Расчет параметров закрытой осушительной сети

Правила выполнения лабораторных работ

Каждый студент должен иметь тетрадь для лабораторных занятий, в которой записываются расчеты, зарисовываются необходимые планы и схемы.

Перед выполнением лабораторно-практических работ студент должен ознакомиться с теоретическим материалом, вычертить в тетради образцы таблиц и формул для расчетов, уточнить у преподавателя все неясные вопросы.

После выполнения лабораторных работ студенты представляют преподавателю, ведущему занятия, отчет.

План отчета: последовательность выполнения лабораторно-практической работы; расчеты по определению необходимых величин; графические зависимости (графики строят на миллиметровой бумаге в масштабе); объяснение и анализ физического смысла полученных зависимостей.

Каждый студент сдает отчет по лабораторным работам индивидуально.

При сдаче лабораторной работы студент должен быть готов к ответам на следующие вопросы:

1. порядок расчета экспериментальных величин и методика их расчета (расчетные формулы);

2. оценка полученных расчетов, их анализ и объяснение физического смысла;

3. выводы.

Для выполнения лабораторных работ студент должен иметь: калькулятор, карандаш, линейку, ластик, ручку и тетрадь. Должен владеть компьютером.

1.ГИДРОЛОГИЯ.

Гидрология изучает воды земного шара, их режим, перемещение и деятельность в различных географических условиях. Объектами изучения гидрологии являются: океаны, моря, реки, озера, водохранилища, болота, вода атмосферы, ледники, а также почвенные и подземные воды. Поэтому в состав гидрологии входит и гидрогеология, изучающая закономерности режима подземных вод,

Раздел гидрология, в котором изучаются закономерности распространения поверхности вод, процессы и явления, протекающие в них, называется гидрологией суши.

1.1. Водные ресурсы мира

Основная масса воды гидросферы сосредоточена в Мировом океане, занимающем 71% всей площади земли (361,3 млн.км²).

Объем водной массы в Мировом океане равен 1338,5 млн.км³, что составляет около 96,53% общих запасов воды на земле.

Ресурсы поверхностных вод суши слагаются из вод, аккумулированных в ледниках (99,2%), озерах (0,73%), болотах (0,05%) и руслах рек (0,01%). Распределение природных вод на земле характеризуется следующими данными (табл.1)

Таблица 1

Распределение природных вод на земле [17]

	Площадь		Доля от общих
Воды	распространения, км²	Объем, км³	мировых запасов воды, %
Мировой океан	361 300 000	1 338 500 000	96,53
Ледники и снега	16 227 500	24 064 100	1,74
Подземные
(гравитационные	134 800 000	23 400 000	1.69
и капиллярные)
Подземные (льды)	21 000 000	300 000	0,023
Почвенная влага	82 000 000	16 500	0,001
озер	2 058 700	176 400	0,014
болот	2 682 600	11 470	0,0007
в руслах рек	148 800 000	21 20	0,0002
Биологическая вода	510 000 000	11 20	0,0001
Вода в атмосфере	510 000 000	12 900	0,001

Из поверхностных вод суши особое значение имеют воды озер и рек, ресурсы которых находят наиболее широкое применение в экономическом развитии и создании благоприятных условий жизни для человека

На земном шаре насчитывается 145 больших озер, площадь водной поверхности которых превышает 100 км². В них аккумулировало 95% объема озерных вод. Из общего объема озерных вод, равного 176,4 тыс.км, на пресные воды приходится 91000, а на соленые - 85400 км³. Большая часть озерных соленых вод сосредоточена в самом большом бессточном озере - Каспийском море (76040 км³). Наибольшее количество пресной воды - в оз.Байкал (23000 км³ или 68% всего объема пресных озерных вод СССР).

Наиболее крупные озера России характеризуются следующими показателями (табл.2.)

Суммарные статистические запасы пресной воды в озерах страны составляют 27,5 тыс.км³.

Таблица 2

Некоторые крупные озера России

Название

Площадь зеркала, км²

Глубина, м

Объем воды, км³

средняя

наибольшая

Байкал

31500

730

1741

23000

Ладожское

17700

5,1

230

908

Онежское

9720

127

285

В настоящее время на нашей планете в эксплуатации находится более 10 тыс. водохранилищ с общей емкостью около 5000 км³ воды. Наиболее крупные из них: в Европе - Куйбышевское на р. Волге емкостью 58 км³; в Азии - Братское на р. Ангаре - 169 км³; в Африке - Оден -Фолс на р. Нил - 205 км³; в Северной Америке - Даниэль - Джонсон на р. Маникуган - 142 км³; в Южной Америке - Эль Мантеко на р. Кафони - 111 км³.

Значительные запасы воды содержатся на заболоченных территориях. На земной поверхности общая площадь болот составляет около 2682 км². Суммарный объем болотных вод на Земле 11470 км³.

Вода русел рек относится к ежегодно возобновляемым ресурсам (речной сток) и обычно называется ресурсами поверхностного стока.

Среди 17 крупных рек мира реки нашей страны занимают довольно скромные места (Енисей - 5, Лена - 7, Объ - 13, Волга -16) (табл. 3,4).

Распределение речных водных ресурсов на территории страны в силу природно-географических причин носит зональный характер. Около 80% всех водных ресурсов представлены в зоне избыточного увлажнения, которая занимает 48% территории страны (северные, восточные и горные районы). На зону с большим дефицитом речных вод, охватывающую 27% территории страны (пустынные и полупустынные районы, а также территории сухих степей), приходится 2% ресурсов речных вод; на территорию, приходящуюся в средних широтах (25% общей площади) и имеющую удовлетворительную увлажненность - 13% стока речных вод.

Важная особенность большинства рек нашей страны - неравномерность стока в течение года. На большей части территории страны основной объем годового стока рек приходится на период весеннего половодья, когда за 1 - 3

месяца стекает 50 -60%, а в некоторых районах до 90 -95% от суммарного годового стока.

Таблица 3

Крупные реки Мира

№ п.п	Реки	Средний годовой расход воды, тыс.м³/с	Площадь водосбора, тыс.км²	Длина, км
1	2	3	4	5
1	Амазонка	120	7000	5500
2	Конго	40	3690	4320
3	Ганг и Брахмапутра	39	2000	2900
4	Янцыцзян	31	1808	5800
5	Енисей	20	2580	5950
6	Миссисипи	19	3220	3220
7	Лена	17	2490	4270
8	Замбези	16	1330	2660
9	Парана	15	4250	4380
10	Ориноко	14	1085	2400
11	Мекензи	14	1760	1700
12	Иравада	13	430	2150
13	Объ	13	2990	5570
14	Меконг	12	810	4500
15	Нигер	12	2090	4160
16	Волга	8	1380	3090
17	Дунай	6	817	2850

Таблица 4

Крупные реки России

№ п.п	Реки	Расход воды, тыс.м³/с (средний годовой)	Модуль стока, л/(с-км²)	Длина, км
1	Енисей	29,9	7,7	5950
2	Лена	16,8	7,0	4270
3	Объ	12,8	4,3	5570
4	Амур	10,9	5,9	4060
5	Волга	8,1	5,8	3090
6	Печора	4,1	12,8	1790
7	Колыма	4,0	6,2	2600
8	Пясина	2,6	14,5	680

Основной источник, формирующий поверхностные воды, атмосферные осадки. В среднем в год на территории России выпадает около 10 тыс. км³ осадков, из них 19% в виде снега. Из этого объема осадков 4358 км³ расходуется на сток и 7532 км³ на испарение (63%).

1.2. Круговорот воды в природе и водный баланс

Круговорот воды в природе - непрерывный, практически замкнутый процесс обращения воды на земном шаре, происходящий под воздействием солнечной радиации и силы тяжести. Основные фазы круговорота воды - испарение воды с поверхности океана и суши в результате солнечной радиации, перенос водного пара воздушными течениями, конденсация водного пара и выпадение осадков на поверхность океана и суши, сток выпавших на сушу осадков в океан по поверхности земли (речной сток) и подземным путем (рис. 1). В настоящее время вместо термина «круговорот воды» часто употребляют термин «гидрологический цикл», заимствованный из американской гидрологической терминологии.

В природе существуют два непрерывных кругооборота воды - большой и малый. Большой кругооборот характеризуется четырьмя звеньями: испарение, перенос, осадки, сток. Малый кругооборот (внутри материковый) характеризуется лишь двумя звеньями - испарение и выпадение осадков.

Водный баланс огромной территории и за большой промежуток времени выражается упрощенным уравнением водного баланса, так как многие другие элементы водного баланса взаимно уничтожаются:

О = И + С,

где О осадки; И испарение; С сток (суммарный).

В среднем по стране, по многолетним данным, годовое количество осадков составляет 507 мм (100%), испарение 310 мм (61%), сток 197 мм (39%).

Рис. 1 Схема круговорота воды в природе:

1-почвенно-растительный слой; 2 - породы разнообразные по составу и свойствам; 3- испарение с поверхности океана; 4-инфильтрация атмосферных осадков в почвенный покров; 5-уровень подземных вод; 6-общее направление стока поверхностных и подземных вод; 7-океан; 8-облака.

Уравнение водного баланса для небольшого участка земной поверхности и ограниченного промежутка времени имеет следующий вид:

О+Пп+Пг+К=С+Ф+И+Т±Зг±Зп;

где О - осадки; Пп - приток поверхностных вод на данный участок; Пг - приток грунтовых вод; К - конденсация водяных паров; С - сток поверхностных вод с данного участка; Ф - фильтрация (сток подземных вод); И - испарение физическое с поверхности почвы и растений; Т - транспирация растительностью; Зг - увеличение или уменьшение запаса подземных вод; Зп - увеличение или уменьшение запаса поверхностных вод.

Элементы водного баланса оказывают определяющее влияние на обеспеченность почвы влагой и на ее лесорастительные свойства. Если приходная часть водного баланса превышает расходную, то наблюдается избыток влаги в почве и требуется осушение, если же приход влаги меньше расхода - необходимо орошение.

1.3. Типы водного питания

Под типом водного питания понимается качественная характеристика водного режима участка земли, определяемая преобладающим источником поступления воды и элементов питания.

Различают следующие типы водного питания: атмосферный, грунтовый, грунтово-напорный, склоновый, намывной.

Атмосферный тип водного питания характеризуется преобладанием поступления атмосферных осадков.

Грунтовый тип водного питания характеризуется преобладанием притока грунтовых вод.

Грунтово-напорный тип водного питания - разновидность грунтового типа водного питания, характеризуется преобладанием притока напорных грунтовых вод.

Склоновый тип водного питания характеризуется преобладанием притока вод склонового стока.

Намывной тип водного питания характеризуется преобладанием притока вод половодья и паводков.

По условиям залегания и распространения в вертикальном разрезе верхней части литосферы выделяют почвенные, грунтовые и межпластовые подземные воды.

Почвенные воды залегают обычно на небольшой глубине (0,5-1,0м) вблизи земной поверхности. Воды эти в санитарном отношении почти всегда загрязнены и поэтому непригодны для питьевого потребления.

Наиболее широко распространены грунтовые воды, т.е. такие, которые залегают на первом от поверхности горизонте водонепроницаемых горных пород. На глубине водоносные горизонты могут перекрываться водонепроницаемыми горными породами. В таких условиях подземные воды переходят в межпластовые, т.к. водоносная толща в вертикальном разрезе зажата между двумя не пропускающими воды пластами горных пород. Верхний пласт называется кровлей межпластовых вод, а нижний - водоупорным ложем.

В тех случаях, когда межпластовая вода находится под гидростатическим давлением, пробуренная скважина может фонтанировать. Такая межпластовая вода называется артезианской. Такое название она получила по провинции Артуа (Франция), которая в древности называлась Артензия, где впервые были пробурены фонтанирующие скважины. По ОСТ 56-76-84 артезианская вода определяется как грунтовая вода, в отличие от безнапорной, движущейся в почве под воздействием силы тяжести в направлении уклона свободной поверхности.

2. ГИДРАВЛИКА

Гидравликой называется прикладная техническая наука, в которой изучаются законы равновесия и движения капельных жидкостей, а также методы применения этих законов в различных областях инженерной практики.

На законах гидравлики основаны расчеты каналов, гидротехнических сооружений, водопроводов и др.

