Проект осушения избыточно-увлажненного участка гончарным дренажем

Содержание

Введение 3

1. Проект двойного регулирования водного режима 7

1.1. Общие сведения 7

1.2. Проект осушения избыточно-увлажненного участка гончарным дренажем 10

1.2.1. Задание на разработку проекта и исходные данные 10

1.2.2.  Порядок  выполнения задания 11

1.3. Проект орошения овоще-кормового севооборота с подачей воды из реки. 23

1.3.1. Задание на разработку проекта, его обоснование и исходные данные 23

1.3.2. Проектирование оросительной системы и орошаемого севооборота 23

1.3.3. Программирование урожаев по водному и питательному режимам 24

1.3.4. Расчет режима работы и потребного количества дождевальных машин и насосных станций для выполнения полива на участке 29

1.3.5. Расчет экономической эффективности 34

Выводы и  рекомендации об эффективности  и  целесообразности создания мелиоративных  систем 39

Список литературы 40

ПРИЛОЖЕНИЯ 41

Введение

Наша профессия инженера-проектировщика по специальности «Садово-парковое и ландшафтное строительство» включает в себя благоустройство населенных мест и прилегающих к ним территорий, которые в большинстве случаев находятся в неудовлетворительном состоянии (имеются либо избыточное, либо недостаточное увлажнение; неровности рельефа; низкое естественное плодородие; засоренности ландшафтов).

Прежде, чем создавать  сады и парки на этих территориях  их необходимо окультурить с помощью  средств мелиорации. Поэтому  тема курсового проекта называется «Двойное регулирование водного режима почв».

Условия, необходимые для  роста и развития растений, определяется факторами жизни растений, их оптимальными значениями и соотношениями, действующими в соответствии с законами земледелия.  К этим незаменимым факторам относятся: свет, тепло, воздух, вода, питательные  вещества и реакция почвенной  среды.

Первые два фактора (свет и тепло) определяются природными условиями, и очень мало регулируется человеком. Зато остальные – значительно зависят и могут существенно им регулироваться.

Абсолютные значения и  процентные соотношения воды и воздуха  в почве определяются пористостью  и очень редко соответствуют  оптимальным значениям. Оптимальные  же значения пористости почвы в процентах  от объема почвы составляют:

- общей пористости    50-65

- капиллярной             35-40

- межагрегатной         15-25

От этих видов пористости зависит наличие воды и воздуха  в почве: в капиллярных порах  содержится капиллярная вода, которая  удерживается в них длительное время, а в межагрегатных порах содержится гравитационная вода, которая под силой собственной тяжести через 2-4 суток стекает в более глубокие слои почвы, а ее место занимает воздух.

 В зависимости от  наличия воды в почве устанавливаются  полная и наименьшая влагоемкости  почвы. 

Полная влагоемкость –  максимальное количество воды, которую  может вместить почва при условии заполнения водой всех пор.

Наименьшая влагоемкость – максимальное количество воды, которую  может удержать почва после свободного стекания гравитационной воды.

Оптимальными считаются значения:

- воды 60-80% ПВ

- воздуха 40-20% ПВ

Оптимальное наличие питательных  веществ, в мг на 100г почвы:

- азота             8-12

- фосфора       17-25

- калия            17-25

Оптимальная реакция почвенной  среды:

- по рН             6-8

- по Нг             1-2 мг-экв/100г

Природная обеспеченность почв факторами жизни растений далеко не соответствует оптимальным значениям  и для их регуляции требуется  вмешательство человека. При этом необходимо учитывать, что для различных культур требуются различные количественные значения и процентные соотношения факторов жизни растений, которые подчиняются законам земледелия.

Закон незаменимости факторов гласит, что урожайность культур  возрастает с увеличением факторов до тех пор, пока не пройдено состояние  оптимума.

Закон минимума – урожайность  культур ограничивается фактором, находящимся  в минимуме.

Закон взаимодействия факторов – при совместном применении факторов эффективность их повышается, и прибавка урожая бывает выше, чем сумма прибавок от этих же факторов, применяемых раздельно.

