Гидротехнические мелиорации

131

орошаемом участке в целях увлажнения почвы. При выборе способа орошения следует учитывать возможности механизации работ и автоматизации полива, агротехнику выращивания посадочного материала, назначение угодий (питомники, сады, садово-парковые объекты, лесные насаждения), рельеф местности, особенности водоснабжения (круглогодичное, сезонное).

При поверхностном орошении почва увлажняется струей или слоем воды, движущимся по поверхности. Полив осуществляется тремя способами: по бороздам, напуском (по полосам) и затоплением (по чекам).

Орошение дождеванием производится с помощью специальных машин и установок, разбрызгивающих воду в виде дождя. Дождевание обеспечивает подачу воды на орошаемую почву в виде дождя, создаваемого специальными дождевальными приспособлениями. Дождевание – один из наиболее совершенных способов полива.

К преимуществам дождевания относятся: высокая механизация полива; увлажнение получают не только почвы, но и приземный слой воздуха и растения; возможность внесения удобрений при орошении; обеспечение равномерного орошения площади; обеспечение полива в течение всего периода вегетации.

Дождевальные приспособления подразделяются на короткоструйные (радиус действия 10 м), среднеструйные (до 50 м) и дальнеструйные (радиус действия свыше 50 м). Значительную часть их можно использовать для орошения угодий в лесном хозяйстве. Однако наиболее пригодны двухконсольные дождевальные установки ДДА-100 М и ее модификации (рис. 9) и дальнеструйные дождевальные машины ДДН-70 и ДДН-100.

При орошении дождеванием оросительная сеть состоит из магистрального канала и оросителей. Вода в магистральный канал подается самотеком через трубчатый водовыпуск, уложенный в теле плотины. Его устраивают в коренном берегу на уровне горизонта мертвого объема (см. рис. 10, 11).

132

Рис. 9. Двухконсольный дождевальный агрегат ДДА-100М

Магистральный канал устраивают несколько глубже (ниже) трубы. Его проектируют с небольшим уклоном (0,0002 - 0,00007) и располагают по наиболее высоким точкам орошаемой площади.

Для лучшей подачи воды в оросители уровни воды в магистральном канале должны быть выше поверхности земли на 0,2 - 0,3 м. Необходимо следить, чтобы уклон поверхности земли по линии канала в среднем был равен уклону дна, т. е. магистральный канал проводят как линию с заданным уклоном.

Оросители отходят от магистрального канала и при орошении дождеванием проектируются параллельно друг другу. Уклоны дна оросителей принимают равными 0,001 - 0,005.

При внутрипочвенном орошении вода подается по трубам или кротовинам, расположенным ниже корнеобитаемого слоя. К корням растений вода поступает путем капиллярного подъема.

133

Распространенными источниками орошения являются пруды. Они бывают плотинные и копаные. Плотинные (напорные) пруды создают путем задержания поверхностного стока, главным образом стока весенних талых вод в балках, или подпором воды в естественных водотоках (реках, ручьях).

Копаные пруды (копани) устраивают в искусственной выемке грунта, а иногда в сочетании с плотиной. Воды копаней используют для хозяйственного и противопожарного, а иногда и для питьевого водоснабжения.

Грунтовые плотины − самый древний тип искусственных подпорных сооружений. В Египте, Индии, Перу и других странах простейшие грунтовые плотины строились за несколько тысяч лет до нашей эры. В России в документах XIII века о грунтовых плотинах упоминается как об обычных распространенных сооружениях. В XIX веке в качестве материала для тела плотин получили распространение не только мелкозернистые грунты, но и применяли отсыпку или наброску предварительно разрыхленного взрывным способом скального грунта. Высота грунтовых плотин достигала 50 м. В XX веке грунтовые плотины получили наибольшее распространение, особенно в 50 - 60-х годах. Высота некоторых плотин достигла в настоящее время 300 м, объемы грунта − 130 млн. м3.

Грунтовые плотины − наиболее распространенный тип плотин, что объясняется бурным развитием техники ведения земельноскальных работ, возможностью полной механизации всего технологического процесса по возведению плотины от разработки грунта в карьере до укладки его в тело плотины, широким разнообразием конструкций плотин, которые позволяют использовать для тела

134

плотины практически любые грунты, находящиеся вблизи створа. Кроме того, грунтовые плотины предъявляют меньшие требования к деформируемости основания, чем плотины других типов. Их строят даже на очень слабых илистых основаниях.