2.1. Основные физические свойства жидкостей

Жидкость представляет собой физическое тело, частицы которого легко подвижны, т.е. жидкость обладает текучестью, в отличие от твердых тел. Легкоподвижность частиц обусловливается тем, что покоящаяся жидкость не может сопротивляться касательным напряжениям. В отличие от твердых тел жидкости не обладают способностью сохранять форму и приобретают форму сосуда, в котором находятся.

Объемной массой жидкости называется отношение веса жидкого тела к его объему. Объемные массы жидкостей, с которыми наиболее часто приходится сталкиваться в инженерной практике, приведены в таблице 5.

Масса единицы объема воды: см³, л, м³ при 4 °С равна соответственно 1г, 1кг, 1т.

Плотностью называется отношение массы тела к его объему. За единицу плотности принимается килограмм на кубический метр (кг/м³), что соответствует плотности такого однородного вещества, на один кубический метр которого приходится масса в один килограмм.

В гидравлике широко используется также понятие относительной плотности, представляющей собой отношение плотности рассматриваемой жидкости к плотности воды при t=+3,98 °С и атмосферном давлении. Плотность льда 0,92 г/см³, т.е. лед легче воды, поэтому он держится на воде.

Таблица 5

Объемная масса некоторых жидкостей

Наименование жидкости	Объемная масса, кг/м³	t, °С
Чистая пресная вода	1000	4
Обычная морская вода	1020-1030	4
Нефть легкая	860-880	15
Нефть средняя	880-900	15
Нефть тяжелая	920-930	15
Керосин	790-820	15
Бензин авиационный	650	15
Бензин обыкновенный	700-750	15
Соляровое масло	880-890	15
Смазочные масла	890-920	15
Мазут	890-940	15
Гудрон	930-950	15
Алкоголь безводный	790-800	15
Глицерин	1260	0
Ртуть	13600	0

Сжимаемостью называется свойство жидкости изменять свой объем при изменении давления и температуры. Напомним, что вода практически несжимаема.

Наличие внутреннего трения в жидкости обусловливает ее свойство оказывать сопротивление касательным усилиям, которое называется вязкостью.

В воде обычно содержится растворимый воздух. Как известно, при понижении давления он начинает выделяться, в результате чего образуются воздушные пузырьки. Это вызывает нарушение сплошности потока. Если давление понизится до давления насыщенных паров воды, то начинается образование пузырьков, заполненных насыщенными парами воды и частично воздухом.

Если содержащая такие паровоздушные пузырьки вода при своем движении поступит в область с повышенным давлением, где оно буде выше давления насыщенных паров, то начнется захлопывание пузырьков. Вследствие их исчезновения при мгновенной конденсации пара происходит местное повышение давления до 1000 и более атмосфер. Это явление называется кавитацией.

Кавитация приводит к разрушению материала конструкций в той области, где происходит этот явление, сопровождаемое характерным шумом и треском (кавитационная эрозия).

Давление воды на плоские стенки. Покоящаяся вода оказывает давление на дно и стенки сооружений. Это давление всегда направлено нормально к отдельным площадкам и называется гидростатическим. Полное гидростатическое давление в любой точке покоящейся жидкости равно весу столба воды над данной площадкой плюс давление на свободную поверхность воды (обычно атмосферное давление равное столбу воды высотой 10м).

Следовательно, давление воды на плоское горизонтальное дно без учета атмосферного давления равно:

P=W×h×γ,

где Р - давление на дно; W - площадь дна; h - расстояние от поверхности воды до дна (глубина воды); γ -объемная масса воды.

Полное гидростатическое давление (Р_П) в любой точке покоящейся жидкости равно гидростатическому давлению (Р) плюс атмосферное давление на свободную поверхность жидкости (Р_а),

Рп=Р+Ра

Пьезометрическая высота. Рассмотрим закрытый сосуд 1, заполненный жидкостью, на поверхности которого действует давление Р₀, превышающее атмосферное давление Р_а (рис. 2). Предположим, что в некоторой точке А, расположенной на глубине h, сделано отверстие, к которому присоединена трубка 2, открытая сверху, т.е. сообщающаяся с атмосферой. Так как давление на поверхности жидкости Р₀ больше атмосферного, то жидкость в трубке 2 поднимается на некоторую высоту, которая в гидравлике называется пьезометрической высотой, отвечающей избыточному гидростатическому давления в точке А (она называется просто пьезометрической высотой).

Рис. 2

Сама трубка, в которой поднимается жидкость, называется пьезометрической, или пьезометром.

Таким образом, в данном случае пьезометрическая высота будет равна глубине погружения точки в жидкость.

2. ГИДРОМЕТРИЯ

Слово «гидрометрия» означает измерение жидкостей.

Гидрометрия - это наука о методах и средствах определения величин, характеризующих движение и состояние жидкости, и режим водных объектов.

Уровнем или горизонтом воды называется высота поверхности относительно постоянной горизонтальной плоскости.

Устройство для определения уровня воды в водостоке или водоеме называется постом. Они бывают реечные и сваечные.

На реечных постах (рис. 3) устанавливают вертикальную или наклонную рейку с делениями, позволяющими замерить положение уровня воды с точностью до 1 см. Реечный пост в зависимости от местных условий может состоять из нескольких реек. Нуль рейки является нулем водомерных наблюдений, отметка которого обычно известна, т.к. все устройства водомерного поста нивелируются.

Рис. 3. Реечное водомерное устройство.

1 - рейка, укрепленная на свае; 2 - ограждение рейки от плывущих предметов; 3 - уровень

высоких вод.

На больших реках с пологими берегами устраивают свайные посты (рис.

4), состоящие из группы свай. Сваи располагаются в одном створе, перпендикулярном среднему направлению течению воды, а нумеруются по порядку, начиная с верхней.

Разность между отметкой нуля водомерных наблюдений и отметкой нуля графика водомерного поста называется приводкой к нулю графика поста.

Пункт, оборудованный устройством и приборами для наблюдений за гидрологическим режимом вод, называется гидрологическим постом, или гидрологической станцией. Станция отличается от поста большим объемом наблюдений. В зависимости от объекта изучения эти пункты подразделяются на речные, водохранилищные, озерные и болотные.

3.1.Приборы для измерения скоростей течения воды

По принципу действия приборы для измерения скоростей течения жидкости можно классифицировать следующим образом:

• гидрометрические поплавки основаны на перемещении вместе с водой тела, отличного по своим физическим или химическим свойствам от воды. В качестве таких поплавков часто используют цилиндрические кружки высотой 3-7 см, отпиленные от бревна;

• гидрометрические вертушки - скорость течения воды определяют по числу оборотов винта, или рабочего колеса, в единицу времени, вращающегося под действием потока жидкости;

• гидрометрические трубки основаны на связи между скоростью потока и гидродинамическим давлением;

• гидрометрические флюгера скорости течения жидкости определяют по углу поворота пластинки, отклоняемой потоком;

• гидрометрические динамометры - основаны на зависимости между скоростью и степенью изгиба тензометрической пружины под влиянием динамического давления жидкости;

• батометры-тахеометры - скорость течения определяют по объему воды, поступающему в баллон прибора за единицу времени;

• ультразвуковые и радиоактивные измерители скорости - основаны на создании в потоке упругих колебаний с частотой ультразвука; по времени прохождения известного расстояния раствором радиоактивного изотопа, введенного в поток.

Рис. 4. Свайный водомерный: пост 1 - репер; 2 - рейка; 3 - свая.

3.2. Способы определения расходов воды

Способы определения расходов воды обусловлены главным образом формами ее движения и величиной измеряемых расходов. Существует общая классификация способов определения расходов.

К первой группе относятся абсолютные способы - весовой и объемный, требующие измерения веса (объема) жидкости и времени. До известной

степени абсолютным является и такой способ, при котором все элементы модели расхода, а именно местные скорости и глубины, получаются путем непосредственных измерений (например, по скорости и поперечным сечениям потока). Поскольку от глубины переходят к площадям живых сечений, этот способ иногда называют способом площади-скорости. Все эти способы относятся к гидрометрическим, т.к. для определения расхода не нужны какие - нибудь косвенные измерения.

К определению расхода можно подойти иначе, если есть строгое уравнение расхода, полученное методами гидравлики. Например, при течении жидкости через водослив существует связь между напором и расходом воды, по которой, зная напор, можно определить расход.

Способы определения расходов, в которых непосредственно используются законы гидравлики, называются гидравлическими. Для них характерно использование закономерностей в потоке при переходе потенциальной энергии в кинетическую и, наоборот, на сравнительно коротком участке пути. Существуют такие способы, содержащие характерные черты как гидрометрических, так и гидравлических способов. Их называют гидравлико-гидрометрическими.

В упомянутых гидравлических способах не учитывается в явном виде структура потока. Но существует способ определения расхода, в основу которого как раз и положена турбулентная структура потока, приводящая к перемешиванию частиц жидкости. Это способ смешения.

Получили развитие способы определения расходов напорного потока, в которых использованы явления теплообмена, электромагнетизма, ультразвука. Эту группу условно называют физическим способами.

В особую группу можно выделить гидрологические способы определения расходов рек. Они являются косвенными, т.к. не требуют каких-либо изменений самого потока, основаны на связи расходов воды с физико- географическими факторами бассейна реки и позволяют приближенно рассчитать средние за длительный период и экстремальные значения расходов.

3.3. Определение расходов воды водосливами

Водосливом называется перегораживающее водный поток сооружение, в котором струя воды-жидкости переливается через его верхнюю кромку (рис. 5).

Для переливания воды в перегораживающей стенке устраивается вырез. Нижнее ребро выреза называется шириной водослива (в), а толщину его стенки - шириной порога (а). Часть водного потока перед водосливом называется верхним бьефом, за водосливом - нижним бьефом. Наибольшее превышение горизонта воды в верхнем бьефе над порогом водослива называют напором (Н).

Рис. 5. Характеристика параметров водослива, в - ширина водослива; а - ширина порога (толщина стенки); Н - величина напора.

По форме выреза в стенке, различают водосливы прямоугольные, трапециедальные и треугольные, а по профилю - с тонкой стенкой, широким порогом, практических профилей (при плотинах).

Водослив с тонкой стенкой такой, у которого ребро порога острое. Такие водосливы называют гидрометрическими. У водосливов с широким порогом толщина стенки в 2-3 раза больше величины напора; у водосливов практических профилей очертания порога совпадают с контуром падающей струи.

По влиянию глубины воды в нижнем бьефе на пропускную способность водослива различают затопленные и незатопленные водосливы. У незатопленных водосливов уровень нижнего бьефа не влияет на расход воды через водослив, у затопленных - уровень нижнего бьефа снижает расход.

Расход воды через водосливы приближенно можно определить по формулам:

• Для прямоугольного незатопленного водослива с тонкой стенкой

Q=1,95 в H√H;

• Для трапецеидального незатопленного водослива с тонкой стенкой

Q=1,86 в Н√Н;

• Для водослива с широким порогом

Q=l,4 в Н√Н;

• Для треугольного незатопленного водослива

Q=l,4H²√H;

где Q - расход воды; в - ширина водослива; Н - величина напора.

Указанные водосливы широко применяются как водомеры на оросительных, осушительных и обводнительных каналах, реках и гидротехнических сооружениях.

4. ОСУШЕНИЕ

Этот раздел является самой существенной частью курса, по нему разрабатывается курсовой проект студентами очного и заочного форм образования.

Осушение в лесном хозяйстве предназначено для предупреждения или ликвидации влияния избытка воды на рост леса в результате неблагоприятного сочетания природных факторов или хозяйственной деятельности человека.

^* X - здесь и последующих задачах - вместо х нужно подставлять (не умножать) указанную в скобках цифру.

Удаление избыточной влаги из корнеобитаемого слоя почвы - один из видов мелиорации, которая дает возможность повысить производительность заболоченных лесных почв, поднять продуктивность леса, расширить использование новых земель под лесное хозяйство.

Известно, что растения на 70-85 % состоят из воды. Нормальной увлажненностью почвы считается, когда в почве примерно 2/3 почвенных пор заняты водой, а 1/3 заполнена воздухом, такое состояние почвы называется полевой влагоемкостью. Поэтому избыточно увлажненные земли формируются в том случае, когда приходная часть водного баланса превышает расходную.

Избыточно увлажненные земли подразделяются на земли с временным и постоянным избытком влаги.

Временно избыточно увлажненные земли испытывают переувлажнение преимущественно в весенние и осенние периоды.

