называется способом осушения. Другими словами, способ осушения — это порядок проведения мелиоративных мероприятий, который определяется экономической целесообразностью и технической возможностью (наличием денежных средств, материалов, механизмов и пр.).
В пойме р. Яхромы основная причина заболачивания — высокий уровень грунтовых вод и слабый их отток. Тип водного питания — безнапорные грунтовые воды. Метод осушения — понижение уровня грунтовых вод и ограждение осушаемого участка от поступления поверхностных вод, стекающих со склонов в пойму. Способ осушения — закрытый горизонтальный дренаж, так как он создает меньше помех для работы сельскохозяйственных машин, равномерно понижает уровень грунтовых вод, повышает коэффициент земельного использования, удешевляет эксплуатацию и, кроме того, предоставляет возможность осушаемые земли включать в пашню.
3.2. Выбор схемы осушительно-оросительной сети
Схема системы выбирается в зависимости от природных условий, типа водного питания и сельскохозяйственного использования осушаемой площади. В качестве осушительной сети выбираем закрытый, траншейный горизонтальный дренаж, а ограждение площади производим нагорными каналами. Исходя из рельефа участка и типа почвы, для орошения осушаемого участка лучшим способом будет дождевание. Принимая во внимание слабый общий уклон участка и наличие слоя торфа на его поверхности, для дождевания лучше всего запроектировать закрытую оросительную сеть.
3.3. Проектирование на плане участка осушительной части системы
Осушительная система будет состоять из следующих элементов:
– осушаемая территория (часть поймы р. Яхромы);
— регулирующая сеть (закрытые дрены);
— проводящая сеть (магистральные каналы и закрытые коллекторы);
— ограждающая сеть (нагорные каналы);
— сооружения на сети (устья, колодцы, шлюзы-регуляторы);
— дороги и дорожные сооружения;
— водоприемник (р. Яхрома).
Расположение осушительной сети на плане с учетом заданного севооборота и природных условий показано на рис. 82.
Рис. 82. Схема расположения полей, осушительной и оросительной сети на участке:
1 — коллектор; 2 — дрена; 3 — насосная станция; 4 — шлюз-регулятор; 5 — закрытый ороситель; 6 — водовыпуск; 7 — гидрант; 8 — переброска через магистральный какая; 9 — магистральный канал; 10 — гидрант-крестовина; 11 — нагорный канал
Водоприемник. Водоприемником осушительной сети может быть река, озеро, пруд, овраг и т. д. Основное назначение водоприемника — своевременно принимать из осушительной сети и отводить за пределы осушаемой территории избыточные воды. Реки-водоприемники имеют рабочую и сбросную части. Рабочий участок роки принимает воду из осушительной сети, а часть реки, расположенная ниже рабочего участка, то есть за пределами осушаемого участка, называется сбросной. Если водоприемник не справляется со своевременным отведением воды с осушаемой территории, то его следует отрегулировать. Регулирование водоприемника заключается в его спрямлении, углублении, придании правильной формы поперечному сечению, расчистке и т. д.
Отрегулированная часть водоприемника должна отвечать следующим требованиям:
– русло реки в плане имеет плавное очертание;
— уклон дна однообразный и по возможности увеличивается к устью;
— максимальный расчетный горизонт летне-осенних паводков полностью вмещается в русле и вода не выливается в наиболее низких местах береговой полосы;
— необходимые скорости течения воды в летне-осенние и паводковые периоды определяются с учетом повышенной шероховатости — вследствие зарастания ложа водной растительностью;
— форма поперечного сечения русла принимается с учетом устойчивости прорезаемых грунтов;
— берма шириной 3 м и больше чистая от грунта, а кавальеры разровнены или оформлены в дамбы под полотно дороги;
— русло реки оборудуется мостами, скотопрогонами, переездами и т. д.
К сбросной части водоприемника предъявляются следующие требования:
— сопряжение расчетных горизонтов паводковых расходов сбросного и рабочего участков осуществляется без спада и подпора;
— бытовые горизонты располагаются не менее чем на 2 м ниже прибрежной части осушаемой территории;
— поперечные сечения сбросной и рабочей частей примерно одинаковы;
— дно регулируемого участка реки выведено на отметку дна сбросного участка.
После водоприемника вторым основным элементом осушительной сети является магистральный канал, так как от его размеров и технического состояния зависит успех работы всех впадающих в него каналов и коллекторов.
К магистральному каналу предъявляют следующие требования:
— русло канала должно совпадать с направлением паводка;
— он должен проектироваться по самым низким отметкам осушаемой площади, а на болоте с мелко залежным торфяником проходить по тальвегам минерального дна болота;
— он должен быть прямолинейным и иметь минимальное количество поворотов;
— уровень воды в канале не должен подпирать уровень впадающего канала, летне-осенний паводок должен полностью вмещаться в его русле;
— форма поперечного сечения должна отвечать устойчивости прорезаемых грунтов.
Допускаемые уклоны магистрального канала — от 0,0005 до 0,005. Расстояние между проводящими каналами зависит от допустимой длины закрытых коллекторов дренажной сети и количества полей в принятом севообороте. Длина коллектора принимается в пределах 600–1200 м. При размещении полей необходимо стремиться к тому, чтобы они имели прямоугольную форму, а ширина их была бы не меньше 400–500 м.
Ограждающая сеть. С западной стороны участка запроектировано три нагорных канала, каждый из которых впадает в магистральный канал. Нагорные каналы предназначены для перехвата и отвода поверхностных вод, стекающих с прилегающего водосбора на осушаемую территорию. Незакрепленные нагорные каналы должны проектироваться с уклоном i = 0,0005–0,005 (рис. 82). Ловчие каналы предназначены для перехвата и отвода грунтовых вод, притекающих на осушаемую территорию с прилегающих водосборов (рис. 83).
Рис. 83. Каналы ограждающей сети:
а) нагорные канал; б) ловчий канал
Закрытые коллекторы дренажной сети. Назначение закрытых коллекторов — принять воду из закрытых дрен и отвести ее с осушаемого участка в магистральный канал. От работы закрытых коллекторов зависит нормальная работа дренажной сети. Коллекторы прокладывают пo наибольшему уклону осушаемой площади. Допустимые уклоны коллекторов 0,0015–0,07. В зависимости от рельефа местности дрены к коллектору подсоединяют с одной или с двух сторон.
