Разработка проекта осушительной сети участка леса Калужской области

Мелиорация - 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.

Главными задачами гидротехнической мелиорации являются:

-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.

Лесоосушительная мелиорация является единственным, многосторонним и высокоэффектным средством преобразования заболоченных лесов, позволяющая повысить продуктивность лесов, улучшить качество древесины, транспортно-эксплуатационные условия, естественное и искусственное возобновление леса, санитарно-гигиенические и эстетические условия.

В состав гидролесомелиоративных работ входят следующие мероприятия:

-планирование и проектирование;

-строительство, капитальный 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.

1. Природно-климатическая характеристика объекта проектирования

1.1 Природно-климатическая характеристика Калужской области

Псковская область была образована 23 августа 1944 года. Площадь её составляет 55,3 тыс. кмІ, население 860 тыс. человек. Делится область на 24 района, имеет 14 городов и 11 посёлков городского типа. Центром области является город Псков.

Псковская область расположена на северо-западе Европейской части Российской Федерации. Поверхность - равнинная; на западе территории - низменная Великорецкая равнина с Псково-Чудской впадиной. На востоке области много возвышенностей: Лужская (до 204 м), Судомская (до 294 м), Бежаницкая (до 338 м) - это высшая точка области. Крайний восток области - равнина. Климат области умеренно-континентальный.

В таблице 1 представлены основные показатели по климату Калужской области.

Таблица 1

Основные показатели климата области по данным Калужской метеостанции

По данным таблицы мы видим, что средняя годовая температура составляет 4,6є С. Средняя температура января от -7є до -8є С, июля от +17є до +17,5є С. Количество осадков 550-660 мм в год, в основном в летний и весенний периоды. Наибольшая высота снежного покрова достигает 69 см, средняя скорость ветра 3,7 м/с.

Влагообеспеченность расположения района объекта проектирования определяется величиной гидротермического коэффициента (ГТК) (по Селянинову), который рассчитывается по формуле:

По величине ГТК выделяют следующие зоны по влагообеспеченности:

1,5 и более - избыточное увлажнение;

1,0-1,5 - обеспеченное увлажнение;

0,7-1,0 - недостаточное увлажнение;

0,5-0,7 - сухое земледелие;

менее 0,5 - полупустыни и пустыни.

В нашем случае ГТК составляет:

ГТК=41+66+77+78+64/((11*31+15,2*30+17,6*31+15,7*31+10,8*30)/10)=1,5

Псковская область по Селянинову является областью с обеспеченным увлажнением.

Продолжительность вегетационного периода в западной части области до 144 суток, в восточной несколько меньше. Реки принадлежат бассейну Балтийского моря. На западе области выделяют реку Великая с притоками: Сороть, Череха, Пскова - справа и Исса, Синяя, Утроя и Кухва - слева; на востоке река Шелонь с притоками; на юго-востоке - река Ловать; на севере - река Плюсса; по границе с Тверской областью - часть верхнего течения реки Западная Двина. В Калужской области много озёр, из них самые крупные - Чудское и Псковское.

Почвы в основном подзолистые (на юге - дерново-подзолистые) и болотные. Наиболее плодородные почвы в южной части области. Псковская область расположена главным образом в подзоне смешанных лесов. Леса занимают 31% территории (1,8 млн. га). Особенно лесисты северные и юго-восточные районы (50-60%), в центральных районах леса значительно вырублены. Преобладают сосна, ель, берёза, осина, ольха. Луга в основном суходольные. Много болот со значительными запасами торфа.

1.2 Характеристика объекта проектирования

Наш объект расположен в кварталах 12,13,14,20,21,22,31,32,33 лесничества Калужской области. Осушаемая площадь водосбора 17,1 кмІ. В качестве водоприёмника используется озеро Лесное. На северо-западе участка находится его наименьшая точка с отметкой 178 м, проходит рядом с рекой, а наивысшая отметка участка составляет 183 м. Участок представляет собой склон, который поднимается с севера-запада от реки на юго-восток. Расположение леса на водосборе - равномерное. Заболоченность водосбора составляет 23,6%. Наш объект осушения находится в районе с преобладанием низинных болот.

1.3 Изыскания при проектировании осушения лесных земель

Изыскания - это комплекс работ, проводимых с целью получения необходимых материалов для составления проекта мелиорации.

Изыскания при проектировании осушения лесных земель проводят с целью сбора необходимых данных для проектирования гидромелиоративных работ.

