Гидротехническая меллиорация

 

 

Содержание

 

Введение__________________________________________________________2

1. Природно-климатическая характеристика района проектирования___________4
1. Местоположение объекта проектирования_________________________4
2. Климатические условия________________________________________4
3. Рельеф______________________________________________________4
4. Изыскания при проекте гидролесомелиоративных работ_____________ 4
5. Элементы и основные принципы проектирования осушительной системы____________________________________________________________5
2. Проектирование осушительной сети в плане____________________________7
3. Проектирование осушительной сети в вертикальной плоскости_____________9
4. Проектирование поперечного профиля каналов__________________________10
5. Гидрологические расчеты___________________________________________11
6. Гидравлические расчеты___________________________________________17
7. Дорожная сеть на осушаемых землях__________________________________19
8. Противопожарные мероприятия_______________________________________20
9. Охрана окружающей среды___________________________________________21
10. Производство гидролесомелиоративных работ.__________________________23
11. Расчет объемов работ и составление сметы затрат________________________25
12. Эффективность лесоосушения_______________________________________30

Список литературы_________________________________________________32

Приложения______________________________________________________33

Введение

Гидротехническая мелиорация лесных земель – это система мероприятий  по регулированию водно-воздушного режима переувлажненных земель лесного фонда при помощи гидротехнических (строительство сооружений) и биологических мероприятий (сельскохозяйственные мероприятия, увеличивающие суммарное испарение и плодородие почв). Гидротехнические методы заключаются в строительстве сооружений отводящих избыточную воду.[3]

Главные задачи:

• регулирование водного режима осушаемых земель
• целенаправленное и планомерное проведение мероприятий по улучшению породного состава и возрастной структуры лесных насаждений.
• Обязательное и своевременное проведение лесокультурных работ и дополнительных мероприятий по содействию естественному возобновлению.

- Транспортное  освоение объектов гидролесомелиорации  в процессе строительства и совершенствования лесоосушительных систем.

• Повышение плодородия осушаемых земель.
• Улучшение экологических и рекреационных свойств леса.

В лесах I и II групп в малолесных районах, районах с высоким уровнем лесного хозяйства и приравненных к ним объектах интенсивность гидролесомелиорации высокая и направлена на достижение максимальной продуктивности лесных насаждений и максимального эффекта побочного пользования.[2]

В лесах II и III групп в многолесных районах интенсивность гидролесомелиорации в целом умеренная и направлена на достижение максимальной рентабельности по нормам осушения, обеспечивающим экономически наивыгоднейший  эффект мелиорации с учетом капитальных затрат и получаемого эффекта.[3]

В состав гидролесомелиоративных работ входят следующие мероприятия:

• планирование и проектирование
• строительство, кап.ремонт, реконструкция и эксплуатация осушительных систем

 

• ведение комплексного хозяйства на осушаемых землях, рациональное их использование и охрана окружающей среды
• инвентаризация ГЛМС и проведение ГЛММ.

Завершением гидролесомелиоративных работ является приемка и ввод в эксплуатацию ГЛМС.

Все гидролесомелиоративные работы должны иметь четкое нормативно-правовое обеспечение, раскрывающее права и обязанности  сторон, а их проектирование и строительство на объектах коренного осушения может осуществляться только при наличии лицензии.[3]

 

1. Природно-климатическая  характеристика района проектирования

 

1.1 Местоположение  объекта проектирования

Область расположена на Волжско-Окском междуречье, представляющем слабовсхолмленную равнину (средняя высота 130 метров); на крайнем северо-западе проходит Клинско-Дмитровская гряда (высота 200 –270 м), на Юго-западе – заболоченная Мещерская низина (с высотами 120-130 м). Между реками Нерль и Киржач – слабо волнистая равнина, восточная часть которой известна под названием Юрьево (или Владимирское «ополье»). Важнейшие полезные ископаемые: известняки, различные глины, кварцевые пески и другие строительные материалы. Большие запасы торфа.

