2372
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Воронежская государственная лесотехническая академия»
Гидротехнические сооружения в лесном деле
Проектирование осушения лесной и лесопарковой территории
Методические указания к курсовой работе для студентов по направлению подготовки 250100 Лесное дело
( квалификация(степень) «магистр»)
Воронеж 2014
УДК 626.681.5
Андрющенко, П.Ф. Гидротехнические сооружения в лесном деле. Проектирование осушения лесной и лесопарковой территории [Текст]: методические указания к курсовой работе для студентов по направлению подготовки 250100 - Лесное дело (квалификация (степень) «магистр») / П.Ф. Андрющенко, Т.А. Малинина ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2014. - 28 с.
Печатается по решению секции учебно-методического совета ФГБОУ
ВПО «ВГЛТА» (протокол № от. |
2014 г.) |
Рецензент заведующий кафедрой мелиорации, водоснабжения и геодезии ФГБОУ ВПО «Воронежский ГАУ им. Петра I» д-р. с.-х. наук, проф. А.Ю. Черемисинов
Ответственный редактор заведующий кафедрой лесных культур, селекции и лесомелиорации ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» д-р. с.-х. наук В.И. Михин
ВВЕДЕНИЕ
Осушение – комплекс инженерных гидротехнических сооружений, обеспечивающих создание оптимального водного режима на переувлажненных землях лесного ландшафтного комплекса. Понижение уровня грунтовых и почвенных вод, а также сброс избыточных поверхностных вод за пределы переувлажненных территорий в значительной степени повышают природный потенциал, улучшают экологическую обстановку местности.
Удаление избыточной влаги осуществляется из корнеобитаемого слоя почвы при помощи осушительных систем, основными элементами которых являются регулирующая, проводящая и ограждающая сети, водоприемник, гидротехнические сооружения, дорожная сеть и др. Осушительная система бывает открытой и закрытой, постоянной и временной.
Открытая сеть состоит из осушителей - каналов борозд, ложбин. Минимальная глубина осушителей должна быть близка к норме осушения и практически колеблется от 0,7 до 1,3 м.
Норма осушения – глубина уровня грунтовых вод, при которой существуют оптимальные условия для роста и развития определенных растений в тот или иной период вегетации. Открытая осушительная сеть имеет ряд достоинств и недостатков. Главным достоинством ее считается возможность применения для первичного осушения, основным недостатком является значительная потеря полезной площади, занятой каналами и кавальерами (до
15 %).
При осушении лесных питомников, парков, садов и скверов, приусадебных участков, спортивных комплексов, бульваров и в некоторых других случаях для удобства использования территории осушение целесообразно проводить дренажем – закрытая сеть. Дрены выполняются в виде водопоглощающих линейных трубчатых полостей, располагающихся на определенной глубине с уклоном для отвода воды.
В тоже время, применение дренажа имеет свои особенности. После осушения корни древесных растений, углублялись, могут врастать через стыки дренажных трубок и закупоривать дрены. На спортивных площадках и площадках для отдыха необходимо обеспечить как быстрое освобождение их от воды, так и понижение грунтовых вод. Это следует учитывать при строительстве дренажа.
3
«ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСУШЕНИЯ ЛЕСНОЙ И ЛЕСОПАРКОВОЙ ТЕРРИТОРИИ»
1.Задание по осушению
Исходные данные для проектирования
1.Область, республика _________________________________________
2.Топографический план а горизонталях в масштабе 1:10000.
3.Цель осушения - повышение производительности лесов.
4.Тип леса (тип условий местопроизрастания)______________________
5.Почвогрунты. Глубина торфа____ м, степень разложения____ %, зольность торфа _______%, ботанический состав торфа___________
плотность торфа, подстилающие торф грунты______________________.
6. Таксационная характеристика насаждений: состав____________класс бонитета_______________класс возраста____, пол-
нота______.
7.Водосборная площадь:магистрального канала______ га; транспортирующего собирателя_________га
Порядок выполнения курсовой работы
1.Определить уклоны осушаемого участка по горизонталям в наиболее характерных местах.
2.Определить расстояние между осушителями.
3.Определить проектные глубины каналов с учетом осадки торфа.
4.Запроектировать осушительную и дорожную сеть на плане. Нанести на план мосты, трубы для переездов и др.