В начальном периоде проводят общие мелиоративные исследования гидромелиоративного фонда для составления технико-экономического обоснования необходимости гидромелиоративных работ. В технико-экономическом обосновании указывают площадь переувлажненные земель в составе гослесфонда, обосновывают целесообразность, техническую возможность гидромелиорации и выбор участка осушения, устанавливают очерёдность проведения работ, приводят материально-технические, трудовые и денежные затраты, дают расчёт эффективности гидромелиоративных мероприятий.

Схему осушения переувлажненных земель какого-либо района разрабатывают на основе лесоводственно-мелиоративной характеристики земель лесного фонда, почвенно-грунтовых, гидрологических, климатических, геоморфологических, экономических условий с учетом природоохранных свойств объектов района обследования.

Исходные данные для составления схемы получают из материалов лесоустройства, справочной литературы, материалов землеустройства, геоморфологических и геоботанических карт.

Назначая объекты для гидролесомелиорации, следует отдавать предпочтение крупным гидрологическим участкам, расположенным вблизи водоприемников, занятым хвойными древостоями с высокой отзывчивость на осушения, а так же расположенными в районах с высокой интенсивностью лесного хозяйства.

На осушаемой площади исключаются:

- участки площадью менее 50 га, удаленные от водоприемников, расположенные на территории гослесфонда мозаично;

- участки, требующие больших объемов работ по регулированию водоприёмников;

- природоохранные объекты;

объекты, выделенные для сбора ягод;

участки, намеченные к торфоразработке в ближайшие 10 лет;

участки гослесфонда, отводимые под сельскохозяйственное пользование, осушение которых проводят по особым проектам.

Намеченные под гидромелиоративное строительство участки согласовывают с местными организациями власти, управлениями торфяного фонда, гипроводхозом, санэпидемстанцией, управлениями рыбнадзора, госохотинспекцией, органами управления лесным хозяйством и лесхозами.

Детальные изыскания носят комплексный характер и слагаются из следующих видов изысканий:

топографо-геодезических;

гидрологических и гидротехнических;

почвенно-грунтовых и гидрогеологических;

лесоводственно-мелиоративных.

Вследствие данных изысканий мы установили следующие характеристики, необходимые для проектирования гидролесомелиоративных работ. Площадь участка осушения составляет 17100 га. Длина водотока - 5,4 км. Наш водоток относится к категории мельчайших водотоков. Средневзвешенный уклон водотока составляет 0,1 ‰, средневзвешенный уклон склонов водосбора - 14,8 ‰. Заболоченность водосбора - 23,6 %. Тип болот, присутствующих на нашем водосборе - низинный. В результате проведения лесоводственно-мелиоративных изысканий получены следующие характеристики поверхности водосбора: залесенность составляет 31,2 %, преобладающие насаждения имеют состав - 10Еед.Б в возрасте 60 лет, с полнотой 0,6 и классом бонитета IV. Данное насаждение IV класса бонитета имеет низкий класс бонитета. Производительность насаждения мала и выращивание таких древостоев не эффективно, следовательно, необходимо повысить данный показатель проведением осушения данного участка. В процессе почвенно-грунтовых и гидрогеологических работ были выявлены следующие характеристики почвогрунтов: ботанический состав торфа - гипновый, степень разложения торфа -30-35% (среднеразложившийся). В определенной степени богатство торфа характеризует зольность. На данном участке она составляет 6-8 %. Мощность торфа - 0,7 м. Механический состав подстилающих грунтов - легкий суглинок.

2. Проектирование осушительной сети в плане

2.1 Элементы и основные принципы проектирования осушительной системы

Осушение лесных земель производится обычно сетью открытых самотечных каналов. Осушение окультуренных луговых угодий, лесопитомников и других площадей специального назначения рекомендуется проводить закрытой осушительной сетью (дренажем) или комбинированными системами.

Осушительная система состоит из следующих элементов:

а) регулирующей сети (осушители, тальвеговые каналы, борозды);

б) проводящей сети (транспортирующие собиратели, магистральные каналы разных порядков);

в) ограждающей сети (нагорные, ловчие каналы);

г) водоприёмников (реки, крупные ручьи и озёра);

д) гидротехнических сооружений на регулирующей, проводящей и ограждающей сети;

е) дорожной сети с транспортными сооружениями;

ж) противопожарных и природоохранных устройств;

з) осушаемых земель.

На нашем участке в соответствии с заданием будем проектировать осушители, транспортирующие собиратели, нагорные каналы и водоприёмники.

