Проект осушения лесных земель

Министерство  образования республики Беларусь

Учреждение  образования

«Гомельский государственный  университет

имени Франциска  Скорины»

Заочный факультет

Кафедра лесохозяйственных  дисциплин

Курсовой проект

Проект осушения лесных земель

Исполнитель:

Студент группы ЛХ-41

Преподаватель:

к.б.н, доцент

Митин Н.В.

Гомель 2009

Содержание.

ВВЕДЕНИЕ

Слово «мелиорация» происходит от латинского слова melioratio, что означает улучшение. Это улучшение может быть достигнуто различными методами, в связи с этим и мелиорации подразделяются на: лесные, культурнотехнические и гидротехнические. Лесные мелиорации улучшают неблагоприятные почвенные и климатические условия биологическим методом — созданием особых лесонасаждений специальных форм и конструкций и соответствующим образом расположенных по территории. Культурнотехнические мелиорации улучшают поверхность почвы (корчевка пней, расчистка земель от кустарников, уборка камней, выравнивание поверхности, вспашка целины, специальные приемы использования болот под сельскохозяйственные культуры и др.).

Гидротехнические мелиорации (осушение, обводнение и водоснабжение, орошение) улучшают почвы на продолжительное время. Они улучшают водный, воздушный, а частично и питательный режим почв и поэтому являются одним из эффективных средств повышения плодородия почвы. Гидротехнические мелиорации осуществляются для различных целей, особенно большое развитие они получили на сельскохозяйственных и лесных землях.

Гидротехнические мелиорации лесных земель, проводимые в комплексе с лесоводственными, лесокультурными и другими мероприятиями - эффективное средство повышения производительности лесов, освоения неудобных земель и подъема лесного хозяйства в целом.

Гидротехнические мелиорации являются действенным средством подъема урожайности сельскохозяйственных культур и повышения продуктивности лесов.

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫХ  УСЛОВИЙ Гомельского ЛЕСХОЗА

В данном проекте излагается проведение гидромелиорационных работ на территории Гомельского лесхоза.

Климат является одним  из более важных факторов произрастания  растительных сообществ, а вместе с этим и важнейшим фактором почвообразования.

Географические условия  климатические факторы, геологическое  строение, состав и строение почвообразующих пород, гидрография и геоморфология обусловили особенности лесорастительных условий республики, а также черты ее зонального расчленения.

В климатическом отношении РБ является переходной полосой от теплого и влажного приморского климата к континентальному. Территория Республики Беларусь относится к зоне влажного климата с теплым летом и умеренно мягкой зимой.

На основании анализа  природных условий РБ и растительности, как ведущего фактора районирования  Н.Д. Юркевич и В.С. Гельтман разработали лесорастительное районирование республики. Выделены  и описаны три геобатанические подзоны, семь лесорастительных районов и 25 комплексов лесных массивов.

Подзоны: северная подзона широколиственно-еловых лесов, ценральная подзона елово-грабовых дубрав, южная подзона грабовых дубрав.

Климат теплый, умеренно-влажный, характерны более продолжительный вегетационный период и большая континентальность климата, которая увеличивается с запада на восток. Весенний и летний сезоны начинаются раньше чем в северной подзоне, что удлиняет вегетационный период до 185-200 дней. Годовые суммы осадков постепенно уменьшаются  к восточной части, составляют  550-700мм, средний дефицит влажности воздуха за май-июль 5,7-7,1 мбар. Период с температурой  выше  0 гр.С   продолжается 230-250 дней, выше 10гр.С - 140-160 дней. Сумма более 10гр.С равна 2200-2450гр.С.

Здесь преобладает формация сосновых лесов (58,5%), еловых (8,1%), дубовых (3,4%). Более чем в два раза больше черноольшанников (11,5%). Почти равные площади заняты березами повислой (7,7%) и пушистой (7,6%).