5.Построить продольные профили проводящего канала и впадающего
вего осушителя.
6. |
Установить коэффициенты откосов проводящих и регулирую- |
щих каналов. |
|
7. |
Начертить поперечный профиль одного из каналов на нулевом пике- |
те. |
|
8.Произвести гидрологический расчет.
9.Произвести гидравлический расчет проводящего канала (определить ширину по дну канала на нулевом пикете).
10.Вычислить объем земляных работ: а) по двум профилям - детально; б) по всей запроектированной осушительной сети - по средним поперечным сечениям.
11.Вычислить объем выемки на 1 га осушаемой площади по проводящим и регулирующим каналам.
12.Определить степень канализации в м/га;
13.Кратко описать способ производства работ и установить потребное число землеройных машин и механизмов.
14.Составить смету на производство земляных работ.
15.Определить стоимость осушения 1 га земли.
4
16.Определить увеличение текущего прироста леса под влиянием осушения.
17.Написать краткую пояснительную записку по каждому вопросу проектирования.
2 Указания к выполнению работ по проектированию осушения лесных земель
3.Определение среднего уклона поверхности осушаемого участка
Сэтой целью на плане нужно выделить на глаз не менее трех участков
сразличными уклонами, т.е. с разными расстояниями между горизонталями, и на каждом участке перпендикулярно горизонталям провести линии. По каждой линии определяют уклон.
i = h / L,
где h - превышение (разность отметок у концов линий); L - длина линии, определяемая по плану.
После этого рассчитывается средний уклон как среднеарифметическая величина из всех уклонов. Определенный таким образом средний уклон поверхности осушаемого участка учитывается в дальнейшем при определении расстояния между осушителями.
4. Определение расстояний между осушителями
При определении расстояний между осушителями следует учитывать цель осушения, климатические и почвенно-грунтовые условия, тип леса, уклон поверхности, глубину залегания водоупора, глубину торфа и причины избыточного увлажнения. С учетом этих факторов расстояние между осушителями принимаются по табл. 1 с поправкой к ней.
При использовании табл. 1 следует вводить следующие поправки:
а) поправочный коэффициент на территориальное расположение объекта проектирования:
0,50 - для Мурманской области и северных частей Архангельской области.
0,65 - для южных частей Архангельской области.
0,85 - для Ленинградской, Псковской, Новгородской, Вологодской областей, северных частей Костромской и Кировской областей.
1.0 - для Московской, Смоленской, Калининской, Ивановской, Ярославской областей, южных частей Костромской и Кировской областей' северной части Горьковской области.
1,2 - для Рязанской, Брянской, Калужской областей; б) при осушении зеленых зон (парков, лесопарков и пр.) расстояния
между осушителями следует уменьшать на 25 – 35 %; в) при грунтово-напорном питании расстояние между каналами следу-
ет уменьшить на 20-30 %;
5
г) при уклонах поверхности свыше 0,005 расстояния между осушителями надо увеличить на 5-10 %.
5. Глубина осушительных каналов
Глубины осушительных каналов (после осадки торфа Т°) принимаются следующие:
Глубина торфа, м . . . .0,1-0,5; 0,5-1,3 более 1,3 Глубина каналов, м . . . . 0,75-0,90; 0,9-1,0; 1,0-1,2
Таблица 1 – Расстояние между осушителями при осушении лесных земель
Группа типов |
Глуби- |
Подстилаю- |
Расстояние между осушителями |
|||
леса |
|
на тор- |
щие грунты |
Тип заболачивания |
||
|
|
фа, м |
|
Низинный |
Переходный |
Верховой |
1 |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
|
Глина, |
130-180 |
120-150 |
80-110 |
|
|
|
суглинок |
|
|
|
|
|
до 0,5 |
Супесь, |
180-220 |
140-180 |
110-130 |
|
|
|