Осушители предназначены для своевременного понижения уровня почвенно-грунтовых вод и отвода их в проводящую сеть. Исходя из того, что, целью осушения является максимальная продуктивность, а преобладающими на участке являются переходные болота, а так же учитывая мощность торфа и механический состав подстилающих грунтов (средний суглинок) - расстояние между осушителями должно равняться 50 метрам.

Нагорные каналы должны перехватывать поверхностные воды, протекающие на осушаемую территорию с прилегающего водосбора, и отводить их в проводящую сеть.

Транспортирующие собиратели предназначены для отвода воды собранной из регулирующей сети в магистральные каналы или непосредственно водоприёмник.

Водоприёмники (реки-водоприёмники, озёра, крупные ручьи, водохранилища, балки, овраги) должны обеспечить приём воды из магистральных каналов и оградительной сети.

В состав элементов осушительной сети входят также сточные водоприёмники, устраиваемые в отвалах каналов для пропуска поверхностных вод с осушаемой территории. Сточные воронки обычно приурочивают к естественным понижениям. На выровненных площадках расстояние между воронками принимаются от 30 до 50 м. Воронка должна прорезать отвал и врезаться в целинный грунт на 0,2-0,4 м. Ширина сточных воронок по дну принимается 0,3-0,4 м.

В отвалах используемых под полотно дороги устраиваются сточные воронки закрытого типа. На дорогах с интенсивным движением закладываются бетонные, асбестоцементные или керамические трубы. Если вынутый из канала грунт укладывается в отвалы с развалом, то воронки не устраиваются.

2.2 Проектирование осушительной сети в плане

Расположение открытой осушительной сети в плане определяется:

а) типом и интенсивностью водного питания;

б) типом леса, характером почв и подстилающих грунтов;

в) рельефом и конфигурацией осушаемого участка;

г) хозяйственно-эксплуатационной организацией территории;

д) существующей сетью каналов, пригодных для дальнейшей эксплуатации (без ремонта и с ремонтом), дорогами, квартальными просеками, расположением сооружений.

При проектировании планового положения регулирующей
сети необходимо руководствоваться следующими основными положениями:

а) трассы регулирующей сети, по возможности, должны быть
приурочены к существующим просекам и дорогам;

б) расположение регулирующей сети должно обеспечить поступление в каналы избыточных вод в наибольшем количестве и по кратчайшему пути.

в) расположение каналов регулирующей сети вдоль склона допускается в следующих случаях:

- на участках со слабопроницаемыми грунтами при уклонах поверхности 0,005 и менее, с ограждением заболоченных земель нагорными каналами;

- на участках с легкопроницаемыми грунтами при уклонах поверхности не превышающих 0,0005;

- на глубоких торфяниках, дающих большую и неравномерную осадку торфа на межканальной полосе;

- при дополнении постоянном регулирующей сети временной (водоотводными бороздами);

г) каналы регулирующей сети должны, по возможности, располагаться на местности с увеличением глубины торфа к их устью;

д) на оторфованных площадях следует стремиться прокладывать каналы по равномерной глубине торфа, так как чередование
глубоких и мелких торфов приводит к неравномерной просадке
дна каналов и размыву его в минеральных грунтах;

е) сопряжение каналов регулирующей сети с собирателями в
плане проводится под углом в 60 - 90°;

ж) верховья каналов целесообразно доводить до смежного проводящего канала с таким расчетом, чтобы получилась непрерывная сеть проездов по разровненным отвалам;

з) каналы регулирующей сети должны быть параллельны между собой, а длина их, как правило, от 500 до 1500 м, в зависимости от условий рельефа, расстояния между собирателями и хозяйственно-эксплуатационных условий.

Во всех случаях следует стремиться проектировать осушители в пределах квартала (чтобы они не пересекали квартальные просеки).

Учитывая то, что мощность торфа в нашем случае составляет 0,7 м, мы принимаем минимально установившуюся глубину канала осушителей 1,21 м (Руководство по осушению лесных земель, ч.2). Проектная глубина осушителей с учетом 35% усадки торфа составляет в нашем случае 1,0 м. Расстояние между осушителями базового варианта составляет 65 м. Так как мы проектируем систему осушительных каналов в Калужской области, то вводится поправочный коэффициент К_ос = 1,02. Поправочный коэффициент на расстояния между осушителями в зависимости от групповых условий и установившейся глубины каналов равен 1,00. Исходя из вышеизложенного расстояние между осушителями равно:

65Ч1,02Ч1,21 = 80м

При проектировании проводящих каналов следует руководствоваться следующими основными положениями:

а) проводящая сеть должна иметь по возможности прямолинейное размещение с возможно меньшим количеством пересечений с дорогами;

б) сопряжение собирателей с магистральными каналами рекомендуется производить под углом не более 60 - 90⁰.