Закон возврата – факторы, выносимые с урожаем, должны восполнятся.

В Федеральном законе о  мелиорации земель дано такое определение: «Мелиорация земель – коренное улучшение  земель путем проведения гидротехнических, культуртехнических, химических, противоэрозионных, агролесомелиоративных, агротехнических и других мелиоративных мероприятий».

Водно-воздушный режим  почвы регулируется гидротехнической мелиорацией, питательный режим  и реакция почвенной среды  – химической мелиорацией, очистка  территории и окультуривание пахотного  слоя – культуртехничской мелиорацией.

Цель проекта – создать  на отведенных территориях оптимальные  условия для закладки и эксплуатации садов и парков.

Задачи проекта:

1. Регулирование водного, воздушного и питательного режимов почв с помощью гидротехнических и культуртехнических мелиораций.
2. Посев и уборка на участке предварительных культур с получением плановой урожайности.
3. Определение экономической эффективности и целесообразности проведения мелиоративных мероприятий.
4. Изучение возможных причин избыточного увлажнения, типов водного питания переувлажненных земель, методов и способов осушения.
5. Запроектировать на плане в масштабе 1:5000 все элементы дренажной осушительной системы с учетом будущего использования участка:

А) проводящую часть;

- главный магистральный  канал,

- закрытые транспортирующие  собиратели (коллекторы),

- коллекторы;

Б) регулирующую часть –  дрены;

В) оградительную часть  – нагорные каналы;

Г) дополнительные сооружения (дороги, мосты, трубы-переезды);

Д) поля и схему севооборота, обозначить границы полей, поставить  номера и площади.

6. Построение профиля  дна дрен, магистрального канала, коллекторов и транспортирующих  собирателей. 

1. Проект двойного регулирования водного режима
1. Общие сведения

Осушительные системы, применяемые  отдельно, бывают, малоэффективны, так  как служат короткий период (только до начала весенних полевых работ), т.е.  в начале вегетационного периода  растений. Во второй половине вегетации  растения чаще нуждаются в орошении, а не в осушении.

Поэтому на практике обычно применяют комплексные осушительно-оросительные системы двойного регулирования  водного режима, которые бывают наиболее выгодными.

Однако при проектировании таких систем необходимо учитывать  технические характеристики дождевальных машин, которые будут применяться  при орошении. Они чаще всего бывают определяющими при проектировании осушительной системы.

Определяющими факторами  дождевальных машин бывает ширина захвата  при поливе и технологии полива. От ширины захвата одного крыла дождевальной машины будут зависеть длина дрен, количество коллекторов и площади полей севооборота.

От способа осушения гончарным  дренажем зависит выбор оросительной системы. Она полностью напорная, подача воды и полив проводится под  напором от насосных станций, дождевальные машины забирают воду только из гидрантов.

Поэтому при проектировании осушительно-оросительной системы  двойного регулирования водного  режима необходимо сразу учитывать  особенности и осушительной и  оросительной систем.

В данном случае осушительная система закрытая, выполнена гончарным дренажем. Поэтому на участке, осушенным таким способом, во избежание разрушения дрен полив целесообразнее выполнять широкозахватными дождевальными машинами, например, ДКШ-64, ДФ-120.

Кроме основных правил расположения магистрального канала (по самым низким и по прямой линии), нужно учитывать ширину захвата дождевальных машин, которые будут орошать участок. Это могут быть ДКШ-64 с общей шириной захвата 800 м и ДФ-120 с шириной захвата 920м.

При проектировании системы  на плане по обе стороны от магистрального канала нужно оставить места по 0,5 см для расположения дорог и коллекторов, затем отмерить ширину захвата крыла  каждой машины (для ДКШ-64 – 8см, для  ДФ-120 – 9,2см), для прокладки напорных водопроводов и дорог оставить пространство по 0,5см, затем разместить второе дождевальное крыло каждой машины. Общая ширина захвата составит:

– магистрального канала с  дорогами    1см

– ДКШ-64 (8+0,5+8)                                16,5см

– ДФ-120 (9,2+0,5+9,2)                            18,9см

                         ИТОГО:                            36,4см

При орошении участка дождевальные машины должны ходить параллельно магистральному каналу от реки до нагорного канала, пересекая транспортирующие собиратели, что невозможно.