мелкозерни- |
|
|
|
|
|
|
стый песок |
|
|
|
Ельники, |
со- |
|
Средне- и |
220-280 |
180-230 |
130-150 |
сняки и |
|
|
крупнозерни- |
|
|
|
березняки |
|
|
стый песок |
|
|
|
торфяно- |
|
|
|
|
|
|
болотные, |
|
|
|
|
|
|
осоко-тро- |
|
|
|
|
|
|
стниковые, |
|
|
|
|
|
|
осоко-дол- |
|
|
|
|
|
|
гомошные |
|
|
|
|
|
|
Ельники |
и |
|
Глина, суг- |
180-220 |
150-180 |
120-130 |
сосняки осо- |
|
линок |
|
|
|
|
ко-сфа-гново- |
|
|
|
|
|
|
дол- |
|
|
|
|
|
|
гомошные, |
|
|
|
|
|
|
чернично- |
|
|
|
|
|
|
долгомош- |
|
|
|
|
|
|
ные |
|
|
|
|
|
|
Сосняки |
|
0,6-1,5 |
Супесь, мел- |
200-250 |
160-200 |
130-150 |
сфагновые |
и |
|
козернистый |
|
|
|
сосна по |
|
|
песок |
|
|
|
верховому |
|
|
|
|
|
|
болоту |
|
|
|
|
|
|
6
Окончание таблицы 1
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Средне- и |
250-340 |
200-280 |
150-170 |
|
|
крупнозерни- |
|
|
|
|
|
стый песок |
|
|
|
|
|
Более 1,5 для |
200-250 |
160-200 |
130-160 |
|
|
всех грунтов |
|
|
|
После осушения болот происходит осадка торфа, поэтому проектную глубину каналов Тпр определяют по формуле
Тпр = m То
Коэффициент m зависит от плотности торфа и типа болота (табл. 2).
Таблица 2 – Значения величины коэффициентов |
|
|||
|
|
Плотность торфа |
|
|
Тип болота |
|
|
||
|
Плотный |
Менее плот- |
Довольно |
Рыхлый |
|
|
ный |
рыхлый |
|
Низинный |
1,2 |
1,25 |
1,35 |
1,50 |
Верховой |
1,3 |
1,40 |
1,50 |
1,65 |
Переходный |
1,25 |
1,32 |
1,42 |
1,58 |
Пример 1. Глубина торфа больше глубины канала и равна 1,6 м. Глубина канала после осадки торфа должна быть 1,1 м. Болото низинного типа. Торф плотный, m=1,2;
Тпр = 1,2 · 1,1 = 1,32 ~ 1,30.
Пример 2. Глубина торфа меньше глубины канала и равна 0,6 м. Характеристика торфа такая же, что и в примере 1.
Глубина канала в торфе до осадки его равна мощности торфа Тт. Опре-
деляем мощность торфа после осадки Тт и осадку поверхности Но.
Тт = Тт / m = 0,6 / 1,2 = 0,5 м; Но = Тт - Тт = 0,6 – 0,5 = 0,1 м.
Проектная глубина осушителя
Тпр = То + Но = 0,9 + 0,1 = 1,0 м.
Кроме глубин То и Тпр осушителей необходимо определить соответствующие глубины для каналов проводящей сети. Глубины собирателей То и Тпр должны быть на 0,1-0,2 м больше глубин осушителей, а глубины магистральных каналов на 0,2-0,3 м больше глубин собирателей.
7
6. Проектирование осушительной системы на плане
Прежде чем располагать осушительную сеть на плане, необходимо тщательно изучить рельеф по горизонталям (лощины, водоразделы и пр.) и уяснить правила расположения осушительной сети.
Осушительная система состоит из следующих элементов:
1) водоприемника; 2) проводящей (транспортирующей) сети; 3) регулирующей сети, непосредственно влияющей на водный режим осушаемой площади; 4) оградительной сети, которая перехватывает приток поверхностных и грунтовых вод с вышележащей части водосбора (бассейна); 5) сооружений на осушительной сети; 6) дорог.
В качестве водоприемников служат реки, ручьи, реже озера, овраги, иногда подземные водоносные слои. Водоприемник может находиться как на осушаемой территории, так и вне ее.
Проводящая сеть состоит из магистрального канала и транспортирующих собирателей; последние могут быть нескольких порядков. К регулирующей сети относятся осушители, принимающие грунтовые, а отчасти и поверхностные воды, и тальвеговые каналы, которые служат для отвода в основном поверхностной воды из отдельных небольших ложбин и западин. К оградительной сети относятся нагорные, ловчие и защитные каналы, которые располагаются по границам осушаемого участка и служат для перехвата поверхностного (нагорные каналы) и грунтового стока (ловчие каналы) или для прекращения роста болот в стороны (защитные каналы).
К сооружениям на сети относятся мосты, трубы-переезды, перепады, быстротоки, крепления откосов и др. Осушение площади должно сопровождаться также проектированием лесных дорог.
Направление осушительных (регулирующих) каналов зависит в основном от рельефа, а также от расположения дорожной и квартальной сети, глубины торфа и других факторов.
Осушители следует располагать под острым утлом и горизонталями поверхности, чтобы каналы более плотно перехватывали поток поверхностных и грунтовых вод т в то же время имели естественный продольный уклон поверхности по оси осушителей. Величина острого угла между горизонталями и направлением осушителей зависит от величины уклона поверхности и допустимого продольного уклона дна осушителей. Чем больше уклон поверхности, тем под меньшим углом к горизонталям можно проектировать осушители, сохраняя при этом требуемый продольный уклон дна. Расположение осушителей в зависимости от рельефа приведено на рис. 1.
Тальвеговые каналы располагают по дну отдельных ложбин, лощин и западин (котловин).
Нагорные и ловчие каналы проектируют по границам осушаемого участка, обычно под острым углом к горизонталям.
Проводящие каналы размещают по самым низким элементам рельефа: магистральный канал - по основной лощине (см. рис. 1, в), собиратели -
8
по второсте пенным (см. рис. 1, а, б). Если ясно выраженных ло щин на у частк е нет, пр оводящие каналы проектируют так, чтобы у добнее располагать осушители и дороги, а также с учетом других приводимых ни же требований.
Рис. 1. Основные варианты расположения осуш ительной сети в зависимости от рельефа:
О – осушители; С – с обирател и; МК – магистральный канал
При размещении осушительной сети на болотах следует учитывать глубину торфа. Желательно, чтобы трассы каналов, и особенно прово дящих , проходили по местам с наибольшей глу биной торфа (где после о сушения будет наибольшая осадка), и чтобы глубина торф а не уменьшалась к устью каналов.
Размещение осушительной сети должно быть увязано с расположением существ ующей и проекти руемой квартальной и дорожной сети. При этом надо учитывать следующ ее:
1)с цел ью более быстрого и лучшего осушения дорог и просек на осушаемом участке целесообразно проектировать каналы вдоль дорог и просек, причем располагать каналы надо с верховой стороны (по уклону п о- верхности) или с двух сторон дороги ( на дорогах с интенсивным движением) (см. рис. 1),
2)новые дороги целесообразно проектировать вдоль каналов с низовой стороны. В этом случае вынимаемый при рытье канала грунт используется для полотна доро ги;
3)каналы должны возмо жно мен ьше пересекать просеки и дороги в целях уменьшения количества труб для переездов, мостов и переходов;
4) осушительны е каналы должны |
возможно меньше препятств о- |
ват ь заездам на межканальные полосы . |
С этой целью целесообразно, если |
позволяет |
|
9
рельеф, вдол ь дорог и просек проектировать прерывистые каналы (см. рис. 1, г, д).
Регулирующие каналы могут впадать в проводящий канал под прям ым и острым углом. Транспортирующие собирател и впада ют в магистральный канал под острым углом (около 60-80°) .
Взависимости от рельефа поверхности возможны и повороты каналов
впл ане. Угол повор ота круп ных каналов долж ен быть не менее 120°. Для осушителей допуска ются повороты и при пря мом угле, но с загруглением при впадении в собиратель.
Вкачестве примера прив одится схема размещения осушительной сети в двух кварталах заболоченной лесной п лощади ( рис. 2).
О – осушитель; ТС – транспортирующий собиратель;
МК – магистральный канал; НК – |
нагорный канал; ЛК – ловчий канал |
||
канал ы: |
канальны |
е просеки: |
переезд ы |
Рис. 2. План осушаемого участка с расположенной осушительной сетью в кварталах 21 (верхний) и 42 (нижний)
Размещение осушительно й сети обычно начинается с магистрального канала. В приведенном приме ре магистральный канал следует про ектировать по основной лощине в квартале 42. Проводящая сеть на остальной территории, где нет ясно выраженных лощин, располагается в зависимости от удо б- ства размещения осушителей, а также в зависимости от имеющ ихся кварталь ных просек и дорог. Дороги целесообразно устраивать вдоль каналов тра нспортирующей сети и по просекам, используя вынутый из каналов грунт для устройства полотн а дороги.
10