Расположение осушительной сети в плане зависит от целей мелиорации, характера водного питания, мощности торфа и подстилающих грунтов, расположения на участке различных коммуникаций, дорожно-эксплуатационных условии, поэтому при проектировании могут быть приняты разнообразные схемы сети, в зависимости от конкретных условий.

3. Проектирование осушительной сети в вертикальной плоскости

Глубина осушительной сети устанавливается в зависимости от почвенно-грунтовых условий, с учетом влияния осушения на рост леса, как на объекте мелиорации, так и на примыкающих суходолах, а также величины осадки торфа расчетным путем.

Увеличение глубины каналов для компенсации осадки торфа можно принимать в следующих пределах (% проектной глубины канала) для торфов плотных - на 10 - 15, средней плотности - на 15 - 20; средней рыхлости - на 20 - 25, рыхлого - на 25 - 40.

Глубина проводящих каналов определяется условиями сопряжения с дном регулирующих каналов. Дно каждого младшего канала сопрягается со старшим на уровне меженного воды в последнем (от 0,05 до 0,25 м).

Глубина нагорных каналов проектируется не более 1,3 м..

Глубина ловчих каналов определяется положением водоупора, но не должна превышать 2,0 м в природоохранных целях.

При проектировании глубины осушителей, проводящих и оградительных каналов, кроме указанного, нужно учитывать следующее:

а) при залегании под торфяным или песчаным грунтом глины или суглинков дно каналов следует врезать в них на 0,15 - 0,20 м, при залегании под торфяным или глинистым грунтом песка или супеси рекомендуется заглубление дна канала в них на 0,1 м, при этом следует учитывать заиление каналов и не допускать отклонения от глубин, указанных выше, более чем на 0,20 м;

б) на болотах с глубиной торфа до 2.0 м рекомендуется врезать дно магистрального канала в минеральный грунт.

В таблице 2 представлены проектная и установочная глубины каналов осушительной сети.

Таблица 2

Параметры глубины каналов

Уклон дна регулирующих каналов должен быть близким уклону поверхности земли, но не менее 0,0003.

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.

Коэффициент откоса каналов вычисляется по формуле:

m=L/T,

где L - заложение откоса, м;

T - глубина канала, м.

Учитывая почвенные условия участка и глубину запроектированных каналов примем коэффициент откоса канала равным 1,5Согласно проектным данным коэффициент откоса для осушителей равен 1,5 м, для проводящих и оградительных каналов - также 1,5 м.

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.

Вычислим ширину каналов по верху (м):

осушителя: В=0,4+2*1,5*1,2=4;

собирателя: В=0,6+2*1,5*1,2=4,2;

магистрального канала: В=0,8+2*1,5*1,3=4,4;

нагорного канала: В=0,4+2*1,5*1,2=4.

Поперечный профиль осушителя показан на рисунке 1.

Рисунок 1 Поперечный профиль осушителя 1 - бровка канала, 2 - берма, 3 - кавальер, 4 - линия поверхности после осадки торфа, 5 - дно канала, 6 - откос канала

5. Гидрологические расчеты

Гидрологическими расчётами определяются расчётные и поверочные расходы воды в каналах проводящей сети с площадью водосбора более 5 км². По расчётным 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 против размыва и заиления.

Гидрологические расчёты, в зависимости от объекта проектирования проводятся для весеннего половодья, летне-осенних паводков и меженного периода.

Обеспеченность расчётных и поверочных расходов указанных периодов принимается следующая:

а) водоприёмники и каналы в лесах хозяйственного значения рассчитываются на пропуск летне-осенних паводков 25% обеспеченности, поверка таких каналов на устойчивость русел размыву производится на пропуск весеннего половодья 25% обеспеченности;

б) водоприёмники и каналы в зелёных зонах городов, а также дренажные системы на окультуренных сенокосах рассчитываются на пропуск летне-осенних паводков 10% обеспеченности, а устойчивость русел на размыв проверяется на пропуск весеннего половодья 25% обеспеченности;

в) водоприёмники и каналы в лесопарках рассчитываются на пропуск весеннего половодья 25% обеспеченности; на пропуск этих же вод проверяется и устойчивость русел на размыв.