При постоянном избытке влаги разложение органических веществ, вследствие слабой аэрации, происходит медленно, что приводит к формированию торфяного горизонта. Земли с наличием торфа до 20-30 см называют заболоченными. При мощности торфа более 20 см в осушенном и более 30 см в неосушенном состояниях избыточно увлажненные земли относят к болотам.

Болота принято разделять на три основных типа: низинные, переходные и верховые. Тип болота определяется характером (типом) водного питания. По мощности слоя торфа: мелкие (до 0,5 м), средние (0,5-1,5), глубокие (более 1,5).

К низинным относятся болота, увлажняемые водами, богатыми минеральными веществами, т.е. в основном притоками грунтовых вод.

К верховым относятся болота, увлажняемые водами, бедными минеральными веществами, их питание осуществляется в основном за счет атмосферных осадков.

Переходные болота формируются на стадии перехода болота от низинного к верховому.

В определенной степени богатство торфа характеризует зольность. Низинные болота имеют зольность больше 8 %, верховые - меньше 4 %.

Выделяют следующие основные типы водного питания: атмосферный, грунтовый, грунтово-напорный, намывной и смешанный.

Атмосферный тип питания наблюдается на участках, расположенных на водоразделах и верхних частях склонов, основным методом осушения здесь является ускорение поверхностного стока, главным образом с помощью открытых каналов.

Грунтовый тип водного питания отмечается на пониженных элементах рельефа, основным методом осушения является ускорение подземного стока с понижением грунтовых вод открытыми каналами, а при наличии потока грунтовых вод - перехват его ловчими каналами со стороны водосбора.

Грунтово-напорный тип водного питания обычно встречается в нижних частях склонов, часто в долинах рек, когда напорный водоносный горизонт, подводящий воду, располагается между водоупорными слоями. При этом типе водного питания применяется метод осушения путем создания вертикальных дрен или глубоких каналов.

Намывной тип водного питания вызывается регулярным поступлением вод на пониженные участки долин или пойменных террас рек в период весенних половодий. Основной метод осушения - это ограждение территории дамбами или валами со стороны реки, озера или моря, строительство осушительной сети со шлюзами на магистральных каналах.

Смешанный тип водного питания наблюдается в случаях совместного действия нескольких из вышеназванных типов водного питания. Осушение земель в этом типе водного питания проводят в основном двумя способами - открытыми каналами и закрытым дренажем, двумя методами осушения: ускорение внутреннего стока с отводом воды через почвогрунт ниже основной массы корней или через корнеобитаемую зону и ускорением поверхностного стока.

Гидромелиорация в целом и осушение лесных земель в частности проводится для создания благоприятного для древесных растений водного режима почв, путем поддержания определенного уровня грунтовых вод на осушаемых площадях.

Рис.6. Атмосферный тип водного питания

Рис. 7. Грунтовый тип водного питания

Рис. 8. Грунтово-напорный тип водного питания

Рис. 9. Намывной тип водного питания

4.1. Образование болот

Болото - это участок земной поверхности с избыточно застойным или относительно проточным увлажнением грунтов, на котором произрастает преимущественно влаголюбивая растительность, развивается болотный тип почвообразования, происходит накопление неразложившегося органического вещества, превращающегося в дальнейшем в слой торфа.

В зависимости от количества растворенных в воде минеральных солей, т.е. типа вводно-минерального питания растений, болота подразделяются на богатые (автрофные, содержат 100-300 мг солей на 1 л), бедные (олиготрофные от нескольких мг до десятков мг солей) и средние или обедненные (олигомезотрофные), по происхождению влаги - соответственно на грунтовые, атмосферные и атмосферно-грунтовые.

Болото образуется в результате заболачивания почвы и зарастания водоемов в условиях избыточного увлажнения почвогрунтов, с чем связаны плохой газообмен почвы, развитие анаэробных почвенных процессов, замедление распада органического вещества. Накоплению влаги способствует живой растительный покров (особенно мхи) и в большей степени - отмершие растения.

Заболачивание - это почвообразовательный процесс, развивающийся в анаэробных условиях в результате действия застойных вод. Начинается он с изменения вводно-воздушного режима, увеличения застойной влаги, что приводит к изменению состава микрофлоры и растительности, к замедленному разложению и накоплению органического вещества (главным образом торфа), формированию заболоченных и болотных почв. Заболачивание может быть вызвано атмосферными, поверхностными (склоновыми, русловыми) и грунтовыми водами, а также криогенными, биогенными и антропогенными факторами. Чаще заболачивание наблюдается на тяжелых почвах, В лесной зоне заболачивание наблюдается после сплошных лесосечных или концентрированных рубок, лесных пожаров, ветровала, приводящих к резкому снижению расхода влаги на десукцию (30-40%).

Таким образом, заболачивание суши и образование болот происходит в том случае, когда приходная часть водного баланса превышает расходную.

Заболачивание лесосек и горельников.

Известно, что древостой на кронах задерживает до 30-40 % осадков. Величина зимних осадков (мощность снежного покрова) в лесу на 20-30% меньше, чем на безлесных участках. Древостой, таким образом, задерживая осадки значительно больше, чем безлесные участки, расходует влагу на суммарное испарение за счет транспирации. Поэтому при вырубке древостоя увеличивается поступление влаги на поверхность почвы, а суммарное испарение уменьшается. Кроме того, при вывозке леса с лесосеки происходит разрушение напочвенного покрова и лесной подстилки, образуются углубления и понижения. Все это способствует увеличению и накоплению влаги в понижениях. Появляется гигрофильная растительность - осоки, кукушкин лен, сфагновые мхи. Начинается заболачивание вырубки. Однако в большинстве случаев при небольшой ширине лесосек и соблюдении при рубке сроков примыкания болота на вырубках не образуются, поскольку на них (вырубках) с течением времени появляется кустарниковая, а затем и древесная растительность, которая задерживает влагу на кронах и улавливает транспирацию. Образование болот возможно при больших площадях рубок на концентрированных лесосеках.

Схема заболачивания горельников близка к заболачиванию лесосек. Заболачивание происходит вследствие нарушения составляющих водного баланса. После сгорания леса увеличивается поступление влаги на поверхность почвы и снижается ее расход на суммарное испарение, что и приводит к заболачиванию.

Заболачивание лесных пойм и стариц.

Поймой называется ежегодно затапливаемая половодьем часть речной долины. Весенние воды приносят в пойму большое количество взвешенных веществ, богатых органикой. Поэтому издавна пойменные луга считаются наиболее продуктивными. В случаях с широкими поймами при малых их уклонах долго застаивающаяся вода намывного питания приводит к появлению гидрофитной растительности (таволга вязолистная, рогоз, вахта, сабельник болотный). Растительный опад, образующийся в большом количестве, совместно с илистыми отложениями реки создает богатый торфяник низинного типа. В дальнейшем с появлением сфагновых мхов в этих условиях может сформироваться и переходное болото.

Заболачивание может происходить в зоне разгрузки грунтовых вод в местах выхода ключей в нижней части пологих склонов, образуя присклоновые (висячие) болота.

В настоящее время в болотообразовании приобретает значение антропогенный фактор. При строительстве дорог, прокладке трубопроводов, нарушая при этом естественное движение грунтовых вод. Изменяется сложившийся веками режим грунтового стока. Поэтому нередко при движении по шоссе можно наблюдать усыхание древостоя с той стороны дороги, где грунтовые воды поднялись, и улучшение роста с противоположной стороны, где произошло понижение их уровня. В результате такого воздействия образуются тысячи гектаров заболоченных земель.

Зарастание водоемов.

Образование болот часто происходит на местах бывших озер путем их заторфовывания. В начальном периоде в озерах не было признаков животной и растительной жизни, однако в процессе их изменения формировались осадочные отложения за счет приноса минеральных веществ ручьями, речками, ветровой эрозией, а также смыва почвенных частиц с поверхности дождями или вследствие разрушения берегов. При этом в озера поступало определенное количество извести в виде двууглекислого кальция - Са(НСО₃)₂. Нередко образовывался на дне слой озерного сапропеля, в озерах появляется органическая жизнь, сначала в виде свободно взвешенных мелких растительных и животных организмов. Среди водорослей встречаются, прежде всего, сине-зеленые. Представители животных - различные мелкие ракообразные. Большую роль играют планктонные растительные остатки, образующие при разложении вещество, называемое сапропелем. Наличие сапропелевых отложений в торфе болота указывает на формирование болота на месте озера.

Одновременно с развитием планктона и накоплением сапропеля происходит развитие прибрежной водной растительности. При глубине не более 1 м появляются осоки, ситник, стрелолист, водяная гречиха, рдест. Далее идет зона камышей и тростников. В этих зонах встречаются и плавающие растения - ряска, пузырчатка, телорез с острозубчатыми листьями на поверхности воды. В зоне растительности постоянно идет отложение и накопление растительных остатков. На дне и в мелководной зоне вместе с сапропелем при участии кислорода идет формирование торфяного слоя, в начале сапропелевого с большим количеством гуминовых кислот, а в дальнейшем и торфа.

В более глубокой камышовой зоне при большой массе растительного опада идет формирование настоящего растительного торфа. Со временем в мелководной зоне образуется осоковый торф, а в глубоководной - камышовый или тростниковый. Водоем мелеет, дно поднимается и с течением времени, заторфовываясь, превращается в болото. Образуется сплавина. В глубоководной зоне произрастают кубышки и кувшинки.

5. Проектирование осушительной сети

6.1. Определение глубины каналов на осушительной сети,

Глубины осушительных каналов после осадки торфа на осушительной сети принимаются следующие:

Глубина торфа, м.	0,1-0,5	0,6-1,3	более 1,3
Глубина каналов, м.	0,75-0,9	0,95-1,0	1,0-1,2

Поскольку после осушения болот происходит осадка торфа, то проектную глубину канала, необходимую для расчета объема земляных работ, определяют по формуле:

Т_пр=m×Т₀;

где Т_пр - проектная глубина каналов, м.;

m - коэффициент, зависящий от плотности торфа и типа болот;

Т₀ - глубина канала после осадки торфа, м.

Таблица 6

Значение величины коэффициентов m.

Тип болота	Плотность торфа
Тип болота	Плотный	Менее плотный	Довольно плотный	Рыхлый
Верховой	1,30	1,40	1,50	1,65
Переходный	1,25	1,32	1,42	1,58
Низинный	1,20	1,25	1,35	1,50

Сначала определяют глубину осушительных каналов после осадки торфа по приведенным данным выданного студенту задания, где указана глубина и характеристика торфа и тип осушаемого болота, затем определяют проектную глубину осушительных каналов по формуле:

Т_пр.ос= m×Т_0ос

После чего определяют глубину собирательных каналов, после осадки торфа, которые принимаются больше глубины осушителей после осадки торфа на 0,1-0,2 м.

Т_0соб=Т_0ос+(0,1-0,2)

Проектную глубину собирательных каналов определяют по формуле:

Т_пр.соб=m×Т_0соб

где m - коэффициент, определенный по табл. 6, используется для расчета всех каналов.

Глубину магистральных каналов после осадки торфа принимают на 0,2-0,3 м больше глубины собирательных каналов после осадки торфа.

T_0мк=T_0соб+(0,2-0,3)

Проектную глубину магистральных каналов определяют по формуле:

Т_пр.мк=m×Т_0мк

Данные по глубине каналов осушительной сети сводятся в таблицу.

Таблица 7

Глубина каналов осушительной сети

Наименование каналов	Т₀, м.	Тпр., м
1. Осушители 2. Собиратели 3. Магистральный канал

1.5. Определение расстояний между осушителями.

Расстояния между осушительными каналами в значительной степени определяют величину и скорость понижения почвенно-грунтовых вод на осушаемой площади. В природных условиях действие их зависит от многих причин: от типа водного питания, соотношения величин осадков и испарения, глубины залегания водоупора на болотных почвах и характера подстилающего торф грунта, глубины осушителей, уклона поверхности осушаемых территорий, состояния древостоя и др. Все причины с необходимой точностью учесть сложно, поэтому в курсовом проекте, для определения расстояний между

осушителями с уметом основных факторов, действующих на них необходимо использовать данные таблицы 8.