2. Климатические условия

Климат умеренноконтинентальный. Средняя температура января - 11°С, июля + 18.2°С. осадков 500-550 мм в год. По юго-восточной границе области протекает река Ока (с притоком Клязьма). Главные притоки Клязьмы – Киржач, Колокша, Нерль, Уводь.

 

3.  Рельеф

Почвы главным образом  подзолистые; в ополье темноцветные карбонатные. 42% площади области занято лесами (преобладающая порода – сосна) большая площадь занята болотами, лугами.

 

 

1.4. Гидролесомелиоративные изыскания

 

1. Гидрологические и гидротехнические изыскания. Их целью является сбор, обработка и анализ материалов наблюдений гидрологических станций и постов с построением графиков частоты и обеспеченности, выявления по картам границ водосборов, определение типа водного питания, оценке состояния водотоков и характере озер.

2. Топографо-геодезические. Проводятся на плановой основе лесоустроительных планшетов, выполненных в масштабе 1:10000. По результатам топографо-геодезических изысканий получен план осушаемого участка с превышением между горизонталями 1 метр, а также схема расположения и увязки нивелирных ходов: каталоги реперов временного и постоянного типов и акты сдачи на хранение геодезических знаков.

В результате проведения топографо-геодезических  изысканий выявлены границы участка, на котором необходимо запроектировать гидролесомелиоративные работы. Осушаемая площадь водосбора составляет 10,5 км².

Средневзвешенный уклон водотока равен 1,8‰ , средневзвешенный уклон  склонов водосбора – 4,5‰. Заболоченность водосбора равняется 28%, залесенность – 71%.

 Болота - это земли с мощностью  торфа не менее 30 см, характеризующиеся постоянным избыточным увлажнением. Их принято разделять на три основных типа: низинные, переходные и верховые. Тип болот определяется характером водного питания.

К низовым относятся болота, увлажняемые  водами, богатыми минеральными веществами. Питание этих болот осуществляется в основном за счет притока грунтовых вод.

Источник питания верховых болот - атмосферные осадки, бедные минеральными веществами. Переходные болота формируются на стадии перехода болота от низинного к верховому типу.

В результате проведенных топографо-геодезических изысканий было установлено, что преобладающим на участке является переходный тип болот.

3. Лесоводственно-мелиоративные изыскания представляют собой уточнение планового положения гидромелиоративного фонда, оценку древостоя и лесоводственной эффективности. Основой этих изысканий служат таксационные материалы лесоустройства.

Залесенность территории составляет 71%.

Таксационная характеристика преобладающих  насаждений:

 

• состав – 7Е2СЕ1Б;
• возраст – третий класс возраста;
• полнота – 0,7;
• класс бонитета – III-IV.

Тип леса на участке характеризуется  ельник осоково-сфагновый. Местоположение – переходное болото. Почвы торфяно-болотные, сильнообводненные, слабопроточные. Состав древостоя 6-10Е до 4СБ. Насаждения произрастают по IV (V) классу бонитета.

4. Почвенно-грунтовые и гидрологические изыскания. Цель таких изысканий - изучение характера грунтов для определения проходимости землеройной техники и установления устойчивости откосов каналов. Кроме того, при почвенно-грунтовых и гидрологических изысканиях определяют обеспеченность почвы питательными веществами, устанавливают степень разложения и ботанический состав торфа.

 Механический состав подстилающих  грунтов – суглинок, торф по  ботаническому составу осоково-сфагновый, степень его разложения 25%. Зольность торфа на участке составляет в среднем 4,5%. Торф плотный, мощностью 1,2 метра.

 

1.5. Элементы  и  основные  принципы  проектирования  осушительной   системы

 

Осушение лесных земель проводится преимущественно сетью открытых самотечных каналов.