Расчёт максимальных расходов весеннего половодья производится по формуле:

Q_25%=K₀h_25%Aµд₁д₂д₃/(A+A₁)ⁿ¹,

где А - площадь водосбора, км²;

К₀ - коэффициент дружности весеннего половодья, который равен 0,006 (согласно МУ);

А₁ = 1 (согласно МУ);

n₁=0,17 (согласно МУ);

м - коэффициент, учитывающий неравенство статических параметров стока и максимального расхода воды в половодье, равных 0,9 (согласно МУ);

д₁,д₂,д₃ - коэффициенты, учитывающие снижение максимальных расходов воды в залесённых, заболоченных и зарегулированных прудами, водохранилищами, озёрами, водосборах.

Коэффициент д₁ находим по формуле:

д₁=б/(1+ѓ₁)ⁿ²,

где б - параметр равный 1 (согласно МУ);

ѓ₁ - относительная заселенность, %;

n₂ - 0,22 (согласно МУ);

д₁=1/(1+31,2)^0,22=0,465

Коэффициент д₂ находим по формуле:

д₂=1-вlg(1+0,1ѓ_д)=1-в*0,43*ln(1+0,1 ѓ_д),

где в - коэффициент равный 0,8 (согласно МУ);

ѓ_д - относительная заболоченность водосбора,%.

д₂=1-0,8*0,43ln(1+0,1*23,6)=0,579

Коэффициент д₃=1, так как на участке озеро.

Теперь найдем слой стока половодья h_25% обеспеченности по формуле:

h_25%=h₀*k_25%,

где k_25% - ордината кривой заданной обеспеченности 1,23 (согласно МУ);

h₀ - средний многолетний слой стока половодья (мм), который определяется по формуле:

H₀=h₀*k_A*k_оз*k_д*k_k,

где h₀ - средний многолетний слой стока половодья равный 90 (согласно МУ);

k_A - коэффициент, учитывающий влияние величины стока, равный 1;

k_оз - коэффициент, учитывающий влияние озёр на водосборе на величину слоя стока, который равен 1;

k_л - коэффициент, учитывающий влияние лесистости на величину слоя стока весеннего половодья, который равен 0,7 (согласно МУ);

k_к - поправка на карст равная 1 (согласно МУ).

H₀=90*1*1*0,7*1=63 мм,

h_25%=63*1,23=77,49 мм,

Далее на основе полученных данных проводим расчет максимальных расходов весеннего половодья:

Q_25%=0,01*77,49*17,1*0,9*0,465 *0,579*1/(17,1+1)^0,17=1,962 м³/с.

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

Q_25%=q_1%цH_1%дл_p%А,

где q_1% - максимальный мгновенный модуль стока ежегодной вероятности превышения Р=1%, выраженный в долях от произведения ?^.Н_1%;

? - сборный коэффициент стока;

Н_1% - максимальный суточный слой осадков 1% обеспеченности, определяемый по ближайшей метеостанции или по карте; в нашем случае равный 115 мм.

? - коэффициент, учитывающий снижение максимального стока рек, зарегулированных проточными озерами;

? - переходный коэффициент от вероятности превышения Р=1% к максимальным расходам воды другой расчетной вероятности превышения (приложение Е м.у.), предварительно определив район по карте (приложение Д м.у.), ?=0,34;

А - площадь водосбора, 17.1 км².

Максимальные мгновенные расходы воды определяют в следующей последовательности: находят Н₁, затем ц. Для нахождения q_1% необходимо предварительно знать гидроморфометрическую характеристику русла (Ф_р), продолжительность склонового добегания (?) и район кривых редукции осадков.

ц=(С₂ц₀/(А+1)ⁿ⁶)*(i_B/50)ⁿ⁵,

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

?_о - сборный коэффициент стока для водосбора площадью равной 10 км² со средним уклоном водосбора i_B равным 50 ‰, принимается по таблице 13 из методических указаний, с учетом механического состава подстилающих грунтов и типа почвы, равен 0,28;

n₅ - показатель степени, равный 0,65;

i_B - средний уклон водосбора, 14,8⁰/₀₀,;

n₆ - для лесотундры и лесной зоны принимается равным 0,07;

По имеющимся данным определим сборный коэффициент стока:

ц=(1,2*0.28/(17,1+1)^0,07)*(14,8 /50)^0,50=0,124.