Поэтому транспортирующие собиратели, находящиеся в центре участка, должны быть не в виде открытых каналов, а  в виде закрытых коллекторов, диаметр  которых должен определяться дополнительным расчетом.

Дороги на участке должны располагаться с нижней стороны (по уклону) коллектора, не пересекать ни дрен, ни коллекторов. А при пересечении транспортирующих собирателей под дорогами должны располагаться железобетонные трубы – переезды.

Напорные трубопроводы на участке должны располагаться около  дорог и не должны пересекать ни дрен, ни коллекторов.

Длина дрен должна равняться половине ширины захвата одного крыла дождевальной машины. Под ДКШ-64 длина дрен должна быть 200м, под ДФ-120 – 230м.

Таким образом, осушительная система почти полностью зависит  от оросительной системы.

2. Проект осушения избыточно-увлажненного участка гончарным дренажем
1. Задание на разработку проекта и исходные данные

А. Составить проект осушения избыточно увлажненного участка  гончарным дренажем.

Б. Исходные данные.

1. Участок, изображенный  на плане, переувлажняется за  счет притока поверхностных вод со склонов прилегающего водосбора, замедленного стока атмосферных осадков и высокого стояния грунтовых вод, т.е. в избыточном увлажнении принимают участие атмосферный, делювиальный намывной и грунтовый тип водного питания.

2. водосборная площадь составляет 1000 га

3. почва участка – тяжелый  суглинок

4. расчетная интенсивность  атмосферных осадков (А) – 14мм/сут

5. коэффициент фильтрации (К) – 0.5 м/сут

6. коэффициент поглощения  воды почвой (µ) – 0,7 долей от  объема

7. коэффициент дренажного  стока (γ) –0,5 долей от объема

8. коэффициент водоотдачи (С) – 6 %

9. глубина заложения дрен (Н) – 1,1м

10. норма осушения (Z) –  0,5 м

11. продолжительность понижения  уровня грунтовых вод (Т) –  8 суток

12.гидролитическая кислотность  (Нr) – 4.6 мг-экв/ 100г почвы

13. содержание элементов  почве: азот (N) –2,2 мг/100г; фосфора (P₂O₅) –6мг/100г; калий (К₂О) – 7мг/100г.

14. глубина залегания грунтовых  вод после осушения равна глубине  заложения дрен – 1,1м.

1.2.2.  Порядок  выполнения задания

Необходимость устройства на участке осушительной системы объясняется высоким уровнем стояния   грунтовых вод при довольно значительном количестве ежегодного выпадающих осадков (причина избыточного увлажнения) и малым расстоянием между каналами, затрудняющими обработку почвы в двух направлениях.

Так как в избыточном увлажнении данного участка принимают участие  атмосферные, делювиальные и грунтовые  типы водного питания, то основными  методами осушения этого участка  являются:

• Ускорение поверхностного стока;
• Понижение уровня грунтовых вод;
• Перехват поступающего на осушаемый массив склонового стока.

Следовательно, основными  способами осушения данного участка  являются устройство открытых каналов, собирателей, дренажных систем, коллекторов, дрен и нагорных каналов.

Выбор такого вида дренажа, как гончарный объясняется доступностью материала дренажных трубок – глины, продолжительным сроком службы, низкими затратами на обслуживание, а также подходящими техническими характеристиками.

Гончарный дренаж представляет собой короткие глиняные или длинные пластмассовые секции труб, которые укладываются впритык, обычно по схеме «елочка», и засыпают в траншеях, предназначенных для сбора и отвода дренируемой воды. Пластмассовые трубы перфорированы и эластичны, поэтому при необходимости могут быть изогнуты. В ряде случаев используют недорогие бетонные дренажные трубы. Траншеи выкапывают глубиной 0,5 – 1м и шириной 0,3м, по возможности укладывая верхний и подпочвенный слои земли отдельно. Для обеспечения эффективного оттока воды уклон делают из расчета 1:40.