Осушительная система состоит  из следующих элементов:

• регулирующей сети (осушители, тальвеговые каналы, борозды);
• проводящей сети (транспортирующие собиратели, магистральные каналы);
• ограждающей сети (нагорные, ловчие каналы);
• гидротехнических сооружений на регулирующей, проводящей и оградительной сети;
• дорожной сети с транспортными устройствами;

 

• противопожарных и природоохранных устройств (биотехнических мероприятий);
• осушаемых земель.

 

Назначение осушителей – своевременно понизить уровень почвенно-грунтовых вод и отводить их в проводящую сеть.

Тальвеговые каналы предназначены  для ускорения поверхностного стока.

Нагорные каналы предназначены  для перехвата поверхностных  вод с прилегающего водосбора и отвод в проводящую сеть.

Транспортирующие собиратели имеют цель отводить воды, собранные регулирующей сетью в магистральный канал или водоприемник.

Магистральные каналы предназначены  для отвода воды, собранной на осушаемой территории, в водоприемник.

Водоприемником является озеро, крупный  ручей, река, балка или овраг. Его основной целью является обеспечить прием воды с мелиорируемой территории.

2. Проектирование осушительной  сети в плане

 

При проектировании планового положения  регулирующей сети необходимо руководствоваться следующими положениями:

1. трассы регулирующей сети, по возможности, должны быть приурочены к существующим просекам и дорогам;
2. расположение регулирующей сети должно обеспечить поступление в каналы избыточных вод в наибольшем количестве и по кратчайшему пути. В целях наиболее полного перехвата поверхностных и грунтовых вод каналы  регулирующей  сети должны быть, как правило, расположены под острым углом к горизонталям рельефа. В последнем случае регулирующая сеть одновременно с функциями по перехвату стока поверхностных вод выполняет также функции перехвата потока грунтовых вод;
3. сопряжение каналов регулирующей сети с собирателями должно проводиться под углом в 60-90°;
4. следует стремиться проектировать двустороннее впадение регулирующей сети в проводящие каналы;
5. каналы регулирующей сети должны быть параллельны между собой, а их длина должна составлять от 500 до 1500 м, в зависимости от условий рельефа,  расстояний между собирателями и хозяйственно-эксплуатационных условий.

Расстояние между осушителями  устанавливается по таблице 2 [2]. Исходя из того, что: целью осушения является максимальная рентабельность; преобладающими на участке являются переходные  болота, а так же учитывая мощность торфа и мех. состав подстилающих грунтов (суглинок) - расстояние между осушителями должно равняться 140 метрам. С учетом зонального коэффициента, равного для Владимирской области 0,94,  расстояние между каналами примем равным 130 м.

Определив параметры регулирующей сети, запроектируем каналы проводящей сети, учитывая при этом, что:

1. проводящую сеть необходимо располагать по самым низким отметкам поверхности земли с небольшими глубинами торфа;
2. каналы следует проектировать так, чтобы глубина торфа увеличивалась к устью;
3. проводящая сеть должна обеспечивать сброс воды с территории участка по кратчайшему пути, иметь по возможности прямолинейное размещение, с возможно меньшим количеством пересечений существующих и проектируемых дорог, коммуникаций, линий связи и электропередач;
4. на участках с плавным уклоном поверхности без выраженных тальвегов и лощин проводящую сеть следует проектировать в зависимости от удобства размещения в плане регулирующей сети;
5. сопряжение собирателей с магистральными или другими каналами в плане рекомендуется производить под углом 60 – 80º , при сопряжении под углом 90º необходимо проектировать закругления радиусом  10В, где В - ширина по верху;
6. пересечение проводящих каналов с дорогами, трубопроводами необходимо проектировать, по возможности, под прямым или близким к нему углом.

На участке запроектирована  сеть, состоящая из осушителей, собирателей, магистральных, нагорных и ловчих каналов.