Гидроморфометрическую характеристику русла водотока определяют по формуле:

Ф_р=1000L/Н_рi_h^1/3А^1/4(ц*Н_1%)^1/4,

где L - длина водотока, км;

Н_р - гидравлический параметр русла, зависящий от состояния русла. Принимается равным 9, так как русло протекающего по участку водотока частично заросшее;

i_p - уклон русла водотока, % (0,468).

Ф_р=1000*5,4/9*0,468*2,033*(0,124 *115)^1/4=265,5.

Значения продолжительности склонового добегания ? можно определить, исходя из средних экспериментально установленных величин в тундровой и лесной зонах при заболоченности f_б ? 20 % ? = 60 мин., при f_б 20 ? 40% = 100 мин., при f_б ? 40 % ? = 150 мин. Так как Калужская область находится в лесной зоне и заболоченность водосбора составляет 23,6%, продолжительность склонового добегания равняется 100 мин.

С учетом того, что осушаемый участок относится ко второму району типовых кривых редукции осадков, продолжительность склонового добегания равна 100 мин и значение гидроморфометрической характеристики русла равняется 115, определим максимальный мгновенный модуль стока ежегодной вероятности превышения Р=1 %, выраженный в долях от произведения ?H. Согласно приложению 7 q_1% равняется 0,0118.

Подставляя известные данные, получим:

Q=0,0082*0,124 *115*0,34*0,34*17,1=0,68 м³/с.

Таким образом, обобщим результаты и получим что:

максимальный расход весеннего половодья составляет - 1,73 м³/с;

максимальный расход воды летне-осенних паводков - 0,68 м³/с.

6. Гидравлические расчеты

Гидравлические расчеты проводятся для определения размеров поперечных сечений, проверки их устойчивости против размыва и заиления. Для расчетов необходимы следующие данные:

а) расчетные и проверочные расходы воды;

Поверочный расход воды составляет 0,66 м³/с, а расчетный - 0,68 м³/с.

б) уклоны дна каналов (0,0039);

в) величина превышения бровки канала над расчетным горизонтом воды

г) величина допустимой скорости течения воды, не вызывающая размыва или заиления каналов 0,7 м/с (подстилающий грунт - легкий суглинок);

д) конструкция поперечного сечения русла (трапециевидная);

е) коэффициент шероховатости русла 0,26.

Расчетные и поверочные расходы воды принимаются на основе гидрологических расчетов, уклоны дна по результатам построения продольного профиля канала. Расчетная глубина наполнения каналов на рабочих участках принимается на 0,2 м ниже бровок каналов. Коэффициенты откосов каналов принимаются на основании проектирования поперечного профиля каналов.

Для расчета размеров проводящих каналов применяется следующая формула равномерного движения:

,

где Q - расход воды, м³/сек;

- площадь живого сечения, м², рассчитываемая по формуле:

? = ( b + mh_p )h_p,

v - средняя скорость потока, м/сек

();

C - скоростной коэффициент Шези, определяемый по формуле:

,

где n - коэффициент шероховатости;

при R? 1,0 или при R? 1,0;

R - гидравлический радиус, определяемый по формуле:

, где

ч - смоченный периметр, рассчитываемый по формуле:

,

где m - коэффициент откоса;

b - ширина канала по дну, м ;

i - уклон дна канала.

При принятой в лесоосушении трапециевидной форме земляных каналов гидравлический расчет рекомендуется вести последовательно вычисляя следующие величины согласно схеме:

?_пр ??_пр ?R_пр ?С_пр ? К_пр = К_д(10,05),

где К_пр и К_д проектные и действительные модули расхода. Модуль расхода представляет собой расход воды канала, приходящийся на единицу уклона:

К_пр=?_пр С

Суть гидравлического расчета состоит в подборе поперечного сечения канала, обеспечивающего безопасный пропуск заданного расчетного расхода. В связи с тем, что рабочая глубина канала является в данном случае заданной, поперечное сечение канала меняется подбором необходимой ширины канала. Вычисления представлены в таблице 3.

Таблица 3

Гидравлический расчет магистрального канала на пикете №0

При заполнении таблицы используем следующие формулы:

щ=(b+mh_p)h_p,

ч=b+2h_pv1+m²,

R=щ/ч

где m - коэффициент откоса;

b - ширина канала по дну, м.

Расчет считается законченным если различие между К_пр К_д не превышает 5%. Так как расчетный расход воды больше поверочного, то проектируем крепление дна канала.

