книги из ГПНТБ / Писарьков, Х. А. Осушение лесных земель учебное пособие для студентов лесохозяйственного факультета (специальность 1512)

4. Поперечный профиль канав

Канавы обычно выполняются трапецеидальной формы, а иногда (проводящие канавы) и параболической формы. Эле­ менты поперечного профиля канав показаны на рис. 31, где приняты следующие обозначения: Т — глубина канав, b — ши­ рина по дну, В — ширина по верху. Уравнение параболы име­ ет вид: В2 = 8РТ; параметр Р принимается пропорциональным глубине воды в межень. При глубине воды 0,5 м в супесях и крупнозернистых песках Р принимается равным 2,4—4,0, в

мелкозернистых песках — 6,0—9,0. Вынутый из канав грунт складывается в валы, которые носят название кавальеров, ли­ ния пересечения поверхности земли с откосом называется бровкой, полоса земли между кавальером и бровкой называ­ ется бермой. Ширина берм обычно принимается равной глу­ бине канавы, но. не менее 0,5 м. Для пропуска поверхностной

воды в канавы перпендикулярно кавальерам устраиваются канавки, так называемые воронки, они начинаются за каваль­ ером, прорезают его и берму и выходят в откос. Воронки уст­ раиваются через 30—50 м с обеих сторон и по местным пони­ жениям, ширина по дну принимается равной 0,3—0,4 м, глу­ бина (у откоса) — 0,2—0,4 м. Крутизна откосов принимается

такая лее, как и для канав. Под кавальерами, используемыми под дороги, воронки устраиваются закрытые (дрены).

Рис. 31. Поперечный профиль каналов: 1 — берма; 2 — кавальер; 3 — воронка

В питомниках и парках землю, вынутую из канав, целесо­ образно разбрасывать тонким слоем по поверхности, так как кавальеры занимают полезную площадь и являются рассад­ ником сорных трав.

Ниже рассмотрим отдельные элементы поперечного про­ филя канав.

Глубина канав. Глубина канав осушительной сети в ос­ новном зависит от глубины осушителей, которая в свою оче­ редь зависит от ряда факторов. В результате осадки торфа приходится значительно увеличивать глубину канав. При осу-

80

шении мелких торфяников, подстилаемых минеральными во­ допроницаемыми грунтами, полезно врезать дно в эти грунты на 10—15 см. В этом случае грунтовая вода будет поступать

и через дно канав, что усилит действие сети. Дно канав по­ лезно врезать и в тяжелые грунты (на 15—20 см) с целью

уменьшения зарастания канав. Контакт «торф — минераль­ ный грунт» всегда должен быть выше горизонта воды в кана­ вах для того, чтобы вода свободно поступала в канавы по контакту.

Заглубление в тяжелый минеральный грунт при небольшой грубине торфа полезно и для увеличения сроков капиталь­ ного ремонта канав. Не вполне удовлетворительные водопри­ емники иногда требуют уменьшения глубины канав. Необхо­ димость применения канавокопателей и других механизмов тоже может ограничивать глубину канав. Большие нормы осу­ шения могут быть получены только при большой глубине ка­ нав. Рекомендуемые некоторыми специалистами очень глу­ бокие канавы (до 3—4 м) можно применять при водопрони­

цаемых почвогрунтах большой мощности и глубоких водопри­ емниках. Недостатком этих канав является неравномерное осушение на межканавных полосах. В настоящее^время реко­ мендуется принимать следующие глубины осушительных ка­ нав в зависимости от глубины торфа:

Сопряжение канав в вертикальной плоскости должно быть рассчитано так, чтобы дно впадающего канала находилось на уровне или вышебытовых вод принимающей канавы (рис. 32).

Рис. 32. Сопряжение каналов:

1 — горизонт бытовых вод транспортирующего собира­ теля; 2 — дно собирателя

При небольших водосборах глубина транспортирующих соби­ рателей проектируется на 0,1—0,2 м больше глубины осуши­ телей, а глубина магистралей на 0,2—0,3 м больше глубины собирателей. Глубина ловчих каналов может быть до 2 м, же­

лательно дно врезать в водоупорный слой.

Откосы канав. Сохранность канав в значительной мере зависит от устойчивости откосов, что достигается путем при-

дания откосу определенной крутизны, в зависимости от устой­ чивости грунта.