Расположение боковых  дренажных труб (идущих к центральной  трубе) зависит от характера почвы. В нашем случае это тяжелый суглинок, следовательно, их укладывают ближе на расстоянии 4,5м, диаметр труб, составляющий центральную ветвь системы, – 10см, боковых – 7,5см. Дно траншеи выстилают 5ти сантиметровым слоем крупного гравия или щебня, затем уложенные трубы засыпают бутовым камнем или гравием, по верху которого укладывается верхний слой земли (подпочвенный выбрасывают). Трубы укладывают впритык, что позволяет избыточной воде просачиваться в просвет между ними. Боковые трубы присоединяют к центральной под углом 60 градусов, для предотвращения засорения места стыка прикрывают керамическими плитками.

Схема укладки  гончарного дренажа

Поперечный профиль канала

Расчеты, необходимые для проектирования осушительной системы:

1. Расчет расстояний между дренами:

, м  длина дрен должна быть в пределах от 200 до 250м, а уклон не менее 0,002м.

  Решение:

  Д = 17,3*

2. Гидрологические расчеты:

а) Расчет модуля поверхностного стока ():

Решение:

б) Расчет объема притока воды с водосбора:

в) Расчет модуля дренажного стока:

, где 

А – расчетная интенсивность  атмосферных осадков,

µ – коэффициент поглощения воды почвой,

γ – коэффициент дренажного стока.

Решение:

г) Расчет объемов  дренажного стока:

– с водосборной  площади одного коллектора

  где 

L –длина коллектора, м

b – расстояние  между  коллекторами, м

Решение:

Решение:

      (6,804/1000=0,006804 м/с)

     (7,938/1000=0,007938 м/с)

– с водосборной  площади всего участка

Решение:

д)  Расчет диаметров  коллекторов по формуле:

, м

Решение:

е) Расчет потребной  пропускной способности магистрального канала:

Решение: 

3. Гидравлический расчет размеров магистрального канала (ΔH_{мк) для} отвода объема воды с поверхностного и дренажного стока с 5% запасом.
1. – дополнительная глубина в устье магистралного канала, необходимая для отвода воды, м;
2. m=j*h=1,00*0,8=0,8,м, где j –заложения откоса, м;
3. b=0,4м - ширина канала по дну
4. а=2m+b=2*0,8+0,4=2, м – ширина канала по верху, м;
5. - длина откоса, м;
6. – смоченный периметр, м;
7. - площадь поперечного сечения канала, м²;
8. м – гидравлический радиус, м;
9. где γ – коэффициент шероховатости русла канала =1,5
12. м
13. м

Если Q _{мк. расч}  окажется менее Q _{мк потр} , то глубину канала (h) нужно увеличить. Если   Q _{мк. расч}    окажется немного более   Q _{мк потр} , то глубину канала нужно уменьшить и все расчеты повторить снова.

     Для облегчения  расчетов ниже приводятся ориентировочные  значения коэффициентов заложения  откосов (x)  и глубин канала (h), соответствующие

механическому составу грунта:

Методика построения профилей дрен, коллектора, транспортирующего собирателя и магистрального канала

Построены продольные профили:

• Двух дрен, впадающих в начале и в конце коллектора;
• Одного коллектора, впадающего в конце транспортирующего собирателя;
• Одного транспортирующего собирателя, впадающего в магистральный канал;
• Магистрального канала.

Построение профилей следует вести с увязкой их в вертикальной плоскости на одном листе миллиметровой бумаги, шириной 0,3 м и длиной 1,0м с одной вертикальной шкалой отметок поверхности земли и одним основанием, включающим показатели:

1. Отметок поверхности земли;
2. Отметок дна траншеи (выемки);
3. Отметок дна траншеи (канала);
4. Уклонов;
5. Расстояний;
6. Пикетов;
7. Планов.

Сначала лист располагается  длинной стороной по горизонтали и в нижней его части вычерчивается шкала, состоящая из 7 строк по 1 см шириной и длиной во весь лист.

Отступив слева 6 см и сверху 3 см, проводится вертикальная линия донизу.