 

 

3. Проектирование  осушительной сети в вертикальной  плоскости

Параметры глубины остальных каналов  осушительной сети представлены в таблице 3.1.

Проектная глубина канала рассчитана с учетом 10-15% осадки почвогрунта (учитывая плотность торфа).

Таблица 3.1. – Параметры глубины  каналов

Глубина каналов	Осушители	Собиратели	Нагорные каналы
установившаяся	1,0	1,2	1,0
проектная	1,1	1,3	1,1

 

 

Для определения уклонов дна  каналов строится продольный профиль.  С этой целью на плане выбираем ветку каналов общей длиной порядка 2 000 – 2500 м, на которой разбивают пикеты через 100 м.

Далее по отметкам горизонталей вычисляются  отметки поверхности  на каждом пикете с точностью до 0,01 м. Отметки пикетов, расположенных между горизонталями, вычисляются интерполяцией.

Вычисленные  и записанные в  графу  отметки поверхности откладываются  в выбранном масштабе вверх от верхней графы.  После того, как  отметки всех пикетов отложены, полученные точки соединяются прямыми линиями и строится продольный профиль поверхности канала.

Затем проектируется дно канала, которое по возможности должно иметь  по всей длине одинаковый уклон. В  то же время необходимо, чтобы глубина  канала на отдельных пикетах как  можно меньше отличалась от проектной глубины. Так как уклон поверхности на профиле меняется по длине, то его следует разбить на несколько частей и проектировать уклон дна каждой части.

После проведения линии дна вычисляются  отметки дна по пикетам. Отметки  определяют с точностью до 0,01 м, а  уклоны – до двух значащих цифр. Отметки дна

 

на крайних пикетах (или точках перегиба)  определяем,  вычитая  из отметок поверхности глубину канала. На остальных пикетах отметки дна вычисляются путем умножения уклона дна на величину расстояния между пикетами, и полученное превышение прибавляется к отметке  дна на  предыдущем  пикете.

По разности отметок поверхности  земли и дна канала определяются глубины каналов по всем промежуточным  пикетам.

На продольном профиле собирателя показываются отметки  устьев дна  впадающих осушителей (собирателей).

Схема продольного  профиля приведена в приложениях.

 

4. Проектирование поперечного  профиля каналов

 

Проектирование поперечного профиля  каналов мелиоративной сети предполагает обоснование формы и размеров поперечного сечения. Каналы регулирующей проводящей и оградительной сети должны иметь трапецеидальное сечение. Нагорные каналы имеют трапецеидальное сечение с разным заложением откосов - низовой откос проектируется по углу естественного откоса грунта, а верховой с коэффициентом откоса в 2-3 раза. Коэффициенты откосов каналов приведены в таблиц 6 “Методических указаний...”[2].

Учитывая  почвенные условия участка и  глубину запроектированных каналов  примем коэффициент откоса канала равным 0,5.

Ширина  канала по дну принимается:

а) для осушителей  и нагорных каналов – 0.40 м;

б) для каналов  проводящей и ограждающей сети гидравлически  не рассчитываемых – 0.40-0.60 м;

в) для гидравлически  рассчитываемых каналов - согласно расчету.

Ширина канала по верху вычисляется  по формуле:

,

 

 

 

 где :

T_пр – глубина канала;

b – ширина канала по дну;

m – коэффициент откоса.

Отсюда вычислим ширину каналов  по верху:

осушителя:    В=0,4+2*0,5*1,1=1,5;

собирателя:    В=0,4+2*0,5*1,3=1,7;

нагорного канала:   В=0,4+0,5*1,1+1,0*1,1=2,05.

 

 

5. Гидрологические расчеты

 

Гидрологическими расчетами определяются расчетные и поверочные расходы  воды в каналах проводящей сети с  площадью водосбора более 5 км². По расчетным расходам воды определяются размеры поперечных сечений каналов при допустимой глубине их наполнения в зависимости от условий работы.