Крутизну откосов канав выражают через коэффициент от­

где / — заложение откоса, Т — глубина канавы (см. рис. 31). Коэффициент откоса m зависит, прежде всего, от угла естест­

венного откоса данного грунта, который, в свою очередь, зави­ сит от связности и величины трения частиц грунта. Кроме то­ го, коэффициент откоса зависит от влажности почвогрунтов (с увеличением влажности грунта его устойчивость уменьша­ ется), глубины канавы (чем больше глубина, тем больше пг),

дополнительной нагрузки на откос (например, при узких бер­ мах большое давление на откос оказывают кавальеры), от устойчивости основания откоса, степени однородности грунта. При проектировании применяют следующие коэффициенты

82

Прим ечания:

1.При проектировании канав в мелкозернистом песке необходимо

крепление подводной части, насыщенной водой (фракций с коэффициен­ тами откосов в верхней части диаметром 0,05 мм менее 80%).

2. Если отношение разложившейся части торфа ко всему объему ме­ нее 20%, торф считается слабо разложившимся, от 20 до -15%— средне- и свыше 45% сильно разложившимся.

Большие значения т берутся при большой глубине канав,

при хорошо разложившихся торфах и при осушении парков и лесопарков. В слоистых грунтах для проводящих каналов рекомендуется проектировать сложный профиль, н т берется соответственно грунту. Для регулирующей сети т берется по

нижнему слою грунта, если мощность последнего составляет не менее половины глубины канавы. Ебли дно заглубляется в песок более чем на 0,25—0,30 см, то т берется по песку. При работе экскаваторами допускается увеличивать т на 0,25— 0,50. Для нагорных каналов с верховой стороны т принима­

ется равным 2—3 и более с устройством воронок. Подвод­ ную часть канав, проходящих в мелкозернистых песках, це­ лесообразно укреплять.

Коэффициенты откосов канав принимают обычно кратны­

ми >/4 ('/4:1, 72 :1, 3Л:1, 1 : 1, 1Ч* ■ К 1 Vs : 1, 13Д : 1, 2 : 1

и т. д.). Отсюда и названия откосов: четвертной, половинный, трехчетвертной, одиночный (ординарный), пятичетвертной, по­ луторный, семичетвертной, двойной, тройной и т. д.

Через коэффициент откоса можно выражать и другие эле­ менты канавы (см. рис. 31). Из определения т следует, что 1=тТ. Отсюда ширина по верху B = b+ 2l=b + 2mT. Площадь

поперечного сечения W= В ^ b T={b+mT)T, а площадь жи­

вого сечения = (b + tnh) h, где h — глубина воды в канаве. Длина откоса l\ = Y Тг + 12 = T~)f1-|-т-\ смоченный периметр

X = b+ 2l[ = 6 + 27'-j/i_|_m2i П р И ГЛубине воды h%= 6+2A]/l-j-/n2.

Указанные зависимости применяются при гидравлическом расчете каналов.

Для определения коэффициентов откосов на существующих канавах следует измерить глубину Т, ширину по верху В и

по дну IЬ. Отсюда заложение откоса /= -б ~ Ь и m = - у _-

5.Способы создания устойчивых русел

Внастоящее время имеются следующие пять способов придания^канавам и регулируемым рекам устойчивых русел.

Устройство пологих откосов. Этот способ на легких поч­

вах, и в особенности в плывунах, требует большого объема выемки, что увеличивает стоимость осушения. Кроме того,

при пологих откосах увеличивается площадь под канавами и, следовательно, увеличивается потеря полезной площади. Этот способ применим только для некоторых связных почв.

Параболическое поперечное сечение. Эта форма русла зна­

чительно более устойчива по сравнению с трапецеидальным сечением. Параболическое сечение в особенности целесооб­ разно при строительстве проводящей (транспортирующей) сети. Параметры параболы подбирают в зависимости от глу­

бины воды (см. стр. 80).

Двойной профиль (рис. 33). Поперечное сечение канала

приближается к параболическому. Двойной профиль с более пологими откосами в нижней части канала может найти при­ менение в малоустойчивых грунтах при осушении парков, лесопарков и других площадей, где не разрешается проводить рубку деревьев под трассы для прохода землеройных машин и по­ этому работы приходится выполнять

вручную.

<гСамозакрепление» русел. Обычно

разрушение русел в малоустойчивых грунтах происходит в первый год после строительства, в даль­ нейшем после понижения уровня грунтовых вод процесс раз­ рушения значительно ослабевает. После повторных ремонтов откосы зарастают травами и не подвергаются заметным де­ формациям.

Крепление русла. Применяется в малоустойчивых грунтах

(в особенности у основания откосов), а также на участках ка­ нала, подверженных размыву.

Виды крепления откосов. В малоустойчивых грунтах (пес­ ки, супеси, разжиженный торф и др.) вместо пологих отко­ сов полезно применять крепление жердями, хворостом, доска­ ми, фашинами, камнем, плитами из пористого бетона, желе­ зобетонными лотками, дерном, посевом трав и др;

Жердяное крепление устраивается следующим образом (рис. 34). У основания откоса в дно канавы через 1,5—2 м по ее длине забиваются колья (сваи) диаметром 8—12 см на глу­ бину не менее 0,6 м. За кольями укладывают жерди или пла­

стины, за жердями — слой мха или дерна толщиною 10 — 15 см. Между кольями прокладывают распорки по дну кана­

вы, а при большой высоте крепления — делаются насадки по верху кольев. Укрепляют обычно только нижнюю часть отко­ са высотой не менее 0,5 м. Это позволяет делать верхнюю

часть откоса более крутой. Жерди и колья лучше заготовлять из хвойных пород. При устройстве хворостяного крепления в виде плетней колья диаметром 5—7 см забивают у основания откоса на расстоянии 33 см на глубину не менее 60 см. Затем

84

колья плотно оплетают хворостом (ива, лещина, ольха). За плетень укладывают торф или дерн.

Рис. 34. Жердяное крепление откосов

Фашинное крепление делают следующим образом (рис. 35).

Из ивового, березового, ольхового, реже елового и соснового хвороста диаметром до 4 см вяжут фашины толщиной около 25—30 см. Изготовленные фашины укладывают у оснований

откосов и прикрепляют к откосу деревянными кольями диа­ метром 4—6 см, забиваемыми сквозь фашину. В зависимости

от высоты крепления укладывают одну или две фашины.

В парках применяется каменное крепление (сплошная на­

стилка камнем на мху, щебне, гравии или песке). Мощение производится по спланированному откосу снизу вверх парал-

85

дельными слоями с упором у основания откоса. Вместо кам­ ня можно применять крепление откосов плитами из пористого бетона.

В настоящее время для крепления откосов и дна канав широко применяются железобетонные прямоугольные лотки

длиной звена 3,0 м, высотой 0,3 м, шириной 0,5 м, с толщиной стенок 6 см. Эти звенья укладываются на дно канав, грунто­

вая вода поступает в щели между звеньями.

Высота крепления должна быть на 0,2—0,3 м выше гори­

зонта бытовых вод. Выше крепления, на откосах (в питомни­ ке, парках) целесообразно высевать смеси трав или применять одерновку. При посеве трав обязательно вносить удобрения; травосмеси дают более прочную дернину, чем чистые посевы.

выполняются, принимается равной 0,3—0,4 м. Ширина по дну

проводящих и оградительных каналов, имеющих водосборную площадь не более 500 га, также принимается без расчетов ши­ риной 0,4—0,6 м. Если водосборная площадь проводящего ка­

нала (магистрального, транспортирующего собирателя и др.) больше 500 га, то ширина по дну канала устанавливается гид­

рологическими и гидравлическими расчетами. При этих рас­ четах учитываются расходы воды, глубина воды, положение горизонтов воды в водоприемнике (или в канале, принимаю­ щем воду данного канала), глубина впадающих каналов, ук­ лоны дна и другие..

Г и д р о л о г и ч е с к и е расчеты. При этих расчетах не­ обходимо разрешить три вопроса: на какие воды рассчиты­ вать (расчетный период); как определить расчетный модуль стока и расход воды; какое принять положение горизонта во­ ды в рассчитываемом канале.

Как известно, уровни и расходы воды в водотоках в тече­ ние года сильно колеблются. Для гидромелиоративных целей имеют значение следующие расходы воды: весенние макси­ мальные (паводковые); послепаводковые; летние и осенние паводковые; бытовые и среднегодовые.

На весенние максимальные воды каналы рассчитывают в том случае, если осушаемые площади не должны затапливать­ ся весенними талыми водами (парки, посевы озимых и др.). На эти воды рассчитывают отверстия сооружений (мостов, труб, шлюзов), проверяют каналы на допустимость скоростей течения и по этим расходам определяют площади затоплений. Максимальные и другие расходы сильно колеблются по от-

86

дельным годам. В связи с этим в зависимости от хозяйствен­ ной значимости осушаемых объектов расчет производят на расходы определенной обеспеченности. Обеспеченность стока показывает число (сумму) лет, в течение которых сток был равен данному значению или больше. Обеспеченность удобно выражать в процентах от всего количества рассматриваемых лет. Как показывают исследования, кратковременное затоп­ ление весенними водами не отражается заметно на росте ле­ са, гораздо существеннее, чтобы к началу роста корневые си­ стемы были освобождены от грунтовой воды, поэтому иослепаводковые воды должны вмещаться в канавы и горизонт их должен быть ниже бровки.

Летние и весенние паводковые расходы на лесных землях, на которые тоже рассчитывают проводящие каналы, учиты­ вают в том случае, если рассчитываемый канал обслуживает и сельскохозяйственные земли, последние не должны затапли­ ваться в летний период.

Бытовые расходы (часто повторяющиеся в течение вегета­ ционного периода) имеют значение для правильного сопряже­ ния канав в вертикальной плоскости, чтобы исключить подпо­ ры воды в осушительной сети; кроме того, по бытовым расхо­ дам определяют высоту крепления откосов и допустимые ми­ нимальные скорости воды. Среднегодовые расходы (нормы стока) используют при расчете наполнения прудов водою. .

Расчетные модули стока следует определять по данным фактических наблюдений, а при их отсутствии — по аналогии с модулями стока на изученных водотоках (водосборах), близких к водосборам осушаемых объектов. При невозмож­ ности подобрать аналоги модули стока определяются по эм­ пирическим формулам.

При наличии фактических наблюдений (не менее 10 лет) обычно определяют сток с заданной вероятностью его превы­ шения (обеспеченности).

Для построения кривой обеспеченности по данным наблю­ дений необходимо определить три параметра: среднее ариф­ метическое значение ряда наблюдений; коэффициент вариа­ ции, или изменчивости, и коэффициент асимметрии, или несимметрии.

Коэффициент вариации Cv определяется по формуле

где N — число лет наблюдений;

К— модульный коэффициент, т. е. отношение данного чле­ на ряда цг к среднему арифметическому значению

ро всего ряда

(74)

87

1

Коэффициент асимметрии Cs характеризует несимметрич­ ность кривой распределения. Для точного определения Cs

требуется очень длинный ряд наблюдений. Опытные данные показывают, что часто можно принимать CS=2CV, так как при больших значениях Cs кривые обеспеченности изменя­

ются незначительно и главным образом на своих концах. Не­ большие значения Cs характерны для засушливых районов.

Для озерных районов (более 10%) рекомендуется принимать С,=4С„.

Ординаты кривой обеспеченности вычисляются по формуле

где Qp°/„ —.расход воды данной обеспеченности;

Фр% — отклонения ординат кривой от середины, для со­ ответствующего коэффициента асимметрии Cs. Эти отклонения пропорциональны Cv и берутся по

табл. 21 (Фостера-Рыбкина); Cv— коэффициент вариации;

ро — средний расход.

Таблица 21

Таблица отклонений ординат

кривой обеспеченности Пирсона III типа от середины при Cv = 1 (по Фостеру-Рыбкину)

88

Для примера приведем расчет обеспеченности максималь­ ных летне-осенних расходов воды р. Тосно. Для этого в табл. 22 расположим расходы воды в убывающем порядке и

ро= 423,4 : 12=35,3; £(/С—1)2=3,55.

Вычисляем С„

Принимаем CS = 2CV —1,14.

ходы разной обеспеченности и, наконец, определяем модули стока при площади водосбора реки .£= 133 000 га. Все вычис­

ления сводим в табл. 23.

По данным табл. 23 построена кривая обеспеченности мо­ дулей стока для водосбора реки Тосно (рис. 36).

Обеспеченность любого члена ряда может быть вычислена

где Яо/о — обеспеченность в процентах данного члена ряда (на рис. 36 показана треугольниками);

т — порядковый номер ряда, при расположении ряда

в убывающем порядке; N — число членов ряда.

89