Таблица 8

Расстояние между осушителями в зависимости от мощности торфа и глубины каналов

Группы типов леса	Почва	Мощность торфа, м.	Глубина осушителя после осадки грунта, м.	Расстояние между осушителями, м
Сосняки-	Торфянисто-перегнойно-
долгомошники	глеевая на двучленном
	наносе	До 0,3	0,6-0,7	200-250
Ельники-	Торфянисто-перегнойно
долгомошники	глеевая на карбонатном
	суглинке	До 0,3	0,6-0,7	200-250
Сосняки-	Торфянисто-подзолисто-
долгомошники	глеевая песчаная	До 0,3	0,6-0,7	250-300
Сосняки	Торфяно-глеевая
багульниковые	на песках	0,3-0,5	0,6-0,8	200-250
Ельники и	на суглинке	0,3-0,5	0,6-0,8	180-200
березняки ба-
гульниковые
Сосняки	Болотная верховая
сфагновые	на песке	0,5-1,0	0,8-1,2	130-150
	на суглинке	0,5-1,0	1,0-1,2	100-130
		более 1,0	1,3-1,5	100
Сосняки и бере-	Болотная переходная
зняки осоково-	на песке	0,5-1,0	0,8-1,2	180-200
сфагновые	на суглинке	0,5-1,0	1,0-1,2	170-180
Ельники		более 1,0	1,0-1,3	150-170
сфагновые
Сосняки, ельни-	Болотная низинная
ки и березняки	на песке	0,5-1,0	0,8-1,0	270-300
травяно-	на суглинке	0,5-1,0	0,8-1,0	250-270
болотные		более 1,0	1,0-1,2	250-270

В выбранные из таблицы 8 (в курсовом проекте приводится та часть таблицы, по которой определены расстояния между осушителями в соответствии с выданным студенту заданием) значения расстояний необходимо водить поправки (табл. 9).

Таблица 9

Зональные поправочные коэффициенты определения расстояний между осушителями

№ зоны	Республика, область	Поправочные коэффициенты
I	Мурманская обл., северная часть Архангельской обл., северная часть Карелии	0,55-0,60
II	Архангельская обл. (южнее Полярного круга), северная часть Коми, южная часть Карелии (южнее 64° с.ш.)	0,60-0,70
III	Ленинградская, Вологодская обл., северная часть Кировской и Пермской обл., Коми	0,70-0,85
IV	Новгородская, Ярославская, Ивановская, Костромская обл., северная часть Тверской и Нижегородской обл., южная часть Кировской обл.	0,90-0,95
V	Псковская, Смоленская, Московская, Владимирская, Рязанская обл., южная часть Тверской и Нижегородской обл. и др.	1,00
VI	Брянская, Орловская, Калининградская обл., Татарстан, Башкирия	1,10-1,20
VII	Волынская, Ровенская, Житомирская обл.	1,25-1,30
VIII	Томская, Омская, Кемеровская, Новосибирская, Свердловская обл., южная часть Тюменской обл.	0,80-0,90
IX	Челябинская, Курганская обл., Удмуртия	1,00-1,10

1.6. Проектирование осушительной сети на плане.

Прежде чем располагать осушительную сеть на плане, необходимо тщательно изучить рельеф по горизонталям (лощины, водоразделы и пр.) и уяснить правила расположения осушительной сети.

Осушительная система состоит из следующих элементов:

1) водоприемника;

2) проводящей (транспортирующей) сети;

3) регулирующей сети, непосредственно влияющей на водный режим осушаемой площади;

4) оградительной сети, которая перехватывает приток поверхностных и грунтовых вод с вышележащей части водосбора (бассейна);

5) сооружений на осушительной сети;

6) дорог.

В качестве водоприемников служат реки, ручьи, реже озера, овраги, иногда подземные водоносные слои. Водоприемник может находиться как на осушаемой территории, так и вне ее.

Проводящая сеть состоит из магистрального канала и транспортирующих собирателей; последние могут быть нескольких порядков. К регулирующей сети относятся осушители, принимающие грунтовые, а отчасти и поверхностные воды, и тальвеговые каналы, которые служат для отвода в основном поверхностной воды, а также воды отдельных небольших ложбин и западин. К оградительной сети относятся нагорные, ловчие и защитные каналы, которые располагаются по границам осушаемого участка и служат для перехвата поверхностного (нагорные каналы) и грунтового стока (ловчие каналы) или для прекращения роста болот в стороны (защитные каналы).

К сооружениям на сети относятся мосты, трубы-переезды, перепады, быстротоки, крепления откосов и др. Осушение площади должно сопровождаться также проектированием лесных дорог.

Направление осушительных (регулирующих) каналов зависит в основном от рельефа, а также от расположения дорожной и квартальной сети, глубины торфа и других факторов.

Осушители следует располагать под острым углом к горизонталям поверхности, чтобы каналы более полно перехватывали поток поверхностных и грунтовых вод и в то же время имели естественный продольный уклон поверхности по оси осушителей. Величина острого угла между горизонталями и направлением осушителей зависит от величины уклона поверхности и допустимого продольного уклона дна осушителей. Чем больше уклон поверхности, тем под меньшим углом к горизонталям можно проектировать осушители, сохраняя при этом требуемый продольный уклон дна. Расположение осушителей в зависимости от рельефа приведено на рис. 11.

В лесном хозяйстве в связи с большой ролью квартальной сети, приходится осушительную сеть совмещать с квартальной. Необходимо по возможности собиратели прокладывать вдоль просек, а осушители проектировать параллельно им. Однако магистральный канал должен проходить по наиболее низким местам рельефа с наибольшей глубиной торфа.

Тальвеговые каналы располагают по дну отдельных ложбин, лощин и западин (котловин).

Нагорные и ловчие каналы проектируют по границам осушаемого участка, обычно под острым углом к горизонталям.

Проводящие каналы размещаются по самым низким элементам рельефа: магистральный канал - по основной лощине, собиратели - по второстепенным. Если ясно выраженных лощин нет, проводящие каналы проектируются так, чтобы было удобнее располагать осушители и дороги, а также с учетом других приводимых ниже требований (рис. 10 а, б, в, г).

При размещении осушительной сети на болотах следует учитывать глубину торфа. Желательно, чтобы трассы каналов, и особенно проводящих, проходили по местам с наибольшей глубиной торфа (где после осушения будет наибольшая осадка), и чтобы глубина торфа не уменьшалась к устью каналов.

Размещение осушительной сети должно быть увязано с расположением существующей и проектируемой квартальной и дорожной сети. При этом надо учитывать следующее

1. С целью более быстрого и лучшего осушения дорог и просек на осушаемом участке целесообразно проектировать каналы вдоль дорог и просек, причем располагать каналы надо с верховой стороны (по уклону поверхности) или с двух сторон дороги (на дорогах и интенсивным движением).

Рис. 10. Основные варианты расположения осушительной сети в зависимости от рельефа:

О осушители; С собиратели; МК магистральный канал

2. Новые дороги целесообразно проектировать вдоль каналов с низовой стороны. В этом случае при рытье канала грунт используется для полотна дороги.

3. Каналы должны как можно меньше пересекать просеки и дороги в целях уменьшения количества труб для переездов, мостов и переходов.

4. Осушительные каналы должны как можно меньше препятствовать заездам на межквартальные полосы. С этой целью целесообразно, если позволяет рельеф, вдоль дорог и просек проектировать прерывистые каналы.

Регулирующие каналы могут впадать в проводящий канал под прямым и острым углом. Транспортирующие собиратели в магистральный канал под острым углом (около 60-80°).

В зависимости от рельефа поверхности возможны и повороты каналов в плане. Угол поворота крупных каналов не должен быть менее 120°. Для осушителей допускаются повороты и при прямом угле, но с закруглением при впадении в собиратель.

В качестве примера приводится схема размещения осушительной сети заболоченной лесной площади (рис. 11).

Условные обозначения

О - осушители С - собиратель МК - магистральный канал НК - нагорный канал

- каналы

- квартальные просеки

- квартальные просеки с дорогой

- противопожарный водоем

- трубопереезд

- мост

Речка - водоприемник

Рис. 11. План осушаемой системы.

В нашем примере осушаемый участок с северной стороны огражден от поступления стока с выше расположенной части водосбора нагорным каналом.

Осушители на всем участке расположены под наиболее острым углом к горизонталям рельефа, параллельно квартальным просекам, с равными расстояниями между ними в пределах квартала. Уклоны поверхности по оси всех осушителей находятся в допустимых пределах. С учетом осушающего влияния нагорного канала осушители начаты с отступлениями от канала на половину принятого расстояния между осушителями, благодаря чему уменьшается объем земляных работ и стоимость осушения. Осушители впадают в собиратель С-1.

Вдоль собирателя и магистрального канала по квартальной просеке проектируется устройство дорог. Дорога проектируется и для проезда к противопожарному водоему. Грунт, вынимаемый при устройстве каналов, используется для устройства полотна дороги. Для проезда по просекам и дорогам предусматривается устройство двух трубопереездов и одного моста.

Все запроектированные каналы, дороги и сооружения вычерчивают карандашом или пастой с использованием условных обозначений, приведенных в приложении 2, для каждого канала указывается его номер, как показано на рис. 11.

В этом разделе необходимо подробно описать и обосновать, из каких элементов проектируется осушительная сеть, из каких каналов она состоит и как они расположены на плане. Привести все количественные характеристики осушительной системы (число каналов и их протяженность по видам, протяженность дорог, количество мостов и трубопереездов, количество противопожарных водоемов).

6,7. Продольный профиль собирателя

При построении продольного профиля собирателя горизонтальный масштаб принимается равным масштабу плана 1:10000, а вертикальный - 1:100 или 1:50.

В курсовом проекте строится продольный профиль одного собирателя, впадающего в магистральный канал.

Отметки поверхности по оси канала вычисляют по отметкам горизонталей. Для этого на плане по оси канала (для которого строится профиль) разбивают пикеты через 100 м, начиная всегда от устья канала. Дальше по отметкам горизонталей вычисляют отметки поверхности на каждом пикете с точностью до 0,01 м, отметки пикетов, расположенных между горизонталями, вычисляют интерполяцией. Например, для определения ПК-3 (рис. 12) следует провести через точку пикета линию, перпендикулярную горизонталям.

Рис. 12. Определение отметок пикетов, расположенных между горизонталями

Предположим, что длина этой линии равна 9 мм, а от пикета до точек А и В (до горизонталей) расстояния соответственно равны б и 3 мм. Превышение на 3 мм расстояния равно 0,2×3/9=0,07 м, а на 6 мм 0,2×6/9=0,13. Вычитая из отметки 25,4 превышение 0,13 или, прибавляя к отметке 25,2 превышение 0,07, получаем отметку поверхности ПК-3, равную 25,27. Таким способом определяют отметки на каждом пикете.

Построение продольного профиля собирателя начинают с вычерчивания на миллиметровой бумаге семи граф шириной 0,5-1,0 см каждая (рис. 13). Названия граф всегда помещают слева.

Рис. 13. Продольный профиль собирателя С-2.

Вычисленные и записанные в графу 3 отметки поверхности откладывают в выбранном масштабе вверх от верхней графы (линии). Причем отметку этой линии принимают условно так, чтобы ординаты профиля имели высоту 6-12 см. после того, как отметки всех пикетов отложены, полученные точки соединяют прямыми линиями. Таким образом строится профиль поверхности по оси канала.

Затем проектируется дно канала, которое по возможности должно иметь по всей длине одинаковый уклон, т.е. надо стремиться, как можно меньше менять уклон дна. В то же время важно, чтобы глубины на отдельных пикетах по возможности меньше отличались от установленной проектной глубины.

При наиболее простом случае проектирования дна уклон поверхности по оси канала более или менее одинаковый и находится в пределах допустимых уклонов дна. В этом случае вниз от линии поверхности откладывают проектную глубину собирателя в устье (нулевой пикет) и вверху (на последнем пикете) канала, полученные точки соединяют прямой линией и определяют уклон дна.

При однообразном, но малом уклоне поверхности по оси канала глубину канала в устье увеличивают, а в верхнем конце канала несколько уменьшают по сравнению с проектной глубиной, чтобы довести уклон дна до допустимого.

Если профиль поверхности по оси канала резко изменяется по длине, то приходится разбивать его на несколько частей, и для каждой выделенной части дно проектировать отдельно, т.е. с разными уклонами. Например, в нашем случае (рис. 13) на профиле собирателя № 2 выделено две части: от ПК-0 до ПК-5 и от ПК-5 до ПК-10+40.