Грунтовые плотины можно классифицировать по используемым материалам на земляные, в которых основной объем тела плотины (более 50 %) выполняется из мелкозернистых глинистых, песчаных или песчано-гравелистых грунтов; каменно-земляные, в которых основной объем тела плотины выполняется из крупнозернистых гра- вийно-галечниковых грунтов; каменные, в которых основное тело плотины, как и в случае каменно-земляных плотин, выполняется из крупнозернистого материала. Кроме этого плотины устраивают из дерева, железобетона и других материалов. Наибольшее распространение в лесном хозяйстве получили земляные плотины.

Земляная плотина должна быть устойчивой и надежно сопрягаться с дном и склонами балки. До строительства плотины необходимо очистить всю площадь, на которой будет воздвигнута плотина, от деревьев, кустов, пней, камней и растительного слоя.

Снятие растительного слоя, устройство траншей под замок, а также доставка грунта для отсыпки тела плотины осуществляется скреперами. Эти работы, за исключением подвозки грунта, можно выполнять и бульдозерами. Уплотнение грунта, укладываемого в тело плотины, производится катками; оправка откосов плотины – грейдерами.

По берегам прудов устаивают подходы и подъезды, площадки для водопоя животных и пр. Для предохранения от интенсивного заиления и загрязнения вокруг прудов высаживают защитные лесонасаждения и закрепляют все действующие выше них овраги.

Лесные насаждения вокруг прудов защищают берега от разрушения волнобоем, уменьшают скорость ветра, способствуют этим снижению испарения с водной поверхности пруда.

135

13.1. Определение высоты плотины

Высота плотины определяется исходя из величины нормального подпертого горизонта воды в пруду (НПГ) и превышения гребня плотины над НПГ. Глубина воды в пруду определяется с учетом слоя заиления, мертвого запаса, толщины льда, слоя воды на орошение и других нужд и слоев воды на испарение и фильтрацию. В зависимости от характера водосбора слой воды на заиление можно принять равным 0,5 м, при облесенном водосборе − меньше, при распаханном − больше. Слой мертвого запаса с учетом толщины льда принимают в размере l м. Поскольку орошаемая площадь небольшая, то слой воды на орошение и другие нужды можно принять равным 1,0 м. Потери воды на фильтрацию в год равны слою воды: при водонепроницаемом грунте балки − 0,5, слабоводопроницаемом − 0,5 и проницаемом − 1,0 - 2,0 м. Слой испарения с водной поверхности в год составляет в районе: Астрахани − 1,0 м; Саратова − 0,8; Среднего Поволжья − 0,4 - 0,6; Москвы − 0,5; Ленинграда − 0,4 и Архангельска − 0,3 м. Таким образом, максимальная глубина воды в пруду равна сумме указанных выше слоев. Гребень плотины должен быть выше НПГ на 1,0 м. Следовательно, высота плотины в наиболее узком месте балки равна максимальной глубине воды в пруду, сложенной с превышением гребня плотины над нормальным подпертым горизонтом.

13.2. Выбор места для устройства плотины. План плотины и пруда

Плотинные пруды устраивают в балках, руслах небольших ручьев или речек, а также в прекративших рост оврагах. Ось плотины проектируется, как правило, в самом узком месте балки с тем, чтобы плотина имела возможно меньшую длину. Самое узкое место балки подбирается с учетом высоты плотины. Кроме того, при выборе ме-

136

ста для устройства плотины следует руководствоваться указаниями, изложенными в учебнике Б. В. Бабикова «Гидротехнические мелиорации лесных земель» [4].

На плане балки следует начертить план плотины. Для этого сначала наносят гребень плотины, отложив от оси плотины в обе стороны половину ширины гребня. Если плотина непроезжая, ширину гребня принимают равной 3,0 м, а если плотина проезжая, то ширина гребня устанавливается в зависимости от класса дороги в преде-

лах 4,0 - 6,0 м (рис.10).

Далее на каждом пикете (см. рис. 10) от гребня плотины в сторону водохранилища откладывают заложение мокрого откоса, а в противоположную сторону − сухого откоса.