Почвы. Преобладающими являются бедные дерново-подзолистые песчаные и супесчаные почвы, развивающиеся на глубоких флювиогляциальных и древнеаллювиальных песках. Там, где на равнине сохранились выступы донной морены, эти почвы более плодородны, так как на небольшой глубине подстилаются моренным суглинком. Плоская поверхность равнины, обширные мелкие понижения рельефа, незначительные уклоны водоразделов, близкое залегание водоупорной морены способствуют заболачиванию территории. Преобладают низинные болота. Широко распространены заболоченные дерново-подзолистые и торфяно-глеевые почвы.

В нашем случае объектом мелиорации является насаждение: состава 9С1Б, возрастом 60 лет, IV класса бонитета, имеющую среднюю высоту 12,0 м, диаметр 12,9 см. Полнота насаждения 0,6, количество деревьев 1200 шт/га.

Данное насаждение произрастает в условиях переходного болота с атмосферно-грунтовым типом водного питания на торфе древесно-багульниковом, рыхлом, мощностью 0,9м, степенью разложения 30%, зольность 5%, подстилаемый супесью связной. Площадь осушаемого участка равна 475га. Модуль летне-осенних паводков 25% обеспеченности 0,52 л/с га.

Для осуществления задачи проектирования предложен способ открытой осушительной сети.

Целью  осушения  является  ликвидация переувлажнения  объекта и создания условий для выращивания высокопродуктивного леса на данном участке. Тип леса сосняк багульниковый.

2 ЭЛЕМЕНТЫ ОТКРЫТОЙ ОСУШИТЕЛЬНОЙ  СЕТИ

Прежде чем преступить к проектированию открытой осушительной сети следует установить:

-тип болота, причины  заболачивания, характер подстилающих  пород. Также нужно изучить  произрастающие там насаждения, травянистую растительность изучить уклон осушаемого участка, водоприемник, куда будит собираться вода.

Осушение лесных земель проводится преимущественно сетью открытых каналов. Развитая открытая осушительная сеть состоит из следующих элементов:

а) регулирующая сеть (осушители - Ос, тальвеговые каналы - Т, борозды), которые принимают поверхностные и грунтовые воды и отводят их в транспортирующие собиратели, откуда вода поступает в магистральный канал и далее в водоприемник;

б) проводящая сеть (транспортирующие собиратели - Тс, магистральный -канал - МК), которая транспортирует воду по собирателям и магистральным каналам в водоприемник;

в) ограждающая сеть (нагорные каналы -Н, ловчие -Л, защитные -3), которая служит для защиты осушенных земель от поверхностных вод и болота, что разрастается;

г) водоприемники (реки, крупные  ручьи, озера и т.д.), которые принимают и отводят всю воду, которая сбрасывается осушительной сетью;

д) гидротехнические сооружения на регулирующей, проводящей и ограждающей  сетях (мосты, трубчатые переезды, шлюзы-регуляторы, закрепления откосов, перепады и т.д.);

е) дорожная сеть с транспортными  сооружениями, обеспечивающая беспрепятственный въезд и выезд транспорта на осушаемые земли;

ж) противопожарные и  природоохранные устройства, служащие для предотвращения возникновения  пожаров и охраны окружающей среды;

з) осушаемые земли.

2.1 Каналы регулирующей сети и основные требования при их проектировании

Регулирующая сеть служит для регулирования водного режима территории. Расположение регулирующей сети должно обеспечивать поступление в каналы избыточных вод в максимальном количестве и по кратчайшему пути. Каналы регулирующей сети нужно:

1. Проводить под острым  углом к горизонталям поверхности,  что позволяет более полно перехватывать водные потоки, при этом необходимо сохранять необходимый продольный уклон дна каналов; на участках со слабопроницаемыми грунтами при уклонах поверхности 0,005 и менее допускается искусственное увеличение глубины русла к устью.

2. Допускается располагать  осушительную сеть вдоль склона:

а) на участках со слабопроницаемыми  грунтами с уклоном поверхности 0,0005 и менее при условии ограждения заболоченных площадей нагорными каналами;

б) при дополнении постоянной регулирующей сети водоотводными бороздами;

в) на участках с легко  водопроницаемыми грунтами при уклонах  поверхности до 0,0005

г) на глубоких торфяниках, где происходит неравномерная и большая осадка торфа на межканальной полосе.

3. Трассы осушителей  обычно проводятся параллельно  друг другу и просекам; мелиоративные каналы, по возможности прокладываются вдоль просек и дорог с нагорной стороны, что защищает последние от притока воды и позволяет использовать грунт под полотно дороги, а также уменьшает число мостов, труб, переходов.

4. Трассы осушителей  проводятся прямолинейными и  по местам с возможным увеличением глубины торфа к их устью.

5. На оторфованых площадях  стремятся прокладывать каналы по местам с равномерной глубиной торфа.

6. Осушители вводятся  в собиратели как с одной,  так и с двух сторон, сопрягаясь  при этом в плане под углом  60-90°.

7. Во избежание пересечения  квартальных просек необходимо  стремиться проектировать в пределах лесного квартала, длина их, как правило, от 500 до 1500 м, в зависимости от рельефа, расстояний между собирателями и хозяйственно-эксплуатационных условий.

8. При осушении заболоченных  пойм осушители располагаются параллельно    потоку   паводковых   вод,    а   собиратели   -   под   углом    к водоприемнику.

9. На открытых или  малолесных территориях (гари), где не требуются трассоподготовительные работы, целесообразно при лесокультурных работах между осушителями проводить по уклону на расстоянии от 3-4 до 10-15м проточные борозды глубиной 30-60 см.

10. Для заезда на  межканальные полосы между верховьям  осушительных каналов и смежным проводящим собирателем проектировать разрыв, равный половине расстояний между осушителями.

11. Тальвеговые каналы  располагаются по самым низким местам –низинам.

2.2 Каналы проводящей сети и  основные требования при их  проектировании

Проводящая сеть служит для своевременного и по кратчайшему пути отвода без затопления их в вегетационный период и пропуска расчетных расходов воды на 0,4 м и ниже бровок берега. При проектировании проводящих каналов необходимо руководствоваться некоторыми основными требованиями:

1. Проводящая сеть  должна отводить воду самостоятельным потоком и на участках с плавным уклоном без выраженных тальвегов и лощин, не мешать расположению регулирующей сети.

2. Трасса проводящих  каналов должна приближаться  к прямой линии, иметь минимальную  длину, т.е. обеспечивать удаление  воды с территории участка  в кратчайшие сроки.

3. Угол поворота канала должен быть не менее 120°. При более острых углах нужно проектировать закругления, при этом радиус закругления не менее 10-кратной ширины  канала поверху (торфяные), 5-кратной в минеральных грунтах.

4. Проводящие каналы  проектируются по более низким  местам рельефа (лощинам, тальвегам) и проводятся желательно перпендикулярно горизонталям.

5. Трасса проводящих  каналов, если торф разной мощности, то должны проводить там, где  торф наиболее мощный.

6. Пересечение проводящих каналов с дорогами, трубопроводами проектируется под прямым или близким ему углом.

7. Магистральный канал сопрягается с водоприемником под углом 45-60°.

8. Сопряжение собирателей с магистральным каналом следует проводить под углом 60-80°. При сопряжении собирателей под углом 90°, следует проектировать закругление 10*В, где В - ширина по верху.

2.3 Каналы ограждающей сети и  основные требования при их проектировании

Ограждающая сеть в мелиоративных системах чаще всего представлена нагорными и ловчими каналами.

Нагорные каналы проводят по границам осушаемых участков перпендикулярно потоку стекающей с поверхности воды с вводом в ближайший проводящий канал или водоприемник; при однородном рельефе водосбора, когда на осушаемую площадь вода поступает сплошным потоком, нагорный канал проектируется сплошным по границе участка; при поступлении воды из водосбора на осушаемую площадь отдельными потоками нагорные каналы устраивают прерывистыми, чтобы каждый из них перехватывал отдельный поток и входил в ближайший транспортирующий канал. Кроме того, возможно разнообразное расположение нагорного канала; нагорные каналы проектируются по местам с устойчивым грунтом и имеют плавный, без резких переломов продольный уклон (не менее 0,0005). Нагорные каналы проектируются, когда расход воды, протекающий с внешнего водосбора, больше расчетного расхода регулирующей сети.

Ловчие каналы проектируются  вдоль линии выклинивания грунтового потока при заболачивании территории напорными водами, они проходят вдоль линии наивысших пьезометрических напоров, на болотах - по воронкам минерального дна Ловчие каналы применяют, если коэффициент фильтрации верхнего метрового слоя равен, или превышает 0,5 см/сут.

Трассы ловчих каналов  должны проходить в устойчивых грунтах  и иметь плавный уклон. Различают  совершенные ловчие каналы, когда  канал прорезает всю толщину водоносного слоя, и несовершенный (висячий), когда дно канала не достигает водоупора.

В отдельных случаях  осушение участка может достигаться  устройством только ловчих или нагорных каналов или их системой. Последние  проектируются при малых водосборах, когда грунтовые воды подходят близко к поверхности, и представляют собой совмещение нагорных и ловчих каналов. Они одновременно перехватывают поверхностные и грунтовые воды. При питании территории напорными водами нагорно-ловчие каналы проектируются по линиям максимальных напоров. Они бывают сплошные и прерывистые.

Защитные или пограничные  каналы проводятся между суходолом  с произрастающим лесом и смежным болотом,  или окружается неосушенное болото, находящееся внутри осушаемой территории. Дно пограничного канала по возможности должно быть врезано в минеральный грунт. Защитные каналы могут служить как противопожарные.

2.4 Нумерация каналов на осушительной  сети

При нанесении на план осушительной сети нумерация каналов  начинается с устья принимающего канала (водоприемника).

При этом каналы, которые  впадают справа по течению нумеруются четными, а слева— нечетными. Например, осушитель имеет индекс и нумерацию А-2-1. Это значит, что осушитель впадает с левой стороны первым по счету от устья в транспортирующий собиратель (ТС-2).

3.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСУШИТЕЛЬНОЙ  СЕТИ

3.1 Определение среднего уклона  поверхности осушаемого участка

Для установления среднего уклона осушаемого участка тщательно изучается  план этого участка в горизонталях.

На плане нужно определить на глаз не менее трех участков с разными наклонами, это значит с разными расстояниями между горизонталями и на каждом участке провести перпендикулярно горизонталям линии.

По каждой линии определяют уклон:

i =h/L ,

где:

     h - превышение, м;

     L- длина линии, м;

Вычисляем средний уклон по каждой линии и средний уклон местности. Он используется в дальнейшем при проектировании расстояния между осушителями.

i = 3,5/2270 =  0,0015

i = 2,5/2350 =  0,0011

i = 4,0/1940 =  0,0021

iср. =  0,0016=0,002

3.2. Проектирование глубины каналов.

Глубина каналов зависит  от многих факторов. Важнейшие из них: назначение канала, норма осушения, почвенно-грунтовые и гидрологические  условия, типы машин и механизмов, используемые для устройства канала, и другие.

Отсюда и зависимость  от глубины каналов расстояний между  осушителями, объема выемки, стоимости строительства, эффективности произрастания леса на самом объекте мелиорации и на примыкающих территориях.

Существуют глубины: установленные (рабочие) и проектные.

Проектные глубины обычно больше установленных на глубину осадки торфа. В моем случае минимальная рабочая глубина осушителей равняется 1м, так как глубина торфа – 0,9м.

Вычисление проектной  глубины (Н_пр) производится по формуле с учетом коэффициента осадки (К_о) и установленной глубины (Н_р).

В нашем случае, так  как торф рыхлый, а тип заболачивания переходный, коэффициент осадки торфа равен 1,58.

Толщина садки торфа  в моем случае 0,9 - 0,57 = 0,33м

Имея исходные данные, находим минимальную проектную глубину осушителя(Н_прос):

Н_р= 0,9/1,58 = 0,57м.

Глубина канала в минеральном  грунте: 1,0 – 0,57 = 0,43

Н_прос = 0.9 + 0,43 = 1,33м

Глубина транспортирующих собирателей обычно принимается на 0,1- 0,2м более, чем глубина впадающих осушителей, а глубина магистрального канала на 0,2 - 0,3м больше, чем глубина транспортирующих собирателей.

Отсюда проектная глубина  транспортирующего собирателя будет равна(Н_пртр):

Н_пртр= 1,33 + 0,1 = 1,43м;

Н_уст = 1,0 + 0,1 = 1,10м

Рабочая глубина будет  рассчитываться исходя из степени усадки торфяного горизонта с учетом мощности минерального горизонта под торфом, который находится из глубины проектной.

Проектная глубина магистрального канала составляет(Н_прм):

Н_прм=1,41 + 0,3 = 1,71м;

                                       Н_уст = 1,1 + 0,3 = 1,40м

3.3. Определение расстояния между осушителями.

Стоимость и эффективность мелиорации лесных земель в значительной степени зависит от расстояния между каналами. Выбор расстояний между осушителями зависит от многих факторов: цели осушения, характера климата, почвогрунтов, глубины залегания водоупоров, глубины каналов, уклона поверхности, толщины торфа и т.д. Определение расстояний проводят гидрологическим, ы заложения пробных площадей и выявления действия мелиорационной сети на рост леса и окружающую среду. Руководством по осушению лесных земель (ч.2 «Проектирование») расстояние между осушителями вычисляется по базовому варианту  с учетом почвенно-грунтовых, лесорастительных и гидрологических условий с введением соответствующих поправочных коэффициентов.

Так как на осушаемой  территории сосняк багульниковый, мощность торфяного горизонта составляет 0,9м, расстояние между осушителями должно находиться  в пределах от 65 до 125м.

При проектировании учитываем  поправочные коэффициенты:

- зональный (для Гомельской области составляет 1,12);

- с учетом почвогрунтов  и установленной глубины каналов  (для рабочей глубины 1,0м с подстилающей породой супесь связная составляет 1,00;

- с учетом среднего  уклона местности (для уклона 0,002 составляет 1,00).

Базовые расстояния, поправочные коэффициенты и другие расчетные величины заносим в Таблицу 3.2 и выбираем оптимальное расстояние между осушителями.

Таблица 3.2 – Величина оптимального расстояния между осушителями.

Из таблицы видно, что  оптимальное расстояние между осушителями  принято проектировать  140м.

При проектировании магистральный  канал будет проходить параллельно квартальной просеке на расстоянии 10м от нее. Также при проектировании расстояния между осушителями учитывалось, что магистральный канал и транспортные собиратели также будут выполнять функцию осушителей.

3.4. Длина каналов и степень  канализации.

Длина канала зависит  от их назначения, условий рельефа, расстояния между осушителями, хозяйственно-эксплуатационных условий. Осушители целесообразно проектировать в пределах квартала (500-1000м), чтобы они не пересекали просек. В сложных условиях рельефа и на территориях без уклона, длина допускается в пределах 200-500м, а на площадях с достаточным уклоном - до 1500м.

Длина проводящей сети зависит  от размеров и рельефа осушаемой  территории, а также длины регулирующей сети и местонахождения водоприемника. Собиратели проектируются длиной 1-2 км, а магистральные каналы - в зависимости от отдаленности водоприемника от осушаемого участка. Длина борозд, дополняющих осушительную сеть, проектируются в зависимости от уклона и расстояний между осушителями в пределах 100-200м.

На плане каналы номеруются в соответствии с номенклатурой. Затем подсчитывают длину всей осушительной сети, а также площадь осушаемого участка. На основании этих подсчетов высчитывается степень канализации.

На нашем участке  находится 32 осушителей, каждый из которых 28 имеет длину 930м,  2 длину 1000м и 2 имеют длину 200м и 430м, исходя из этого, общая длина осушителей составляет 28670м.

Четыре транспортирующих собирателя, два из которых имеют длину по1940м, исходя из этого, общая длина транспортирующих собирателей составляет 3880м.

Длина магистрального канала составляет 2440м. Полученные данные заносятся в Таблицу 3.3.

Таблица 3.3 Степень канализации осушительной сети

Общая длина всей осушительной сети составляет 34990м, степень канализации 0,073 км/га.

3.5. Поперечный профиль каналов.

Мелиоративный канал чаще всего  проектируется трапециидальной  формы (рис.3.1) и характеризуется следующими исходными величинами: проектной глубиной, шириной канала по дну, коэффициентом откоса.

Рис.3.1 – Мелиоративный канал трапециидальной формы.

Ширину канала по верху  находим по формуле:

В=b + 2тН,

Где:

В - ширина канала по верху, м;

b - ширина канала по дну, м;

т - коэффициент откоса;

Н – проектная глубина канала, м.

По этой формуле находим  ширину каналов-осушителей и транспортных собирателей. Ширину магистрального канала находим после его гидравлического расчета (п.3.10).

Для каналов-осушителей проектная глубина составляет 1,33м, ширина по дну канала – 0,40м, коэффициент откосов берем из таблицы и принимаем равным 1,0. Исходя из этого, находим ширину каналов по верху (Вос):

Вос=0,4 + 2∙1,0∙1,33=3,06м

Для транспортирующих собирателей проектная глубина составляет 1,41м, ширина по дну канала – 0,40м, коэффициент откосов берем из таблицы и принимаем равным 1,5. Исходя из этого, находим ширину каналов по верху(Втр):

Втр=0,4 + 2∙1,5∙1,41=4,63 м

Вынутый при строительстве  грунт разравнивают слоем до 15-20см (в лесах лесопарковой зоны, на лесокультурных площадях), или отсыпают постоянные кавальеры – дамбы, либо разравнивают под дорожные насыпи. Земляную насыпь под дорогу строят по типовым проектам. Расстояние между бровкой канала и подошвой кавальера (насыпи) называется бермой. Ширина бермы – 1,5м, но не меньше глубины канала. Для пропуска поверхностных вод в отвалах выпускного канала грунта устраиваются открытые или закрытые водосточные воронки. Сточные воронки устраиваются обычно в натуральных понижениях, или выровненных территориях через 30-50м, воронки прорезают отвал, врезаются в целинный грунт на 0,2-0,4м. Ширина сточных воронок по дну 0,3-0,4м, заложение откоса – по грунту. Когда вынутый грунт разбрасывают по поверхности, то воронки не устраивают. Отвалы грунта для дорог, как правило, располагаются на более низком боку каналов. В отвалах, которые используются под полотно дороги, устраивают сточные воронки закрытого типа (бетонные, керамические и т. д.).

В данном проекте предусмотрено отсыпание постоянных кавальеров и устройство открытых водосточных воронок через 50м.

3.6. Откосы каналов и их укрепление.

Открытый мелиорaтивный канал в зависимости от характера  грунтов и величин пропускаемогo расхода воды чаще всего проектируется трапециидальной поперечной формы. Крупные каналы с площадью водосбора более чем 150 км² в неустойчивых грунтах имеют трапециидально-параболическую или параболическую форму поперечного сечения.

При проектировании каналов  трапециидальной формы сечения учитывают устойчивость грунтов и наличие механизмов, с помощью которых строят каналы. Обычно каналы в поперечном сечении имеют форму равнобокой трапеции. Боковые стенки или откосы трапеций делают наклоненными. Отношение проекции L/Н называется крутизной или заложением откоса, и выражаются коэффициентом m.

Коэффициент устойчивых откосов, который рекомендуется  управлением по осушению лесных земель, зависит от вида грунта, категории каналов и их глубины.

В нашем случае для  древесно-багульникового, рыхлого, средне разложившегося торфа мощностью 0,9м коэффициент устойчивого откоса составляет:

- осушителей – 1,0;

- транспортирующего собирателя - 1,5;