После проведения линии дна вычисляют отметки и уклоны дна и записывают их в соответствующие графы. Отметки определяют с точностью до 0,01 м, уклоны - до двух значащих цифр. Отметки дна на крайних пикетах определяют, вычитая из отметок поверхности глубину канала. На остальных пикетах отметки дна вычисляют через уклон дна. Для этого его умножают на расстояние между пикетами, и полученное превышение прибавляют к отметке предыдущего пикета. Например, чтобы определить отметку дна на ПК-2, нужно уклон 0,0017 умножить на 100 и полученное превышение 0,17 м прибавить к отметке ПК-1 (0,17+9,95 =10,12 м) и т.д. Полученные отметки записывают в соответствующую графу с точностью до 0,01 м.

По разности отметок поверхности земли и дна находится глубина собирателя на каждом сечении (пикете). Все данные вычисленных отметок поверхности, дна и глубины каналов сводятся в таблицу 10.

Таблица 10

Отметки поверхности, дна и глубины собирателя

№№

пикетов

Отметки, м.

Глубина канала, м.

поверхности

дна

ПКо ПК₁ и т.д.

Продольный профиль собирателя вычерчивается карандашом или пастой, с нанесением всех соответствующих его элементов четко и разборчиво.

6.8. Коэффициенты откосов. Поперечный профиль осушителя

Коэффициенты откосов зависят от почвогрунтов, глубины каналов, типа болот, от характеристики торфа и принимаются обычно кратным 1/4.

При курсовом проектировании коэффициенты откосов принимают по таблице И, по характеристике осушаемого участка выданного студенту задания.

Для лесопарков коэффициенты откосов, приведенные в таблице 11, следует увеличивать на 0,25, а для парков - на 0,5, с целью засева откосов травами и придания им большей устойчивости.

Таблица 11

Коэффициенты откосов

		Коэффициенты откосов
Вид грунта	Осушителей	Проводящих каналов глубиной, м.		Водопри- емников
		0,8-1,5	Более 1,5
Глина (частиц мельче	0,75-1,0	1,0-1,25	1,25	1,25-1,5
0,005 мм более 30 %) Суглинок:
Тяжелый (то же 24-30 %)	1,0	1,0-1,25	1,25-1,5	1,5-1,75
Средний (17-23 %)	1,0-1,25	1,25	1,25-1,5	1,5-1,75
Легкий (10-16 %)	1,25-1,5	1,5	1,5-1,75	1,75-2,0
Супесь (3-9 %)	1,5	1,5	1,5-1,75	1,75-2,0
Песок:
мелкий (частиц >0,1 мм	2,0	2,0-2,5	2,5-3,0	2,75-3,0
75%)
средней крупности (частиц	1,5	1,5-1,75	1,75-2,0	2,0-2,5
>0,25мм более 50%)
крупный (частиц крупнее 0,5мм более 50 %)	1,25-1,5	1,5-1,75	1,5-2,0	2,0-2,25
Торф осоковый и сфагновый:
слабо разложившийся	0,5	0,5-0,75	0,75-1,0	1,0-1,25
хорошо разложившийся	0,75	0,75-1,0	1,0-1,25	1,25-1,5
Торф древесный:
слабо разложившийся	1,0	1,0	1,0-1,25	1,25-1,5
хорошо разложившийся	1,0-1,25	1,25-1,5	1,5-1,75	1,5-1,75

После определения студентом коэффициентов откоса раздельно для осушителей, собирателей и магистрального канала, определяют заложение откосов для этих каналов эмпирическим методом.

Поскольку, крутизну откосов выражают через коэффициент откоса формулой:

m=l/Т_пр;

где 1 - заложение откоса, м.;

Т_пр - проектная глубина каналов, м.

Из этой формулы заложения откоса находим: 1=m×Т_пр.

После определения заложения откосов каналов вычисляют ширину каналов по верху по формуле:

В=21+b;

где В - ширина канала по верху, м;

l - заложение откосов, м;

b - ширина канала по дну, м.

Ширину пo дну осушительных каналов в курсовом проекте нужно принимать 0,3 м, собирательных каналов 0,4 м, а магистрального канала определяют гидравлическим расчетом. Все данные сводят в таблицу 12.

Таблица 12

Коэффициенты откосов, заложение откосов, ширина по верху и дну

каналов на осушительной сети

Наименование

каналов

Коэффициент

откосов

Заложение откосов, м.

Ширина каналов, м.

По верху

По дну

1. осушители 2. собиратели 3. магистральный канал

Примечание: данные ширины по верху и дну магистрального канала заносятся в таблицу после выполнения гидрологического и гидравлического расчетов.

Поперечный профиль вычерчивают для осушителя. На профиле показывают все элементы канала, включая и депрессионную кривую (рис. 14).

Рис.14. Поперечный профиль осушителя на ПК-0

Профиль вычерчивают для нулевого пикета, ширина бермы при устройстве канала экскаватором принимается равной глубине канала.

Масштабы принимаются:

· горизонтальный - в 1 см - 0,5 м;

· вертикальный - в 1 см - 0,3 м.

6.9. Гидрологический и гидравлический расчеты

В методике приведены два метода гидрологических и гидравлических расчетов:

1) по упрощенному методу

2) по методу с применением сложных формул.

Упрощенный метод гидрологических и гидравлических расчетов.

Гидрологический и гидравлический расчеты проводят с целью определения ширины по дну крупных проводящих каналов. Для небольших собирателей, водосборная площадь которых менее 500 га, ширину по дну можно принимать без расчетов, равной 0,4-0,5 м.

Непосредственно ширина каналов по дну находится гидравлическим расчетом. В этом расчете ширина канала по дну определяется подбором и принимается такой, чтобы в расчетный период канал отводил всю поступающую в него воду и уровень воды в нем не превышал расчетного горизонта. Следовательно, расход воды с водосборной площади Q_B в этот период должен быть равен расходу воды по каналу (пропускной способности канала) Q_K. На сушеной площади в расчетный период корнеобитаемый слой почв не должен подтопляться. Поскольку Q_B=q_рF, a Q_K=ωυ должна проектироваться такая ширина канала по дну, чтобы в расчетный период наблюдалось равенство

q_PF= ωυ ,

где q_P- расчетный модуль стока; м³/(с×га); F - площадь водосбора, га;

ω- живое сечение канала, м²; υ - скорость течения воды в канале, м/с.

6.9.1. Гидрологический расчет

При гидрологическом расчете нужно решить три вопроса:

1) на какие воды производить расчет (т.к. в течение года и в отдельные годы меняется количество притекающей в канал воды), т.е. определить расчетный период, на какие воды проводить расчет и расчетную обеспеченность;

2) как определить расчетные модули;

3) каким принять положение расчетного горизонта воды в канале;

в курсовом проекте нужно привести обоснованные ответы на все вопросы гидрологического расчета.

Для создания на осушенных землях оптимального для древесных растений водно-воздушного режима важнейшими требованиями являются освобождение от гравитационной влаги корнеобитаемой зоны почв к началу роста корней древостоя и предотвращения даже кратковременного затопления этой зоны на протяжении всего периода вегетации. Чтобы выполнить такие требования, расчетный модуль стока должен быть больше самого высокого значения его, возможного в данный период. Поскольку же подтопление корневых систем во вневегетационный период, в том числе и в период весеннего половодья, не наносит существенного вреда древесным растениям и является на осушенных лесных землях допустимым, расчетные модули стока целесообразно принимать меньше максимального. Этим двум условиям отвечает послепаводковый модуль стока, в связи с чем при осушении лесных земель расчеты следует проводить на послепаводковые воды, а в качестве расчетного периода принимать весну.

Расчетные модули стока при осушении лесных земель принимаются с обеспеченностью 25%, при осушении лесопарков - 10%. При такой обеспеченности модули стока, равные расчетному или превышающие его, будут наблюдаться в среднем соответственно 1 раз в 4 года и 1 раз в 10 лет. В этих случаях каналы могут не справиться с пропуском поступающей в них воды, и на осушаемых площадях возможно подтопление корнеобитаемого слоя почв.

Для упрощения в данной работе за расчетный период можно принять лето и расчет произвести на средневысокие летние воды, модули стока и расходы которых легко рассчитать.

Расчетный модуль стока средневысоких летних вод q_p, л/(с/га) (средний по наблюдениям за многолетний период модуль стока самых высоких летних паводков), определяется по формуле А.А.Дубаха:

(1)

где F - площадь водосбора, га; К - коэффициент прихода расхода влаги (берется по учебнику), этот коэффициент для таежной зоны варьирует от 1,20 до 2,0, в среднем - около 1,60; i - средний уклон дна рассчитываемого канала.

Положение расчетного горизонта воды принимается ниже бровки канала после осадки торфа при осушении лесных земель на 0,2-0,3 м, при осушении лесопарков - на 0,3-0,4 м.

6.9.2. Гидравлический расчет

Подбор ширины по дну b начинают обычно с минимального значения 0,4м. При этой ширине определяют скорость течения и расход воды, для чего находят следующие величины и в такой последовательности:

а) площадь живого сечения ω (часть поперечного сечения канала, занятого водой) - вычисляется как площадь трапеции (м²):

ω=(b+mh_p)×h_p , (2)

где m – коэффициент откоса; h_p –расчетная глубина воды в канале.

б) смоченный периметр χ м (подводная часть периметра поперечного сечения канала)

(3)

в) гидравлический радиус, м

(4)

г) скорость коэффициент С по формуле Н.Н.Павловского

С=(1/n)R^y, (5)

где n - коэффициент шероховатости русла, равный 0,030; у - переменный показатель степени: у =1,5√n при R<1 м;

у = 1,3√n при R>1 м;

д) скорость течения воды по формуле равномерного движения воды в открытых водотоках (формула Шези):

(6)

где - скорость течения воды, м/с; R - гидравлический радиус, м; i - уклон дна канала в рассчитываемом сечении;

е) расход воды по каналу (м³/с) по формуле

Q_k = ω×

Если полученный расход Q_k равен расходу с водосборной площади Q_в=qF или отличается от него не более чем на 5 % (при b=0,4 допускаются любые превышения), то ширина по дну b принята правильно. В противном случае изменяют значение b и снова проводят расчет по вышеуказанным формулам до тех пор, пока не будет соблюдено равенство

qF=WC . (7)

В производственных проектах гидравлический расчет проводят для всех проводящих каналов, за исключением небольших собирателей с водосборной площадью менее 500 га. Причем для одного и того же канала расчет производят в тех сечениях, где сильно изменяется величина водосборной площади и резко изменяется уклон дна. В курсовом проекте достаточно сделать один расчет для устья магистрального канала. Величина водосборной площади канала дается в задании.

Для примера приведем гидравлический расчет для устьевого сечения магистрального канала.

Допустим, что водосборная площадь F=1950 га. Глубина магистрального канала после осадки торфа равна 1,1 м. Коэффициент откоса 1,0. Средний уклон магистрального канала примем равным 0,0012. Уклон дна канала в расчетном сечении 0,0015. Значение коэффициента К для Вологодской области равно 1,51. Средневысокий летний модуль стока (по формуле 1) равен:

Приток воды с водосборной площади к каналу

Q_в= 0,332×1950=647л/с.

Следовательно, надо подобрать такую ширину канала по дну, чтобы расход воды по каналу был в пределах 615-679 л/с.

Примем b равным 0,4 м (наименьшее значение для магистрального канала) и по формулам 2-4 произведем расчет:

h_p=T₀- h = 1,1 - 0,3 = 0,8 м;

ω = (0,4+1,0 ×0,8) × 0,8 = 0,96 м²;

χ = 0,4 + 2 × 0,8 = 2,66 м;

R= 0,96/2,66 = 0,36 м.

При R=0,36 примем С=25,3, тогда по формуле Шези при уклоне канала, равном 0,0015, находим:

= 25,3 = 0,588 м/с;

q_к= ωυ = 0,96 × 0,59 = 0,566 м³/с = 566 л/с.

Таким образом, в результате расчета мы получим, что расход воды по каналу меньше притока воды к каналу с водосборной площади Q_B:

Q_B - 647 л/с; Q_K = 566 л/с.

Следовательно, принятая ширина по дну оказалась недостаточной.