Рис. 10. План пруда и оросительной сети:

1 – план плотины; 2 – водосбросной канал; 3 – горизонт мертвого объема (ГМО); 4 – нормальный подпертый горизонт (НПГ); 5 – магистральный канал; 6 – оросители

137

Заложение откоса вычисляют по формуле

где m – коэффициент откоса;

h – высота плотины на данном пикете, берется с профиля (см. рис. 8).

Соединив концы нанесенных на план плотины перпендикуляров прямыми линиями, получают очертание основания плотины.

Все данные: номера пикетов, расстояния между пикетами, высоту плотины, заложение откосов, ширину гребня − записывают в табл. 41.

На плане балки показывают синими или черными более толстыми линиями границы НПГ и ГМО (см. рис. 10).

13.3. Коэффициенты откосов плотины

Коэффициенты откосов плотины принимают:

для сухого откоса в суглинках − 1,5 - 2,0; в супесях − 2,0 - 2,5; в

песках − 2,5 - 3,0;

для мокрого откоса соответственно − 2,5 - 3,0; 3,0 - 3,5; 3,5 - 4,0.

13.4. Продольный профиль плотины

Установив высоту плотины, на плане проводят ось плотины, отметка которой равна отметке гребня плотины (см. рис. 10).

Далее следует вычертить продольный профиль плотины (рис. 11). Для этого по оси плотины разбивают пикетаж. Проще всего пикеты назначать в местах пересечения горизонталей с осью плотины, а расстояния между пикетами определить по плану.

Отметки поверхности на пикетах вычисляют по горизонталям. Вычитая из отметки гребня плотины отметки поверхности балки и прибавляя толщину снятого растительного слоя (0,2 - 0,3 м), получают высоту плотины на каждом пикете. Все эти данные записывают на продольном профиле.

138

Кроме того, на продольном профиле показывают поперечный разрез трубы, через которую поступает вода для орошения, и водосбросное сооружение, дно которого проектируется на уровне НПГ, снятый растительный слой под основание плотины, а также замок, который врезают в водонепроницаемый слой балки не менее чем на 0,5 м.

Рис. 11. Продольный профиль плотины (М гор. 1:1000; М верт. 1:100): 1 – замок; 2 – труба; 3 – растительный слой; 4 – водосбросной канал

Над гребнем плотины пунктиром вычерчивают подсыпку грунта на осадку плотины – 10 - 15 % от высоты плотины (см. рис. 11).

13.5. Поперечный профиль плотины

Земляная плотина в поперечном сечении имеет форму трапеции

(рис. 12).

В теле плотины различают гребень (верхнюю площадку насыпи), откосы, основание и замок.

Откос, обращенный в сторону пруда, называют мокрым, противоположный откос − сухим.

139

Основание − нижняя часть плотины, где грунт, составляющий тело плотины, соприкасается с материковым грунтом балки.

Замок глубиной не менее 1 м устраивают из плотно утрамбованной глины вдоль оси по всей длине плотины.

Для предохранения плотины от разрушения фильтрационными водами вдоль подошвы сухого откоса плотины устраивают дренаж в виде отсыпки из последовательно уложенных слоев песка, гравия, камня.

Рис. 12. Поперечный профиль плотины

На поперечном профиле плотины следует показать линию депрессии, уклон которой равен в глинах 0,5; в суглинках 0,4 и в супесях 0,3. С учетом уклона рассчитать расстояние от конца кривой депрессии до основания сухого откоса. Чтобы плотина была устойчивой, это расстояние должно быть не менее 4 м. При меньшем расстоянии следует увеличить ширину гребня или устроить сухой откос более пологим.

На профиле нужно показать замок. Он устраивается с целью предотвращения фильтрации под основанием плотины. Глубина его принимается такой, чтобы он прорезал весь водопроницаемый слой грунта на дне и берегах балки по всей длине плотины и врезался в водоупорный слой не менее чем на 0,5 м. Ширина по дну замка принимается 1,0 - 1,5 м, откосы половинные.

140

13.6. Вычисление объема плотины

Объем плотины вычисляется аналогично объему осушительных каналов с той разницей, что у плотины разные коэффициенты откосов. Основные данные для вычисления объема плотины берут с продольного профиля плотины. Пример вычисления приведен в табл. 42.

Таблица 42

Пример вычисления объема плотины