Слева от вертикальной линии  вверху указывается масштаб горизонтальный 1:5000, вертикальный 1:50, а внизу показатели шкалы в указанной выше последовательности, оставив слева 2 см для подшивки листа  в проект.

На самом верху в  центре листа пишут: «Продольные  профили», а строки ниже – «Дрен», «Коллектора», «Транспортирующего собирателя»  и «Магистрального канала».

Отступив от шкалы показателей на 1 см вверх, наносится слева от вертикальной линии отметки поверхности земли вдоль магистрального канала, начиная с самой нижней до самой верхней на расстоянии 1 см с интервалами отметок 0,5 м.

Построение начинается с  профилей поверхности земли всех элементов с интервалом 1 см.

 В строке «Планы»  откладываются общие длины дрен, коллектора, транспортирующего собирателя  и магистрального канала с интервалами по 1 см и указываются места пересечения с горизонталями.

В строке «Пикеты» указывают  номера пикетов, начиная с нуля в  начале каждого элемента в возрастающем  порядке против каждого пересечения  элементов с горизонталями и  конечный пикет в конце каждого  элемента.

Каждый новый элемент  начинают с нулевого пикета.

В строке «Расстояния» против каждого пикета наносят поперечные отрезки, а между ними вписывают  расстояния в метрах.

В верхней строке записывают отметки поверхности земли, соответствующие  каждому пикету.

Определение отметок поверхности  земли на нулевом и  последнем  пикетах. Если  начало и конец элемента находится между горизонталями, то их отметки находятся путем деления расстояния между горизонталями на 10 равных частей.

При интервале между отметками  горизонталей 0,5 м одна десятая часть  будет равняться 0,5м : 10 = 0,05м.

Определив количество частей, от нижней горизонтали до конца элемента и умножив их на 0,05м, можно найти  дополнительное значение, которое надо прибавить к нижней отметке, чтобы  определить искомую.

Построение  профилей поверхностей земли

Восстановление перпендикуляры от отметок поверхности земли  на горизонтальной шкале до пересечения  с перпендикулярами, идущими от соответствующих  отметок вертикальной шкалы, ставят точки и соединяют их отрезками. В большинстве случаев профиль поверхности земли представляет собой ломаную линию.

Построение  профиля дна дрен

От профиля поверхности  земли до дна дрены откладывают  вниз заданную глубину дрены, и ставят точку.

Находят необходимое понижение устье дрены с учетом заданного уклона. Откладывают дополнительную глубину заложения дрен в ее устье и ставят точку. Соединяют прямой линией отметки дна в начале и в конце дрены. Глубина заложения дрены в устье должна быть не менее чем в истоке. В устье дрены на профиле делают углубление, равное фактическому диаметру коллектора. Профиль дна коллектора в истоке соответствует глубине заложения дрены в устье плюс фактический диаметр коллектора, а в устье – глубина заложения нижней дрены в устье плюс фактический диаметр коллектора.

Около устья коллектора необходимо предусмотреть сопряжение с транспортирующим собирателем не менее 0,5м. профиль  дна транспортирующего собирателя должен быть на 0,5м ниже устьев коллекторов.

 В устье транспортирующего  собирателя необходимо предусмотреть  углубление соответствующие рабочей глубине магистрального канала, определяемой гидравлическим расчетом.

Профиль дна магистрального канала должен быть глубже дна транспортирующего  собирателя на расчетную глубину. Соединить  прямой линией начальную и конечные точки дна каждого элемента.

После построения профилей дна против каждого пикета нахожу отметки дна и записываю их в соответствующую строку. Вычисляю глубины на всех пикетах. Вычисляю уклоны элементов по дну путем деления  разницы между отметками по дну  в начале и конце (элемента) профиля  на его длину и записываю в  соответствующую строку в числителе  уклон, в знаменателе – расстояние. Горизонтальный масштаб 1:5000 соответствует масштабу плана, поэтому все изменения и построения не вызывают затруднения.