Примем b равным 0,5 м и вновь проведем расчеты:

h_p = 1,1 - 0,3 =0,8 м;

ω = (0,5+1,0×0,8)×0,8 = 1,04 м²;

χ = 0,5 + 2×0,8 = 2,76 м;

R = 1,04/2,76 = 0,38 м.

Коэффициент С для большей точности вычислим по формуле

Н.Н.Павловского (5):

у = 1,5 = 0,26;

С = 1/n × R^y = (1/0,03) × 0,38^0,26= 26,0;

= 26,0 = 0,621 м/с;

Q_K= 1,04×0,62 = 0,645 м³/с = 645 л/с.

В результате второго расчета мы получили расход воды по канату несколько меньше притока воды к нему, что является допустимым. Поэтому ширину канала по дну принимаем равной 0,5 м.

6.9.3. Гидрологический расчет каналов с применением сложных формул

Основной задачей гидрологических расчетов является определение расходов воды для проектируемых каналов и сооружений. При лесоосушении в целях повышения производительности лесных земель за расчетные расходы принимаются:

1) расходы весеннего половодья 5% обеспеченности (Р=5%), на пропуск которых рассчитываются отверстия мостов и труб на лесохозяйственных дорогах;

2) расходы весеннего половодья 25% обеспеченности, при пропуске которых проверяется устойчивость откосов и дна каналов на размыв;

3) расходы летне-осенних паводков 25% обеспеченности, на пропуск которых рассчитываются поперечные сечения проводящих каналов (ширина каналов по дну);

4) расходы меженного периода 50% обеспеченности для определения минимальных незаиляющих скоростей расчетных горизонтов воды для сопряжения дна разного порядка и высоты искусственного крепления русла каналов в неустойчивых грунтах,

Рассмотрим методы определения расчетных максимальных расходов воды при отсутствии гидрометрических наблюдений.

В основу расчетов была положена классификация рек России, представленная в таблице 13.

Расчетный максимальный расход равнинных рек определяется по формуле:

(1)

где Q_р - расчетный максимальный расход талых вод с вероятностью превышения ( обеспеченностью) Р%; h_p - расчетный слой суммарного стока той же вероятности превышения Р%, что и искомый максимальный расход воды, мм (см. приложение 1);

F - площадь водосбора, км²;

К₀ - коэффициент дружности половодья, определяемый по табл.13;

- коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды рек, зарегулированных озерами и водохранилищами;

- коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды в заселенных и заболоченных бассейнах;

n - показатель степени, определяемый по табл. 14.

Таблица 13

Классификация рек России

Группа рек	Подгруппы	Формирование максимальных талых вод
Равнинные реки Горные реки	а) реки лесной зоны б) реки степной и лесостепной зоны в) реки засушливых степей и полупустынь а) реки с весенне-летним половодьем б)реки с летним половодьем	От весеннего снеготаяния От таяния сезонных и многолетних снегов От таяния высокогорных снегов и ледников

Таблица 14

Значение параметров n и К₀

Природная зона, район	Параметры
	n	К₀ при категории рельефа
		1	2	3
Зона тундры и лесная зона Европейская территория России, Восточная Сибирь Лесостепная и степная зоны Европейская территория России Северный Кавказ Западная Сибирь	0,17 0,05 0,25 0,25 0,52	0,010 - 0,020 0,030 0,030	0,008 0,013 0,015 0,025 0,020	0,006 0,010 0,012 - 0,015

К I категории рельефа относятся бассейны рек, располагающиеся в пределах холмистых и платообразных возвышений возвышенностей (Среднерусская, Среднесибирское плоскогорье и др.).

Ко II категории относятся бассейны рек, в которых холмистые возвышенности чередуются с понижениями между ними.

К III категории рельефа относятся бассейны рек, располагающиеся в пределах плоских низменностей (Мещерская, Белорусское Полесье и др.), а также реки, имеющие широкие заболоченные поймы.

Значение степенной функции (F+1)ⁿ для небольших бассейнов определяется по таблице 15.

Определение слоя стока плодородия h_p заданной вероятности превышения (Р %) производится по трем параметрам варьирующего ряда: среднему многолетнему слою стока h₀, коэффициенту вариации (изменчивости) С_υ и коэффициенту асимметрии C_s слоя стока,

Высота среднемноголетнего слоя стока половодья определяется непосредственно по карте.

Таблица 15

Значения степенной функции (F+l)ⁿ

F+1	Значения (F+1)ⁿ при n, равном			F+1	Значения (F+l)ⁿ при n, равном
F+1	0,15	0,17	0,25	F+1	0,15	0,17	0,25
1	1,0	1,0	1,0	8	1,38	1,43	1,70
2	1,14	1,16	1,20	9	1,40	1,46	1,76
3	1,18	1,22	1,35	10	1,42	1,49	1,83
4	1,22	1,28	1,42	20	1,58	1,68	2,18
5	1,27	1,34	1,52	30	1,68	1,80	2,38
6	1,32	1,38	1,60	40	1,76	1,90	2,56
7	1,35	1,40	1,65	50	1,80	2,00	2,68

При наличии более 2 % озерности бассейнов значения средних слоев стока, снятых с карты, уменьшаются введением поправочных коэффициентов:

Озерность, %	от 2 до 10	от 10 до 20	более 20
Коэффициенты	0,9-0,8	0,8-0,7	0,7

Значения коэффициентов вариации Сυ для бассейнов более 200 км² принимаются по карте изолиний для водосборов менее 200 км² его значение умножается на следующие коэффициенты:

Площадь бассейна, км²	9-50	51-100	101-150	151-200
Коэффициенты	1,25	1,20	1,15	1,05

Коэффициенты асимметрии для равнинных водосборов принимаются равными C_s=2Cυ. Для северо-запада и северо-востока России, где в формировании максимального стока половодья участвуют дождевые осадки, принимаются C_s=3 Cυ.

Максимальный расчетный слой суммарного стока с вероятностью превышения Р% определяется по уравнению:

hp = Kh₀, (2)

где К - модульный коэффициент, определяемый по формуле:

К = ФCυ + 1, (3)

где Ф - отклонение ординаты кривой вероятности превышения (обеспеченности) от среднего при Cυ = l ,0.

Величины Ф для расчетных значений вероятностей превышения Р% определяются из таблицы 1 6 по известному коэффициенту асимметрии C_s.

Таблица 16

Отклонения ординат кривых вероятности превышения от середины

приСυ=1

Cs		Отклонения ординш				при процентах вероятности превышения, %
Cs	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
0,0	2,33	2,02	1,88	1,64	1,28	0,67	0,52	0,25	0,00	-0,25	-0,52	-0,84	-1,28
0,2	2,47	2,16	1,96	1,70	1,30	0,65	0,51	0,22	-0,03	-0,28	0,35	-0,85	-1,25
0,4	2,61	2,26	2,04	1,75	1,32	0,63	0,48	0,19	-0,06	-0,31	-0,57	-0,85	-1,22
0,6	2,75	235	2,12	1,80	1,33	0,61	0,45	0,15	-0,09	-0,34	-0,58	-0,86	-1,19
0,8	2,89	2,45	2,18	1,84	1,34	0,58	0,42	0,12	-0,13	-0,37	-0,60	-0,86	-1,16
1,0	3,02	234	2,25	1,88	1,34	0,55	0,38	0,08	-0,16	-0,40	-0,61	-0,86	-1,12
1,2	3,15	2,62	2,31	1,92	1,34	0,52	0,35	0,05	-0,19	-0,42	-0,62	-0,85	-1,08
1,4	3,27	2,71	2,37	1,95	1,34	0,49	0,32	0,02	-0,22	-0,44	-0,63	-0,84	-1,05
1,6	3,39	2,78	2,42	1,97	1,33	0,46	0,28	0,01	-0,25	-0,46	-0,64	-0,82	-1,00
1,8	3,50	2,85	2,46	1,99	1,32	0,42	0,24	0,05	0,28	-0,48	-0,64	-0,80	-0,95
2,0	3,60	2,91	2,51	2,00	1,30	0,39	0,20	0,08	0,30	0,49	0,64	0,78	0,90

Коэффициент, учитывающий снижение максимального стока рек, зарегулированных озерами, для малых водосборов может быть принят , т.к. на малых водосборах озера встречаются очень редко.

Коэффициент , учитывающий снижение максимальных расходов от заселенности и заболоченности бассейнов, определяется по формуле:

=l-γlg(0,05f_л+0.1 f_δ+l), (4)

где f_л - степень заселенности бассейна, %;

f_δ - степень заболоченности бассейна, %;

γ - эмпирический коэффициент, равный 0,8.

Величины поправочных коэффициентов (при γ = 0,8), в зависимости от β=(0,05f_л + 0,l f_δ+ l), приведены в таблице 17.

Таблица 17

Величины поправочных коэффициентов

β	1	2	3	4	5	6	7	8
δ₂	1,0	0,76	0,62	0,52	0,44	0,38	0,32	0,28

Примечания: 1. При величине β>8 значение поправочного коэффициента принимается постоянным, равным 0,28;

2. При заболоченности более 50 % и преобладании верховых болот величина коэффициента 62 может быть увеличена до 30-40 %.

Таблица 18

Значение коэффициентов μ

Природная зона	Обеспеченность, Р %
Природная зона	1	3	5	10	25
Зона тундры и лесная зона Европейская территория России Восточная и Западная Сибирь	1,00 1,00	0,95 0,98	0,92 0,96	0,88 0,94	0,80 0,89

6.9.3.1. Определение максимальных расходов ливневых вод.

При отсутствии наблюдений определение расчетных расходов ливневых вод производится по формуле проф. Д.Л.Соколовского:

O_л_p=Bp√F× , м/с, (5)

где F - водосборная площадь, км²;

Вр - параметр, зависящий от географического положения водостока и вероятности превышения расчетного расхода;

- коэффициент, учитывающий снижение ливневого стока озерами и болотами;

- коэффициент снижения стока под влиянием заселенности и проницаемости почв;

- коэффициент учета рельефа, равный 0,5-0,6 для водосборов с плоским рельефом и 0,7 - 0,8 - с холмистым.

Коэффициент определяется по формуле:

= l-0,6lg(1+f₀₃+0,2f_δ), (6)

где f₀₃ - f_δ соответственно площади озер и болот в % от площади водосбора, при озерности менее 3%. F₀₃=0.

Коэффициент определяется по формуле:

= l - γlg(l+f_л), (7)

где f_л - площадь лесов в процентах от площади водосбора;

γ - коэффициент, равный: для песчаных и структурных почв без лесного покрова, а также для глинистых и суглинистых почв с лесным покровом 0,25-0,30; для песчаных почв под лесом - 0,35- 0,40.

Приближенно значение параметра Вр для ливневых паводков с вероятностью превышения Р=25 % для лесной зоны может быть принято равным Вл ₂₅_% = 3,0. Тогда формула для определения максимального расчетного расхода ливневых паводков с вероятностью превышения Р=25% примет вид:

Q_л _25% = 3√F × , м³/с.

6.10. Объемы земляных работ

Объем выемки грунта собирателя вычисляют между каждой парой соседних пикетов по формуле:

V=((F₁+F₂)/2) × i,

где F₁ , F₂ - площади поперечных сечений канала на двух соседних пикетах, м²;

i - расстояние между этими пикетами, м;

V - объем выемки между пикетами, м³.

Площадь поперечных сечений на каждом пикете вычисляют как площадь трапеции:

F=((b+B)/2) × Тпр;

где В - ширина канала по верху на данном пикете, м;

b - ширина канала по дну, м;

Т_пр - глубина канала, м.

Ширину канала по верху на каждом пикете вычисляют по формуле:

В = 2m × Т_пр+ b.

Вычисленные данные по собирателю сводятся в таблицу 19.