7. Дорожная сеть и сооружения на осушаемых землях

При проектировании дорог на объектах мелиорации необходимо выполнять следующие требования:

- дороги следует проектировать вдоль границ участков, вдоль осушительных каналов;

- по возможности не проектировать дороги на глубоких торфах, с пересечением линии тока поверхностных и грунтовых вод;

- количество пересечений с водотоками и каналами должно быть минимальным;

- проектируемые дороги должны способствовать обеспечению противопожарной безопасности, ведению лесохозяйственного производства;

- должно быть обеспечено примыкание к дорогам высшего типа.

Мы проектируем дороги вдоль просек в кварталах 12,13,14,20,21,22,31,32,33.

В нашем случае второй тип дорог, так как цель проектирования максимальная продуктивность, а земли отведенные под осушение расположены вблизи города. Основные параметры дорог второго класса следующие: число полос движения - 1 шт., ширина полосы движения - 3,5 м, ширина земляного полотна - 4,5 м. Пешеходные дорожки, устраиваются путем разравнивания отвалов грунта каналов. Дорога предназначена для проезда населения и должна обеспечивать хорошую пропускаемость транспорта и пешеходов.

При проектировании дорог учитывают следующие положения:

-дороги должны проходить с низовой стороны каналов;

-дороги и дорожные сооружения должны быть рассчитаны на проход тракторов, автомашин, экскаваторов и лесохозяйственных механизмов;

-при проектировании дорог вдоль каналов с двухсторонним впадением в них осушителей, последние объединяются дополнительными кюветами и вводятся в принимающий их канал одним устьем;

-при одностороннем впадении осушителей в кювет с низовой стороны дороги проектируется только на болотах, где один осушительный канал не в состоянии поддержать полотно дороги в достаточно сухом состоянии.

Зачастую на мелиоративных системах не строят дороги, а обходятся проездами, которые бывают трех типов. Тип I -- на минеральных грунтах. Отсыпка полотна высотой 0,5 м бульдозером. Тип II -- вдоль каналов. Полотно проезда устраивается за счет кавальера и кювета глубиной до 1,1 м. Тип III -- на заболоченных участках без каналов. Полотно проезда устраивается за счет грунта кюветов. По курсовому проекту составляется ведомость запроектированных дорог и проездов (табл. 4).

Таблица 4

Ведомость проектируемых дорог и проездов

На лесомелиоративных системах могут быть запроектированы следующие группы сооружений:

а) подпорные (шлюзы, перегораживающие сооружения);

б) сопрягающие (перепады, быстротоки);

в) крепления каналов;

г) дорожные (мосты, трубчатые переезды, ложбины-переезды)

д) дренажные (дренажное устье, смотровые колодцы и др.).

Мосты и трубчатые переезды проектируются на пересечениях дорог общего пользования и лесохозяйственных дорог с водотоками и каналами.

В местах вероятного прогона скота и прохода гусеничного транспорта проектируют ложбины и броды-переезды. На песчаных грунтах ложбины устраивают планировкой съездов, а на глинистых и торфяных -- с дополнительным креплением съездов и дна канала камнем или деревянным настилом. На пересечении просек и троп с каналами, а также в устьях каналов, на участках каналов с глубокими торфами и на проводящих каналах не далее чем через 1 км устраиваются пешеходные мостики.

Так как расход воды с осушаемого участка в период половодья и паводков не превышает 2,0 м³/с, то на пересечениях каналов с дорогами проектируем трубчатые переезды и мосты (рисунок 2 и 3).

Рисунок 2 Схема трубчатого переезда под дорогой

Рисунок 3 Деревянный однопролетный балочный мост 1 - верхний настил, 2 - прижимные пластины, 3 - нижний настил, 4 - насадки, 5 - прогоны, 6 - деревянные сваи, 7 - связь поперечной устойчивости, 8 - боковая отмостка

8. Противопожарные мероприятия

Для уменьшения распространения пожаров и быстрой их ликвидации противопожарные водоемы устраиваются в местах наибольшей пожарной опасности на расстоянии 1 км один от другого вблизи дорог и квартальных просек.

Наполнение противопожарных водоемов производится:

-из осушительных каналов;

-за счет вод, стекающих непосредственно в водоем.

При заполнении водоема из осушительного канала делается соединительная траншея глубиной 0,4 - 0,5 м и шириной по дну 0,4 - 0,5 м.

Водоемы проектируются полезной емкостью 500 м³, со средней глубиной не менее 1,5 м, глубиной мертвого уровня не менее 0,5 м.