Вертикальный масштаб 1:50 требует более детальной расшифровки, поэтому все построения на миллиметровой  бумаге выполняются с точностью  до 0,05м на местности или до 1мм на плане.

Кроме того вычисляют ориентировочно полную глубину магистрального канала в устье.

Мероприятия по окультуриванию и залужению участка

При осушении участка гончарным дренажем, окультуривание имеет некоторые особенности и последовательности:

1. Делаются открытые мелкие канавки  и борозды для оттока воды, чтобы могла пройти техника;
2. Затем проводится очистка от древесно-кустарниковой растительности и кочек;
3. Проводится планировка и осушение участка гончарным дренажем;
4. Затем проводится известкование, внесение органических удобрений, залужение участка.

Рекомендации  по выполнению работ:

• Для вычесывания камней с глубины 50см применяют РВК –2,0 в агрегате с трактором Т-130МГ
• Для уборки камней с поля – КУМ-1,2 и УКП-0,6 в агрегате с трактором ДТ-75М и МТЗ-80.
• Подбор и измельчение древесины – МТП-82 в агрегате с тракторами 5т (Т-250 и К-701).
• Уборка кустарника – КФ-2,8 в агрегате с Т-130МБГ.
• Уничтожитель кочек – КПД-2 с фрезерными рабочими органами в агрегате с трактором класса 10т Т-130МБГ.
• Первичная вспашка – ПБН-75 и ПБН-100Ана глубину 35-45см в агрегате с тракторами Т-150и Т-130МБГ.
• Глубокое рыхление (для тяжелой почвы) – ВР-80 и РВШ-0,8 агрегатируются с тракторами класса 10т Т-170 и Т130.1.Г.

Для восстановления плодородия почвы нарушенного при планировке, на каждый сантиметр неплодородного слоя нужно внести 10 т/га органических удобрений. Тоже самое необходимо делать при углублении пахотного слоя. Для повышения уровня плодородия до верхнего предела требуется вносить по 60-100 тонн на гектар органических удобрений в течение 3-4 лет.

А для поддержания бездефицитного баланса гумуса нужно ежегодно вносить  на каждый гектар суглинистых почв 10-15т, при разовой норме 100т/га внесения органических удобрений нужно повторять каждые 5 лет.

Для нейтрализации кислотности  почвы проводится известкование. Расчет доз извести выполняется по гидрологической  кислотности и формулам:

а)  где

Г – гидролитическая кислотность =4,6мг-экв/100г почвы,

Н – глубина заложения  дрен = 0,5м,

А – объемная масса этого  слоя = 1,3 г/см³.

 ≈ 15

б) , где

Драсч – расчетная доза действующего вещества (CaCO)=14,95 т/га,  К–содержание CaCOв известковом материале 80%,

Б – содержание в известковом материале частиц диаметром более 1мм=10%,

В – содержание влаги  в известковом материале =10%

Дозы удобрений соответствующие  данному плодородию почвы:

• Азотные удобрения, в дозах (N) 240-300 кг д.в./га
• Фосфорные (P₂O₅) по 150-200кг д.а./га
• Калийные (К₂О) по 180-220 кг д.в./га

Залужение

Стадией завершенности мелиоративных  работ на участке считается посев  предварительных культур и получение  плановой урожайности не менее 8-10 тысяч  кормовых единиц с 1га, что соответствует 40-50 т/га зеленой массы однолетних и многолетних трав, 60-70 т/га кормовой свеклы и 8-10 т/га зерна.

В качестве предварительных культур лучше всего подойдут многолетние травы, так как они могут расти 5-6 лет на одном месте и давать урожай два раза в год. Помимо этого многолетние травы выравнивают плодородие почвы, избавляют участок от лишней влаги, являются лучшими предшественниками  и способствуют быстрому введению и освоению любых севооборотов.

Поэтому залужение участка и получение плановых урожаев можно считать завершающим этапом всех мелиоративных работ.

Перечисленный выше комплекс работ по определению видов потребных  мелиораций и окультуриванию участка  вполне соответствует требованиям, предъявляемым к освоению мелиоративных земель, созданию долголетних культурных пастбищ и овоще-кормовых севооборотов.