Таблица 19

Ведомость объемов земельных работ по устройству собирателя (пример)

№№ пикетов	Глубина канала, м, Тпр	Ширина канала, м		Площадь попереч-ного сечения, м²	Средняя площадь поперечного сечения, м²	Расстояние между пикетами, м	Объем выемки грунта, м³	Коэффициент откоса
№№ пикетов	Глубина канала, м, Тпр	По дну (b)	По верху (В)	Площадь попереч-ного сечения, м²	Средняя площадь поперечного сечения, м²	Расстояние между пикетами, м	Объем выемки грунта, м³	Коэффициент откоса
1	2	3	4	5	6	7	8	9
0	1,45	0,4	2,58	2,16
					2,13	100	213
1	1,43	0,4	2,55	2,11
					2,09	100	209
2	1.14	0,4	2,52	2,06
					2,04	100	204
3	1,39	0,4	2,49	2,01
					2,01	100	201
4	1,39	0,4	2,49	2,01
					2,01	100	201
5	1,39	0,4	2,49	2,01
					2,01	100	201	0,75
6	1,39	0,4	2,49	2,01
					2,02	100	202
7	1,40	0,4	2,50	2,02
					2,04	100	204
8	1,41	0,4	2,52	2,06
					2,09	100	209
9	1,43	0,4	2,55	2,11
					2,13	100	213
10	1,45	0,4	2,58	2,16
Итого							2057

Общие объемы земляных работ по устройству собирателей, осушителей и магистральных каналов, на которые не построены продольные профили, вычисляют по формуле:

V=((B+b)/2)Tпp×L;

где L - длина канала, м.

Объем земляных работ по устройству противопожарных водоемов определяют по формуле:

Vп/п в.= a × b × c;

где а - ширина водоема, м;

b - длина водоема, м;

с - глубина водоема, м.

Общие данные по объемам земляных работ по всей осушительной сети сводятся в таблицу 20.

Таблица 20

Сводная ведомость (пример) объемов земляных работ по всей сети

№ пп	Наименование канала	Длина канала, м (L)	Глуби на канала м (Тпр)	Ширина канала, м		Площадь попереч-ного сечения, м	Объем выемки грунта, м³	Коэффициенты откосов
№ пп	Наименование канала	Длина канала, м (L)	Глуби на канала м (Тпр)	По дну (b)	По верху (В)	Площадь попереч-ного сечения, м	Объем выемки грунта, м³	Коэффициенты откосов
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Магистральный	1140	1,72	1,00	4,44	4,68	5333	1,0
	канал
2	Собиратели: 1	995,6	1,45	0,4	2,58	2,16	2151	0,75
	2	1000	1,45	0,4	2,58	2,16	2087	0,75
	3	995,6	1,45	0,4	2,58	2,16	2151	0,75
	4	1000	1,45	0,4	2,58	2,16	2160	0,75
	Итого по проводящей сети:						13882
3	Осушители: кв Ӏ	6981,8	1,32	0,3	2,15	1,62	11879	0,75
	квӀӀ	6981,8	1,32	0,3	2,15	1,62	11879	0,75
	квШ	5984,4	1,32	0,3	2,15	1,62	10074	0,75
	kbIV	6981,8	1,32	0,3	2,15	1,62	11879	0,75
Итого по проводящей сети:							45711
4	Противопожарн.						3600
	водоемы
Всего по проводящей и регулирующей сети							62193

На основании данных таблицы 6 вычисляют объем выемки грунта, приходящийся на 1 га осушаемой площади, отдельно по проводящим и регулирующим каналам, путем деления объемов земляных работ на всю осушаемую площадь, согласно выданному заданию:

W_{ми с. к.}= V_{ми с. к.}/ S_общ, м³/га

W_{ос. к. п/п в.}= V_{ос. к. п/п в.}/ S_общ, м³/га

W_{ос. сети}= W_{ми с. к.}/ W_{ос. к. и п/п в.}, м³/га

где W_{ми с. к} объем выемки грунта на 1 га магистральных, собиратель-

W_{ос. к. п/п в.} ных, осушительных каналов, противопожарных водоемов

W_{ос. сети} и всей осушительной сети, м³/га;

V_{ми с. к.} общие объемы земляных работ по магистральным, соби-

V_{ос. к. п/п в.} рательным, осушительным каналам противопожарным водоемам, м .

S - общая площадь осушаемого участка, согласно заданию, га.

6.11. Степень канализации. Смета затрат на производство работ

6.11.1. Степень канализации

Степень канализации осушаемой территории вычисляют раздельно для проводящей и регулирующей сети и для всей осушительной сети путем деления протяженности всех каналов на осушаемую площадь.

Для проводящей сети степень канализации равна:

С_к.п. = L_{ми с. к.}/ S_общ , м/га

Для регулирующей сети степень канализации равна:

С_к.р.= L_{ос. к.} /S_общ, м/га.

Для всей осушительной сети степень канализации равна:

С_к.общ. = L_{м. с. ос. к.} / S_общ , м/га,

где С_к.п., С_к.р, С_к.общ, степень канализации проводящей, регулирующей и всей осушительной сети.

L_{ми с. к.}, L_{ос. к.} , L_{м. с. ос. к.} общая длина магистральных, собирательных и осушительных каналов, м;

S_общ общая осушаемая площадь, согласно заданию, га.

6.11.2. Трассоподготовительные работы

Строительство осушительной сети начинается с трассоподготовительных работ, включающих: разрубку трасс (валку леса), трелевку древесины и корчевку пней.

Ширину разрубки трасс определяют по приложению 6 в зависимости от глубины каналов и коэффициентов откоса, раздельно для магистральных, собирательных и осушительных каналов.

Разрубку, трелевку и корчевку проводят в том случае, когда средний диаметр древостоя больше 12 см, при меньших диаметрах трассоподготовительные работы проводят кусторезами.

Поэтому сначала определяют среднюю таксационную характеристику древостоя осушаемой территории по всеобщим таблицам хода роста (по Тюрину) - таблица 21.

Таблица 21

Средняя таксационная характеристика елового древостоя (пример)

Аср, лет	Дср, см	Нср, м	Бонитет	Полнота ед.	W на 1га, м³	Wобщ при П=0,6, м³	Средний объем хлыста, м³
1	2	3	4	5	6	7	8
80	4,4	11,9	V	0,6	199	119,4	0,07

Графы 1 и 4 заполняются из таблиц I и 2 задания, выданного студенту преподавателем, а графа 5 - из пункта 6 задания.

Средний объем хлыста определяют по сортиментным таблицам, согласно разряду высот, среднему диаметру и высоте (приложение 2).

Разрубка трасс (валка леса), начинается с определения ее площади, которая определяется как произведение ширины трассы на длину каналов, раздельно для проводящей и регулирующей сети.

По проводящей сети:

· для магистральных каналов F_м._к. = Вт × L_м._к., м²;

· для собирательных каналов F_с._к. = Вт × L_c_._к., м²;

По регулирующей сети:

· для осушительных каналов F_{ос. к.}= Вт × L_{ос. к.}, м²

Общая площадь разрубки трасс определяется как сумма площадей проводящей и регулирующей сети, которая переводится в гектары.

Затем определяется общий вырубаемый запас на осушаемой площади по формуле:

W_общ = F_общ × W м³/га, м³ ,

где W_o_бщ - общий вырубаемый запас, м³;

F_общ - общая площадь разрубки трасс, га;

W м³/га - средний запас на 1 га осушаемой площади (графа 7, табл. 7), м³/га.

После определения общего вырубаемого запаса на трассах каналов осушаемой территории вычисляют затраты, денежные и трудовые, на выполнение работ по строительству осушительной сети (валка и трелевка леса, корчевка пней), земляные работы (рытье каналов и противопожарных водоемов), строительство дорог, строительство мостов и строительство трубопереездов. Расчет по каждому виду работ ведут в следующей последовательности:

1) подбирают механизм для выполнения работ (бензопилу, трелевщик, корчеватель, кусторез, экскаватор, бульдозер и т.д.);

2) определяют из технической характеристики сменную (часовую) производительность механизма;

3) определяют полный объем работ для данного механизма на осушаемой территории;

4) определяют необходимое количество машиносмен (бригадосмен), путем деления полного объема работ на сменную производительность механизма;

5) вычисляют денежные затраты на приобретение горюче-смазочных материалов путем умножения количества машиносмен на нормативный расход топлива механизмом и стоимость 1 литра топлива;

6) определяют затраты по фонду заработной платы на выполнение полного объема работ путем умножения количества машиносмен на тарифную ставку рабочих и тракториста;

7)вычисляют количество механизмов, необходимое для выполнения полного объема работ, путем деления количества машиносмен на продолжительность производства работ в календарных днях.

Все расчетные данные по каждому виду работ сводят в таблицу 22.

Таблица 22

Расчет затрат на валку леса (пример).

Наименование применяемой техники	Количество единиц	Стоимость единицы, р.	Общая стоимость, р.	Затраты на аммортизацию (10%)	Количество машиносмен	Общий фонд зарплаты, р.	Общее количество ГСМ, л	Стоимость 1л ГСМ, р.	Общие затраты на ГСМ, р.	Всего затрат, р.
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	и
Бензопила «Урал -5»	1	3500	3500	350	85,2	9426,53	1278	9,2	1175 7,60	2184, 13

Ориентировочные данные по нормативам расчета технико-экономических показателей строительства осушаемой сети приведены в приложении 12.

При расчете объема строительства дорог следует иметь в виду, что дороги будут строиться, в основном, вдоль каналов по кавальерам, поэтому необходимое количество грунта на строительство дороги следует принимать 50% от рытья каналов.

При строительстве мостов тип моста и его стоимость подбираются по приложению 7, исходя из ширины канала по верху, его глубины и ширины пролета моста с учетом расчетной нагрузки на основание (КПа).

При подборе типа трубопереездов необходимо учитывать максимальный расход воды (м³/с) в безнапорном режиме, глубину канала, диаметр труб и расчетную нагрузку (приложения 8 и 9).

После определения общих затрат на строительство осушительной сети составляют сводную смету затрат по форме таблицы 23.

Таблица 23

Сводная смета затрат и себестоимость лесомелиоративных работ по осушительной сети.

Статьи затрат	Разрубка трасс (валка леса)	Трелевка древостоя	Корчевка пней	Земляные работы	Строительство дорог	Строительство мостов	Строительство трубопереездов	Всего затрат
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1. Тарифная заработная плата 2. Премиальные выплаты (33-35% от зарплаты) 3. Бригадирские (10% от зарплаты) 4. Доплата по районному коэффициенту
Итого основная зарплата 5. Дополнительная зарплата (12% от основной) 6. Отчисления в фонд социального страхования (8% от суммы основной и дополнительной зарплаты) 7. Затраты на содержание и эксплуатацию машин и механизмов
Всего:
Себестоимость 1 га осушаемой площади

Примечания: 1. При отсутствии работ по валке, трелевке леса и корчевке

пней соответствующие графы таблицы 23 исключаются, и вместо них вводится графа «подготовка трасс кусторезом».

2.При расчете себестоимости 1 га осушаемой площади необходимо разделить полную себестоимость на общую площадь осушения согласно заданию.

6.12. Экономическая эффективность осушения. Срок окупаемости проекта

Экономическая эффективность /осушения определяется в основном повышением продуктивности леса за счет улучшения почвенно- гидрологических условий места произрастания древостоя.

Повышение производительности леса (лесоводственная эффективность) в результате осушения определяется через увеличение текущего прироста насаждений, который можно определить по таблицам хода роста или по таблицам справочника гидролесомелиоратора Е.Д.Сабо и др.

Вычисление производится по нижеприведенной форме (табл. 24).

Таблица 24

Лесоводственная эффективность осушения (пример)

			Прирост, м³/га
Периоды	После осушения	До осушения	Дополнительный за год	Общий дополнительный на 1 га	На всем осушаемом участке
1	2	3	4	5	6
I	3,8	0,8	3,0	30	10993,8
II	6,8	0,8	6,0	60	21987,6

Примечание: Из общей площади осушаемого участка исключается общая площадь под разрубку трасс.

Срок окупаемости проекта определяется путем деления общих затрат (табл. 23) на прибыль, полученную от реализации дополнительного прироста древостоя за 1 год.

В выводах для определения эффективности и сроков внедрения рекомендуется придерживаться следующих сроков:

· при сроке окупаемости проекта до 10 лет разработанные в курсовом проекте мероприятия эффективны и подлежат реализации в первую очередь;

· при сроке окупаемости проекта 11 - 20 лет разработанные в курсовом проекте мероприятия малоэффективны и подлежат реализации во вторую очередь;

· при сроке окупаемости проекта более 20 лет разработанные в курсовом проекте мероприятия не эффективны и не подлежат реализации.

Осушение

При осушении лесных питомников, парков, скверов, приусадебных участков лесхозов и лесничеств и в некоторых других случаях для удобства использования территории осушение открытыми каналами целесообразно заменять дренажем. Слово дренаж (drainage – англ.) означает осушение. Дрены выполняют в виде водопоглощающих линейных трубчатых полостей, располагающихся на определенной глубине с уклоном для обеспечения отвода воды.