По поверочным расходам воды определяется устойчивость русел каналов к  размыву и заилению.

Так как насаждения на участке относят  к лесам хозяйственного значения, то обеспеченность расчетных  и поверочных расходов указанных периодов принимается:

на пропуск летне-осенних паводков 25% обеспеченности; поверка таких  каналов на устойчивость русел к размыву производится на пропуск весеннего половодья 25% обеспеченности.[2]

СНиП 2.01.14-83 расчет максимальных расходов весеннего половодья рекомендует производить по формуле:

, где:

А – площадь водосбора, 10,5км²;

 

К_о – коэффициент дружности весеннего половодья, в курсовом проектировании определяется по таблиц 7 “Методических указаний...” [2] . По ней же определяют  А₁ и n₁ . Так как Владимирская область относится к лесной зоне, то А₁ и n₁, соответственно равны 1 и 0,17. Параметр К₀ можно определить зная категорию рельефа.

К I категории рельефа относятся  реки, большая часть которых располагается в пределах  холмистых и платообразных возвышенностей (Среднерусская  и др.). Ко II категории  рельефа относятся реки, в бассейнах которых холмистые возвышенности чередуются с понижениями между ними. К категории III рельефа относятся реки, большая часть которых располагается в пределах плоских низменностей (Мещерская, Белорусское Полесье, Приднепровская  и др.), а также реки, имеющие широкие заболоченные поймы.

В качестве признака для определения  категории рельефа допускается  использование значения a :

, где:

I_p – средневзвешенный уклон склонов водосбора, ‰;

А – площадь водосбора, км².

Площадь водосбора равна 18,3 км², а уклон главного водотока – 2,2 ‰.

Отсюда:                           

.

 

При a>1 бассейн обносится к I категории рельефа, при a » 1,0-0,5 – к категории II, а при a<0,5 – к категории III. Значит водосбор относится к третьей категории рельефа и, следовательно, коэффициент дружности весеннего половодья К₀=0,006.

hp_% – слой стока расчетной обеспеченности;

m – коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров стока и максимального расхода воды половодья, зависящий природной зоны и вероятности превышения (25%). Значение коэффициента m берется по таблице 10 [2] и равно 0,9;

d₁ d₂ d – коэффициенты, учитывающие снижение максимальных расходов воды в зависимости от залесенности, заболоченности и зарегулированности водосбора озерами соответственно. Коэффициент d₁ находят по формуле:

, где:

a₁ – параметр, принимаемый по таблице 8, равен 1;

f_л – относительная залесенность, равная для осушаемого участка 42%;

n₂ – для всех почвогрунтов лесной  зоны принимается равным 0,22. 

Отсюда вычислим значение коэффициента d₁:  

;

Коэффициент d₂ находят по формуле:

, где:

b – коэффициент, принимается по таблице 9 и зависит от преобладающих на участке типов болот. Равен 0,8, поскольку на водосборе осушаемого участка встречаются болота переходного  типа;

f_d – относительная заболоченность водосбора – 25%.

Отсюда  значение d₂, исходя из вышеизложенной формулы, равняется 0,57.

Коэффициент d равен 1.0, так как озера на данном участке отсутствуют.

Слой  стока половодья h_p% расчетной обеспеченности устанавливается по формуле:

, где:

– средний многолетний слой стока  половодья, мм;

K_p% –ордината кривой заданной обеспеченности, находится по таблице 11 [2] в зависимости от коэффициента вариации.

Значения  коэффициента С_V снимаются с карты (приложение 1 [2]). Он равен 0,25. Для того, чтобы учесть то, что площадь водосбора лежит в пределах 5–50 км², необходимо увеличить снятое с карты значение в 1,25 раза. Отсюда С_V=0,5.

Средний многолетний слой стока половодья  h_o определяют по формуле:

, где:

h_o – средний многолетний слой стока половодья, определяется по карте (приложение 2)[2], равен 100 мм.

