5.3 Гидротехнические мероприятия

В системе противоэрозиоипых мероприятий, особен­но в начальной стадии их реализации, важное место принадлежит гидротехническим сооружениям. Результа­ты лесомелиоративных мероприятий, в частности лесо-, полос, начинают проявляться через несколько лет. А между тем в некоторых случаях смыв почвы, развитие, оврагов принимают настолько опасные скорость и раз­меры, что необходимо оперативное вмешательство. Что­бы прекратить эрозионные процессы или хотя бы задер­жать их, прибегают к устройству гидротехнических со­оружений.. Они делятся на несколько видов: сооружения на водосборной площади, головные овражные и русловые донные.

К сооружениям на водосборной площади от­носятся: земляные сооружения, задерживающие поверх­ностные стоки, такие, как валы- террасы с широким ос­нованием и водозадерживающие валы. Они полностью или частично ликвидируют сток, а следовательно, и смыв почвы. Это распылители стока, водоотводные (направляю­щие) валы и нагорные канавы.

Головные овражные (вершинные) сооружения применяются в тех случаях, когда надо задержать развитие вершины оврага. К ним относят перепады. Быстротоки и консольные сбросы. Эти сооружения позволяют весь сток с водосборной площади, прилегающей к вершине оврага, безопасно транспортировать на дно оврага и далее отводить в ближайшую реку.

Русловые и донные сооружения предназначены для борьбы с углублением оврага. Выполняют их в ви­де запруд, которые уменьшают скорость движения воды по дну оврага и в конечном счете способствуют стабили­зации поперечного сечения оврага, закреплению его растительностью.

Проектирование противоэрозионных мероприятий при внутрихозяйственном землеустройстве сводится к тому, чтобы прекратить развитие эрозии и вместе с тем устранить причины, ее вызывающие.

Основное назначение противоэрозиониого проекта — задержать или рассредоточить по поверхности рельефа сток ливневых и талых вод и обеспечить водоустойчи­вость почв.

Противоэрозионные гидротехнические сооружения проектируются в тех случаях, когда агротехнические и лесомелиоративные мероприятия недостаточно эффективны; они предназначаются для быстрого и надежного закрепления интенсивно развивающихся оврагов.

Основой составления проекта противоэрозионных мероприятий является планшет масштаба 1: 10000. На планшете по рельефу местности выбирается балка, определяются границы ее водосборов. По данным планшета строится продольный профиль балки. Определяется ее уклон по длине и строятся ее поперечные сечения в местах расположения русловых сооружений.

5.3.1 Проектирование оградительных каналов

Оградительная сеть служит для перехвата избыточных вод, поступающих на предохраняемую территорию от затопления с прилегающих водосборов, из рек, озер и водохранилищ. К ней относятся нагорные, ловчие и нагорно-ловчие каналы, береговой дренаж, пограничные каналы и дамбы. Для уменьшения поверхностного стока с прилегающих к системам территорий проводят мероприятия, входящие в противоэрозионный комплекс.

Нагорные каналы располагают вдоль верховой границы территории для перехвата поверхностных вод, стекающих с водосборов.

Согласно классификации А.Д. Брудастова, выделяют четыре основных типа нагорных каналов: непрерывные, прерывистые, Y-образные и пограничные.

Непрерывные нагорные каналы (рисунок 1) проводят вдоль склона при спокойном рельефе водосбора, если последний распахан и может быть эрозия. Каналы располагаются непрерывно вдоль всего склона и непосредственно впадают в магистральный канал.

Прерывистые нагорные каналы (рисунок 2) проводят при сложном рельефе, залесенном и залуженном водосборе. Такое расположение каналов возможно, когда притекающие поверхностные воды не содержат большого количества наносов и не представляют сосредоточенных потоков, вызывающих водную эрозию.

Каналы Y-образные (рисунок 3 ) проектируют при изреженном рельефе водосбора, когда прилегающие склоны имеют большую изрезанность отдельными тальвегами, при поступлении сосредоточенных водотоков.

Пограничные нагорные каналы (рисунок 4) перехватывают воду из примыкающих к осушаемому массиву залесенных водосборов. При осушении болот такие каналы располагают по границе залежи торфа.

При установлении длины нагорного канала предпочтение следует отдавать более коротким, как имеющим большую надежность. Такие каналы имеют меньшие расходы, соответственно меньшее количество наносов, а так же меньшую площадь, которая попадет в неблагоприятные условия при выходе из строя нагорного канала.

Рисунок 1 - Схема расположения Рисунок 2 – Схема расположения

непрерывных нагорных каналов прерывистых нагорных каналов

1- водоприемник; 2- магистральный 1- магистральный канал; 2- сбросная

канал; 3- транспортирующие собира- часть нагорного канала; 3- рабочая

тели; 4 - нагорные каналы часть нагорного канала

Рисунок 3- Схема расположения Рисунок 4 - Схема расположения Y- образных нагорных каналов пограничных нагорных каналов

1. сбросная часть нагорного канала; 1-водоприемник; 2-магистральный канал;

2. рабочая часть нагорного канала 3- транспортирующие сбиратели;

4- пограничные нагорные каналы

Нагорные каналы выполняют трапециидального профиля с несимметричным сечением (рисунок 5), верховой откос пологий - 1:5 и 1:10, засевают травами. Заложение низового откоса принимают в зависимости от характера грунта. Кавальеры нагорных каналов устраивают только по низовой стороне.

При водосборной площади меньше 300 га канал не расчитывают, размеры его принимают конструктивно - ширина по дну 0,6 м, глубина не более 1 - 1,2 м, длина 200 - 500 м (может доходить до 5 - 10 км), уклон не менее 0,0005, одинаковый по всей длине, не допускающий отложение наносов.

1 - сечение канала; 2 - кавальер

Рисунок 5 - Конструктивная схема поперечного сечения нагорного канала

Нагорные каналы нередко совмещают с ловчими, т.е. устраивают нагорно-ловчие каналы. При крутых склонах, большом объеме поверхностного стока и напорном водном питании совмещать их нецелесообразно. В этих случаях делают два параллельных канала - глубокий ловчий и мелкий - нагорный с внешней стороны объекта.

На узких и вытянутых в плане объектах вместо каналов можно применять ложбины и закрытые собиратели. При малых размерах водосборов поверхностный сток перехватывают при помощи сгущенных дрен; в верхней части коллекторов две-три дрены проводят на расстоянии 1/2 - 1/3 В (расчетное расстояние между дренами) друг от друга.

Максимальный расход нагорных каналов определяют по формуле:

м³/с (2.1)

где: К₀ - коэффициент дружности половодья, К₀ =0,006 - 0,008, для равнинных бассейнов К₀ =0,006;

h_p- расчетный слой суммарного стока половодья заданной обеспеченности, мм;

F - площадь водосбора, км²;

δ - коэффициент озерности, при площади озер ( F_оз) на водо­сборе менее 2% δ=1, при F_оз > 2% δ=0,8;

δ₁ - коэффициент, учитывающий регулирующее влияние водохранилищ и прудов, δ₁ =0,9; при их отсутствии δ₁=1;

δ₂ - коэффициент, учитывающий залесенность и заболоченность

(8.13)

f_л и f_б - площадь лесов и болот на водосборе, %;

μ - коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров слоя стока и максимальных расходов воды.

Расчетный слой суммарного стока половодья заданной обеспеченности (h_р, мм) определяют по трем параметрам:

мм (8.14)

где - средний слой стока половодья (мм) определяется по формуле:

мм

h₀ - среднемноголетний слой весеннего стока (мм) определяется по картам;

К_с - коэффициент, учитывающий условия стока, для территории с плоским рельефом и песчаными почвами К_с =0,9; для холмистого рельефа и глинистых почв К_с = 1,1;

C_v- коэффициент изменчивости (вариации) слоя стока, определяют по картам изолиний.

Коэффициент ассиметрии C_s = 2C_v;

Ф - ордината кривой трехпараметрического гамма-распределителя при C_s=2C_v.

Ловчие каналы устраивают для перехвата поступающей на осушаемую территорию грунтовой воды в зоне наиболее высокого ее стояния При заболачивании напорными водами каналы должны проходить вдоль линии наивысших пьезометрических напоров, на болотах - по воронкам минерального дна.

Для перехвата грунтового потока открытые ловчие каналы можно заменять ловчими дренами из труб диаметром не менее 75-100 мм с обсыпкой их фильтрующим материалом.

Глубину ловчих каналов на мелких торфяниках, подстилаемых песками или другими хорошо водопроницаемыми грунтами, устанавливают в пределах от 1,5 до 3 м.

При наличии подстилающего водоупорного слоя дно ловчих каналов врезают в него на 0,2 - 0,3 м; на минеральных землях, если этот слой залегает на глубине до 2 м, на торфяниках - до 3 м. Поперечные сечения нагорных и ловчих каналов глубиной более 2 - 2,5 м, проходящих в торфяниках (со степенью разложения более 50%), смешанных, легких, иловатых и разжиженных грунтах, должны иметь параболическую форму; в торфяниках со степенью разложения до 50%, в суглинках и глинистых грунтах - трапециидальную.

Расход ловчего канала определяется по следующему выражению:

(8.15)

где L - длина ловчего канала или его участка, м;

q₀ - приточность грунтовых вод к ловчему каналу, м³/сут/пог м.

Для ловчих каналов с дном, запускаемым в водоупор при однородном водоносном грунте, приточность (q₀) определяется по выражению:

м³/сут/пог м (8.16)

где k - коэффициент фильтрации, м/сут;

h - мощность водоносного дренируемого пласта, м;

i - средний уклон депрессионной кривой грунтовых вод.