Определение основных параметров дренажных труб.

Цель работы:

В процессе выполнения работы необходимо научиться

1. определять виды дренажа

2. знать характеристику дренажа

3. вычислять параметры дренажа.

Общие понятия

Для дренажа используют различные материалы (рис. 1) и в зависимости от этого его называют гончарным, пластмассовым, деревянным, трубчатым, фашинным, жердяным, каменным. Устраивают также кротовый и щелевой дренаж, не требующий строительных материалов. Наибольшее распространение получил гончарный и пластмассовый дренаж.

Рис. 1. Виды дренажа:

а – гончарный; б – жердяной; в – фашинный; г – деревянный трубчатый;

д – каменный; е - кротовый

При строительстве дренажа роют траншеи определенной глубины для укладки дренажного материала (рис. 2). Вода в дрены, так же как и в открытые каналы, поступает за счет напора создаваемого разностью уровней воды в дренах и грунтовой воды между дренами.

Рис. 2. Типы дренажный труб:

а, б – гончарные; в, г – пластмассовые; д, е – деревянные

Дренажная система состоит из дрен разного назначения. Регулирование водного режима осушаемой территории достигается дренами-осушителями. Для поступления воды из дрен-осушителей служат коллекторы, из которых вода поступает в главные коллекторы, а затем в водоприемники. Главные коллекторы, а иногда и коллекторы устраивают в виде открытых каналов. Для обеспечения стока воды дрены всех назначений должны иметь определенный уклон.

При осушении значительных по площади переувлажненных территорий необходима система дрен (систематический дренаж), включающих дрены-осушители и коллекторы. Осушение отдельных понижений достигается выборочным дренажем, иногда состоящим из отдельных одиночных дрен-осушителей.

Гончарный дренаж

Трубки для гончарного дренажа изготавливают из хорошо обожженной глины. По ГОСТ 8411-74 внутренний диаметр трубок принимается равным 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200 и 250 мм, при длине каждой трубки 333 мм. Трубки могут быть цилиндрической формы или граненые (шести- или восьмигранные). Цилиндрические трубки признаны лучшими, так как при укладке их в траншеи нет необходимости в подгонке граней, что повышает производительность труда и качество работ, особенно при механизированном строительстве. Для осушительных дрен применяют трубки диаметром 50 и 75 мм, для коллекторов и главных коллекторов – трубки больших диаметров.

Строительство дренажа начинается с рытья траншей специальными траншейными многоковшовыми экскаваторами (ЭТЦ-202, ЭТЦ-171) или обычными. Дно траншей тщательно нивелируют. Осушительные дрены из гончарных трубок должны иметь уклон от 0,002 до 0,01. При механизированном строительстве необходимые уклоны дна траншеи можно обеспечить копирным устройством. В этом случае выше поверхности почвы вдоль оси траншеи на некотором удалении от нее натягивают копирный канат с заданным уклоном. Движущийся вдоль каната многоковшовый экскаватор, автоматически изменяя величину заглубления, прорывает траншею, дно которой получается параллельным копирному тросу.

Дренажные трубки укладывают в траншею вплотную одна к другой. Вода поступает в дрены через зазоры на стыках дренажных трубок. Во избежание заиления дрен зазоры между трубками обкладывают фильтрующим материалом - стеклотканью, стекловолокном, а при их отсутствии — сфагновым мхом.

При засыпке траншей дренажные трубки сначала засыпают вручную слоем грунта из верхних органогенных, влагоемких, пронизанных корнями растений горизонтов почвы, обладающих лучшей водопроницаемостью. Затем траншеи засыпают грунтом, вынутым бульдозером при их отрывке. Для улучшения действия дренажа траншей засыпают крупным песком (фильтрующая засыпка).

Пластмассовый дренаж

В настоящее время большое распространение получил дренаж из пластмассовых трубок — гладкостенных или гофрированных, изготавливаемых из пол и вин ил хлорида или полиэтилена. Диаметр трубок от 42 до 125 мм. Трубки меньших диаметров используют для дрен-осушителей. Длина дренажных трубок от нескольких десятков до сотен метров. Для поступления воды вдоль трубок делают несколько рядов перфораций в виде параллельных круглых или щелевых отверстий. Для предохранения от заиления при укладке пластмассовые трубки покрывают стеклохолстом.

Пластмассовый дренаж строят траншейным или бестраншейным способом. Траншейный способ применяют при укладке коллекторов. Траншеи, как и при строительстве гончарного дренажа, роют многоковшовыми экскаваторами ЭТЦ-202, ЭТЦ-167, ЭТЦ-171 или одноковшовыми экскаваторами. При бестраншейном способе дреноукладчик типа ДПБН-1,8, навешиваемый на трактор Т-100 МБГС, формирует (если требуется) узкую щель глубиной до 1,8 м. На дно траншеи укладывают перфорированную дренажную трубку, подаваемую непосредственно с барабана, на котором может быть намотано до 200—300 м дренажной трубки. Во время укладки трубка обматывается лентой из стеклохолста.

Таблица 1. Расстояние между дренами и глубина дрен, м

Почвы	Глубина дрен	Расстояние между дренами
Глины и тяжелые суглинки	0,8-1,0	12-15
Средние суглинки	0,9-1,2	16-19
Легкие суглинки	1,0-1,2	19-22
Супеси	1,0-1,2	22-26
Пески	0,8-0,9	26-30
Торф	0,8-1,0	30-40

Срок службы гончарного и пластмассового дренажа более 50 лет.

Расстояние между дренами и глубина их при систематическом осушении даны в таблице 1

Другие виды дренажа

Дренаж из деревянных труб. Деревянный трубчатый дренаж устраивают из труб прямоугольного или треугольного сечения. Прямоугольные трубы изготавливают из досок, лучше хвойных или твердолиственных пород, толщиной 15-25 м. шириной 7—15 см. Для боковых стенок используют обрезные доски, для нижней и верхней стенок необрезные доски и горбыли, но с обязательной окоркой. Трубы сбивают из досок длиной 3—5 м. Использование досок разной длины обеспечивает соединение их стыков вразбежку, т. е. в одном месте трубы получается только один стык с какой-либо стороны. Для поступления воды в трубу под верхнюю доску через 70-80 см укладывают подкладки или в боковых досках сверху через 50—60 см делают прорези длимой 10—20 и высотой 0,5 см (рис. 1 г). При укладке труб в траншею следует помнить, что боковые доски должны являться опорой для верхней доски и сами должны опираться на нижнюю доску. Деревянные трубы в местах выхода в открытый канал или водоприемник изготавливают из досок толщиной 40-50 мм. После укладки трубы в траншеях по всей длине покрывают дерном (травой вниз) или (что лучше) слабо разложившимся сфагновым мхом. Затем траншею засыпают грунтом, вынутым при отрывке траншей.

Уклон трубчатых деревянных дрен принимают в пределах от 0,001 до 0,05. Длина осушительных дрен должна быть не более 200-250 м.

Срок службы деревянного трубчатого дренажа может достигать в минеральных грунтах 12-15 лет, в торфяных 50 лет.

Жердяной дренаж. При устройстве жердяного дренажа (рис. 1 б) на дно траншей вдоль откосов укладывают по одной жерди толщиной 8—10 см. На эти жерди через 1,0-1,2 м укладывают поперечные прокладки, поверх которых из жердей толщиной 5-8 см устраивают сплошной настил. Настил сверху покрывают сфагновым мхом, дерниной. Уклон дрен принимается равным 0,003-0,005. Глубина заложения дрен 1,1-1,2 м. Жердяной дренаж рекомендуется применять на торфяных почвах. Срок службы в торфяных грунтах до 20 лет.

Фашинный дренаж. Для устройства такого дренажа из хвороста толщиной 3—5 см, связывая его через 50—75 см, изготавливают фашины диаметром 15—30 см. Постепенно удлиняя, получают фашины длиной до 100—200 м и более. Фашины укладывают по 1—3 шт. (рис. 1 в) на дно траншей, прикрывают слоем хвороста, дерном, сфагновым мхом и засыпают грунтом. Уклон фашинного дренажа должен быть не менее 0,003. Фашинный дренаж применяют только при осушении отдельных недлинных понижений, под дорожками в парках и лесопарках, под кавальерами при устройстве временных дорог на осушенных землях и пр.

Каменный дренаж. Такой дренаж получают путем заполнения траншей камнем с неплотной его укладкой. Его применяют очень редко, в основном при дренировании ключей в местах прохода большого количества пешеходов. Уклон дренажных линий должен быть не менее 0,005. Основной недостаток каменного дренажа - высокая стоимость работ и материала.

Кротовый и щелевой дренаж. Кротовый дренаж устраивают путем прокладки в грунте на глубине 40-70 см полостей, напоминающих кротовые ходы (рис. 1 е). Его разновидностью является щелевой дренаж, когда вместо круглой делают щелевую полость, расширяющуюся книзу. Такой дренаж можно применять на торфяных или тяжелых суглинистых грунтах.

Для сооружения кротового дренажа применяют дренажную машину ДКТ-100, снабженную специальным ножом, нарезающим вертикальную щель требуемой глубины. К нижнему концу ножа на канате закреплен цилиндрический остроконечный дренер (крот), который, раздвигая и уплотняя грунт, обрезает круглое, полое отверстие — кротовую дрену. Иногда кротовый дренер помещают непосредственно на нижнем конце ножа. Диаметр кротовых дрен на минеральных грунтах 8-10, на торфяных 15—20 см. Расстояние между кротовыми дренами составляет от 2-10 м на минеральных землях, до 15-20 на торфяных. Срок действия кротовых дрен 3—4 года.

Расчет параметров закрытой осушительной сети

При расчетах закрытой осушительной сети рассчитывают следующие основные параметры: глубину заложения дрен; приток воды к дрене; диаметр дрен и коллекторов.

Глубина заложения дрен

Минимальную среднюю глубину дрен (b) принимают в минеральных грунтах 1,0 м, в торфяниках – 1,1 м после осадки торфа. При этом дрены закладывают в наиболее проницаемый по почвенному профилю слой.

Рис. 3. Схема к расчету глубины заложения дрен

Среднюю глубину заложения дрен (рис. 3) рассчитывают по выражению:

где: а – норма осушения, м;

h – прогиб кривой депрессии, м;

Δ – осадка осушаемого слоя почвы, доли;

d_B – внешний диаметр дрены, м;

b_min – минимальная глубина заложения дрены, м.

Примем норму осушения (приложение 1) в среднем 0,6 м, тогда прогиб кривой депрессии можно определить по зависимости:

Угол наклона кривой депрессии α зависит от водопроницаемости осушаемого слоя почвы и может приниматься для расчетов 6-10^о в песчаных, 11-20^о в среднесуглинистых, 25-35^о в глинистых почвах и 10-20^о в торфяниках.

Приближенно прогиб кривой депрессии можно принять 0,1-0,3 м в среднеразложившемся торфянике, 0,1-0,2 м в песчаных, 0,1-0,3 в суглинистых и 0,2-0,5 м в тяжелосуглинистых грунтах.

Осадка осушаемого слоя почвы – Δ – зависит от количества органических веществ в нем и интенсивности их разложения. Его значение можно принять: 0,15-0,25 для торфяников, 0,01-0,05 для песчаных и 0,05-0,1 для суглинистых и глинистых почв.

Представляя средние значения в вышеприведенную формулу, получим:

b = 0,6+0,3+0,07+0,1·1 = 1,07 м

Примем для расчетов среднюю глубину заложения дрен 1,1 м.

Расчет притока воды к дренам

Наиболее напряженное время в работе дренажа, как правило, приходится на период от конца снеготаяния до окончательного схода паводковых вод, так как за это время, примерно равное 10-15 суткам, уровень грунтовых вод должен опуститься на глубину 50-60 см от поверхности почвы. При определении расстояния между дренами этот период принимают за расчетный.

Приток воды к дрене вычисляют по формуле:

где: q – приток воды к дрене, м/сут;

m_c – расчетный слой воды, заданной обеспеченности, который отводится за расчетный период, м;

Т – время, за которое должен быть отведен слой воды m_c, сут.;

К_ф – коэффициент фильтрации грунтов, м/сут.;

i – уклон поверхности грунтовых вод.

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 398; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!