К_А – коэффициент, учитывающий влияние величины стока. Для нашего случая К_А равен 1.

К_к – коэффициент, учитывающий поправку на карст. Равен 1.

К_оз – коэффициент, учитывающий влияние озер на водосборе  на величину слоя стока. В нашем случае 1.

К_л – коэффициент, учитывающий влияние лесистости  на величину слоя стока весеннего половодья берется по таблице 13 [2].

Отсюда К_л = 1.

Подставляя известные значения, получим:

 

К _25%=1,28.

Теперь зная все исходные значения можем получить h _25% :

h _25% =100×1,28=128мм.

Зная все ранее вычисленные  значения, можем произвести расчет максимальных расходов весеннего половодья:

.

Максимальные мгновенные расходы воды летне-осенних паводков рассчитываются по формуле:

, где:

q_1%  – максимальный мгновенный модуль стока ежегодной вероятности превышения Р=1 %, выраженный в долях от произведения  jH ;

j  – сборный коэффициент стока;

H_1% – максимальный суточный слой осадков 1 %-й  обеспеченности, определяемый по карте [2]; В условиях Владимирской области равен 100 мм.

 

d  – коэффициент, учитывающий снижение максимального стока рек, зарегулированных проточными озерами; Равен 1, так как озера на участке отсутствуют.

l_р% – переходный коэффициент от вероятности превышения Р=1 % к максимальным расходам воды 10%-ной вероятности превышения, определяется по приложению 5 методических указаний [2].

Максимальные мгновенные расходы воды определяют в следующей последовательности: находят Н₁, затем j. Для нахождения  q_1% необходимо предварительно знать гидроморфометрическую характеристику русла (Ф_р), продолжительность склонового добегания (t) и район кривых редукции осадков (приложение 7[2]).

,  где:

С₂ – эмпирический коэффициент, принимаемый для лесной зоны равным 1,2;

j_о – сборный коэффициент стока для водосбора площадью равной 10 км² со средним уклоном водосбора i_B   равным 50 ‰, принимается по таблице 14[2], и, с учетом механического состава подстилающих грунтов и типа почвы, равен 0,3;

n₅ – показатель степени, равный 0.8;

i_B – средний уклон водосбора, выраженный в ‰, равен 11,7 ‰ согласно заданию;

n₆ – для лесотундры и лесной зоны принимается равным 0,07.

По имеющимся данным определим сборный коэффициент стока:

.

Гидроморфометрическую характеристику русла водотока определяют по формуле: 

, где:

L – длина водотока, равная согласно заданию 8,6 км;

Н_р – гидравлический параметр русла, зависящий от состояния русла. Принима

 

ется  равным 11, так как русло протекающего по участку водотока частично заросшее;

i_p – уклон русла водотока, равный согласно заданию 2,2 ‰.

Значения продолжительности склонового добегания t можно определить, исходя из средних экспериментально установленных величин: в тундровой и лесной зонах при заболоченности  f_б < 20 %  t = 60 мин., при f_б 20 ¸ 40  = 100 мин., при f_б > 40 %   t = 150 мин. Так как Владимирская область находится в лесной зоне и заболоченность водосбора составляет 25%, продолжительность склонового добегания равняется 100 мин.

С учетом того, что продолжительность  склонового добегания равна 100 мин  и значение гидроморфометрической  характеристики русла равняется 78,37, определим максимальный мгновенный модуль стока ежегодной вероятности превышения Р=1 %, выраженный в долях от произведения  jH. Согласно приложению 6[2] q_1% равняется 0,0306.

 По карте “Районирование  величин параметров  и ” [2], осушаемый участок относится ко второму району[2], поэтому переходный коэффициент от вероятности превышения Р=1% к максимальному расходу воды 10%-ной расчетной вероятности превышения λ_10р%=0,6.

Подставляя известные данные, получим: