книги из ГПНТБ / Силкин А.М. Инженерные сооружения на осушительных системах в торфяниках учеб. пособие

УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ ДЛЯ ФАКУЛЬТЕТОВ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ РУКОВОДЯЩИХ КАДРОВ И СПЕЦИАЛИСТОВ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

А.М.СИЛКИН

ИНЖЕНЕРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ НА ОСУШИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ В ТОРФЯНИКАХ

Допущено Главным управлением высшего и среднего сельскохозяйственного образова­ ния Министерства сельского хозяйства СССР

в качестве учебного пособия для слушате­ лей факультетов повышения квалификации сельскохозяйственных вузов

МОСКВА « КОЛО С» 1974

631.6

С 36

УДК 631.62(252.6)(075.8)

4^

£4 -

Силкин Александр Михайлович.

С 36 Инженерные сооружения на осушительных си­ стемах в торфяниках. М., «Колос», 1974.

112 с. с ил. (Учеб, пособия для фак. повышения квалифика­ ции руководящих кадров и специалистов сельск. хоз-ва).

Освещены вопросы проектирования и строительства гидротехниче­ ских сооружений на торфах. Приведены краткие сведения о физико­ механических свойствах торфов как оснований и среды сооружений. Рассмотрены методы устройства насыпей, конструкции шлюзов-регуля­ торов и труб-переездов. Даны рекомендации по прокладке дренажа в торфяниках.

© Издательство «Колос», 1974

ПРЕДИСЛОВИЕ

В Советском Союзе переувлажненные земли зани­ мают около 210 млн. га; более 144 млн. га находятся непосредственно под болотами. Осушаемые же торфяни­ ки, как правило, даюг высокие и устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур. Таким образом, болота составляют для сельского хозяйства большой резерв.

Директивами XXIV съезда КПСС в текущем пятиле­ тии (1971— 1975 гг.) намечено строительство осуши­ тельных систем на площади 5 млн. га, в том числе с за­ крытым дренажем на площади 3 млн. га. Значительная часть систем приходится на болота. Кроме того, пред­ стоят большие объемы работ по реконструкции сущест­ вующих осушительных систем.

Практика гидромелиоративного строительства пока­ зала, что многие вопросы по устройству систем на тор­ фах неясны и спорны. Это объясняется, очевидно, тем, что физико-механические свойства торфов недостаточно изучены. Последние существенно отличаются от мине­ ральных грунтов, поэтому методы проектирования и строительства гидромелиоративных систем на этих грун­ тах нельзя механически распространять на торфы.

Автором с благодарностью приняты замечания ре­

3

Г Л А В А I

ФИЗИКО-М ЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИ СТИ КИ

ИСВОЙСТВА ТОРФОВ

1.Происхождение и геоботаническая классификация торфов

Торф — грунт органического происхождения. Это от­ носительно молодое геологическое образование, форми­ рующееся в результате отмирания болотной раститель­ ности при избыточном количестве влаги и недостаточном доступе воздуха [39]. В литературе имеется множество понятий «болото». Являясь объектом изучения различ­

с какой-либо одной стороны, представляющей наиболь­ ший интерес для данной отрасли знания. А в связи с этим и давались соответствующие формулировки по нятия «болото». При этом, по мнению некоторых авто­ ров, к разряду болот относятся как органические (тор­

дой сверх его полной влагоемкости, — есть болото, хотя' бы здесь не было ни одного растения и ни одного процен­ та органического вещества».

Такое определение понятия «болото» с точки зрения мелиоративного строительства неверно. Перенасыщен­ ные водой органические и минеральные грунты облада­ ют совершенно различными свойствами как строитель­ ные материалы, среда и основания сооружений; различ­ ны и методы возведения сооружений на них. Если ме­ тоды строительства на переувлажненных минеральных грунтах можно считать разработанными, то о методах строительства на торфах этого сказать нельзя.

вогрунтов, на котором произрастает специфическая бо­ лотная растительность с господством видов, приспособ-

4

Рис. 1. Схема превращения водоема в болото зарастанием:

1 — осоковый торф; 2 — тростниково-камышовый торф; 3 — сапрО' пелевый торф; 4 — сапропелит.

ленных к условиям обильного увлажнения и недостатка

торфа такова, что живые корни основной массы расте­ ний не достигают подстилающего минерального грун­ та» (то есть наличие торфа обязательно). В дальнейшем мы будем придерживаться этого определения. По мне­ нию автора, оно наиболее полно отражает процесс тор­ фонакопления.

По В. Н. Сукачеву [42], можно выделить две основ­ ные схемы образования болота:

последовательное уменьшение количества влаги, ког­ да развитие болота идет от водоема с открытой поверх­ ностью;

постепенное увеличение количества влаги, когда бо­ лото развивается на месте, ранее бывшим сухим.

водоемы с пологими берегами. Процесс этот протекает следующим образом. Представим себе, например, моло­ дое озеро. В начальный период на дне его откладывают­ ся минеральные вещества, которые вносятся водотоками, ветрами или попадают в воду при размывании волнами берегов. Но такие отложения — озерные мергели — на­ капливаются недолго. Вскоре в озере начинается орга­ ническая жизнь. У берегов селится прибрежная расти­ тельность, а еще раньше и богаче развивается так назы­ ваемый планктон — свободно взвешенные в воде жи­ вотные и частично растительные организмы.

5

Эти организмы, отмирая, осаждаются на дно и сме­ шиваются с минеральными отложениями. Постепенно их становится все больше и больше. Гниение их происходит в совершенно иных условиях, чем на суше; в результате его образуется вещество, называемое сапропелем. Все те отложения, в которых преобладает сапропель и в ко­ торых минеральная часть, если она есть, носит иловатый характер, называют с а п р о п е л я т а м и.

Ближе к верхней границе сапропель (или более ста­ рый сапропель — сапроколл) обогащается тонкими вер­ тикальными корешками, выше корневищами и, наконец, переходит в слой, промежуточный между чистым сапроколлом и вышележащим тростниковым торфом. Этот переходный горизонт мощностью 20—25 см чаще всего имеет характер сапропелевого торфа со слоистым строе­ нием. Выше количество тростника все увеличивается, слои сапроколла уменьшаются и сапропелевый торф по­ степенно переходит в тростниковый.

В то время, как идет развитие планктона и накопле­ ние 'Сапропелитов на дне озера, 'начинает .все более и более развиваться прибрежная водная растительность. Главный фактор, от которого зависит распределение растений, — высота водной толщи. Поскольку, в общем,

ная зональность, то есть определенной глубине соответ­ ствует определенная растительность. Каждая зона под­ готовляет почву для следующей зоны, и в силу этого на­ блюдается постепенное надвигание растительности

в глубь озера. Если последнее не слишком глубоко, то

вконце концов наступает период, когда растительность сплошь покрывает озеро и на месте ранее открытого во­ доема расстилается болото.

Н а р а с т а н и е м (рис. 2) превращаются в болото водоемы с крутыми берегами, защищенные хотя бы час­ тично от ветра, вызывающего волнение поверхностных слоев воды. Преобразование водоема в болото происхо­ дит за счет растений, создающих на поверхности воды плавающий ковер. Растения, поселяясь вначале у бере­ га, близ самого края воды, простирают свои длинные, горизонтально стелющиеся стебли навстречу открытой водной поверхности. Корни, отходящие от их междоуз­ лий, свешиваются в воду, не укореняясь в дне водоема. Стелющиеся стебли, сплетаясь друг с другом и надвига-

6

ясь (в виде ковра) на водную поверхность, дают воз­ можность поселиться на них другим растениям (других видов) с корневищами. Последние, все более и более сплетаясь, придают плотность плавающему на воде ков­ ру. Отмирающие остатки этих растений в значительной части остаются на этом ковре, заполняя промежутки между корневищами. Ковер делается все более толстым и сплошным. По мере продвижения полосы одни виды растений сменяются другими. Постепенно водоем сплошь покрывается плавающим ковром, который называется с п л а в и н о й , и водоем превращается в болото.

В результате ежегодного нарастания растений спла­ вина приобретает все большую и большую толщину. Часть остатков растений в нижних слоях сплавины раз­ бухает от воды и, становясь тяжелее воды, опускается на дно, где образует под ковром сплавины торфянис­ тые отложения, называемые муттой. Таким образом, заторфовывание идет от берега внутрь водоема и от по­ верхности ко дну. Отложение торфянистых остатков под сплавиной повышает дно. В пределах даже одного водо­ ема возможно развитие обоих этих процессов.

Болота образуются и у выхода ключей на поверх­ ность земли. Постоянное увлажнение местности вызыва­ ет развитие определенной влаголюбивой растительности, накопляющей торф, и, таким образом, получается на­ стоящее болото.

С у х и е м е с т а п р е в р а щ а ю т с я в б о л о т а различными путями и по различным причинам. Одна из основных причин, кроме климатических условий,— на­ копление и застаивание влаги в почве. Одни болотоведы считают, что обильное увлажнение почвы — необходимое

7

условие заболачивания и торфообразования и что ос­ тальные факторы заболачивания сами по себе не имеют решающего значения, другие же считают, что накопле­ ние и застаивание влаги в почве не является причиной образования болота. По их мнению, болото образуется вследствие недостатка в почве зольных элементов пищи растений, а содержание же воды в болоте есть следствие большой влагоемкости органического вещества.

В большинстве случаев заболачивание лесов, лесосек, лесных пожарищ [42] начинается с появления кукушки­ на льна, а за ним — сфагновых мхов. В дальнейшем на этом месте постепенно формируется обычное сфагно­ вое болото. Еловый или смешанно-еловый лес может, заболачиваясь, превращаться в луговое травяное болото с осоками, злаками и другими растениями.

Схемы строения болот, образовавшихся при зара­ стании озера и при заболачивании суши, приведены на рисунках 3 и 4.

Болотоведы делят болота на типы. Наиболее распро­ страненной является классификация, данная В. Н. Су­

сифицируют по видам в зависимости от их ботаническо­ го состава. Общепринятой классификацией торфов в настоящее время является классификация Московско­ го торфяного института [39] (рис. 5).

В процессе развития тех или иных болот виды расте- ний-торфообразователей, в определенной закономерно­ сти сменяя друг друга, образуют пласты торфа соответ­ ствующего ботанического состава. Торфы различных видов, напластовываясь один на другой, создают так на­ зываемую торфяную залежь.

По внешнему виду торф представляет собой волокни­ стую (при малой степени разложения) или пластичную (при высокой степени разложения) массу, по своим фи­ зико-механическим характеристикам и свойствам зна­ чительно отличающуюся от минерального грунта.

8

Рис. 3. Схема строения болота, образовавшегося зарастанием озера (по В. Н. Сукачеву):

] — пресноводный мергель; 2 — сапропелит; 3 — сапропелевый торф; 4 — то же, тростниковый; 5 — камышовый; 6 — хвощовый; 7 — осоковый; 8 — осо­ ково-ивовый; 9 — лесной; 10 — гипновый; 11 — шейхцериево-сфагновый; 12 — пушицево-сфагновый; 13 — сфагновый с пнями сосны; 14 — отложение мо­ чажин на сфагновом ковре.

Ш / \ Ш г ЕЕШ Ш И 4 т а *

Рис. 4. Схема строения болота, образовавшегося заболачиванием су­ ши (по В. Н. Сукачеву):

1 — сфагновый торф с пнями сосны; 2 — то же, пушицево-сфагновый; 3 *-* осоковый и лесной; 4 —• шейхцериево-сфагновый; 5 — гипновый.