Противопожарные водоемы запроектированы в 12, 13, 14, 20, 21, 22 и 32 кварталах. Местоположение водоемов выбрано в местах наибольшей пожарной опасности, вблизи дорог. Ко всем противопожарным водоисточникам должны быть обеспечены хорошие подъезды, а непосредственно у мест водозабора предусмотрены площадки размером 12х12 м для установки и разворота противопожарной техники.

С целью предупреждения возникновения пожаров проектируем размещение средств агитации среди населения (плакаты, указатели, аншлаги и пр.) на дорогах и тропах. Средства агитации должны предупреждать население о нахождении в пожароопасном участке леса и указывать местонахождение мест отдыха.

При проектировании ГЛМС учитывают влияние осушительной сети на смежные лесные и сельскохозяйственные угодья, не допуская снижения их продуктивности.

Мероприятия по рациональном у использованию и охране почв должны способствовать повышению их плодородия, предупреждать переувлажнение и затопление земель, включать рекультивацию выработанных торфяников и карьеров нерудных ископаемых в лесохозяйственных, сельскохозяйственных и рыбохозяйственных целях, закрепление отвалов в карьерах от ветровой и водной эрозии.

Мероприятия по охране окружающей природной среды при гидролесомелиорации являются составной частью предпроектной и проектной документации. Охране подлежат земли, воды, растительность, животный мир и ландшафты в целом, а также памятники природы, истории и культуры

При проектировании и строительстве осушительной сети следует в полной мере учитывать возможность создания новой экологической среды, благоприятных для многих видов дикой фауны, в том числе охотничьих животных, а также ухудшения условий жизни для некоторых из них. Для сохранения природной среды в заказниках между ними и осушаемыми землями должны оставляться буферные зоны.

Места с наличием животных, занесенных в Красную книгу, гидролесомелиорации не подлежат.

Охрана окружающей среды при строительстве гидролесомелиоративной сети обеспечивается следующими мероприятиями:

- все земляные работы и работы по их подготовке (разметка, разрубка и раскорчевка трасс) не должны выполняться в течение периода гнездования птиц;

- тщательное соблюдение технических требований к запроектированным элементам осушительной сети и требований техники безопасности при производстве работ;

- недопущение повреждения деревьев за пределами трасс прокладки каналов при проведении подготовительных и земляных работ;

- устройство водоемов-илоотстойников и магистрального канала с целью предупреждения загрязнения водоприемника тонкими илистыми фракциями;

- создание ремиз для птиц;

- развешивание искусственных гнездовий в количестве до 15 штук на гектар для привлечения орнитофауны;

- посев и посадку на кавальерах каналов кормовых трав и кустарников.

9. Производство гидролесомелиоративных работ

Гидролесомелиоративное строительство включает следующие основные производственные процессы:

разбивку и разрубку трасс в крупномерном древостое;

валку леса на трассах каналов, дорог, берм;

прокладку трасс в мелколесье;

трелевку древесины с трасс;

корчевку пней;

устройство каналов мелиоративной сети;

устройство противопожарных водоемов;

устройство сооружений (мостов, переходов, трубопереездов и др.);

нарезку борозд в целях отвода избыточных поверхностных вод;

строительство объектов природоохранного и противопожарного назначения.

Вначале проводят трассоподготовительные, затем земляные работы и строительство сооружений. В первую очередь расчищаются и регулируются русла водоприемников, затем прокладываются проводящие и ограждающие каналы, выемка грунта из русел новых каналов начинается от их устьев. В соответствии с требованиями охраны природы трассоподготовительные работы проектируем проводить в осенний период по окончании гнездования птиц. Земляные работы в связи с тяжелыми условиями движения машин рекомендуется выполнять в зимний период.

Подбор машин и механизмов для производства работ ведут в соответствии с условиями проходимости машин. В нашем случае условия проходимости тяжелые, так как на осушаемом участке преобладают болота переходного типа с мощностью торфа более 0,4 м.

В данных условиях рекомендуется использовать: трактор ТЭ - 3М на умеренно-удлиннённом гусеничном ходу, который применяется для рытья каналов осушительной сети в грунтах 1-2 категории. Удельное давление на грунт 18 кПа. Кусторез КБ - 4А применяется на торфяно-болотных почвах, срезает мелкие деревья диаметром до 16 см, базовый трактор Т - 100МБГЕ. Ширина захвата 3,9 м. Производительность 0,72 га/час. Корчеватель применяется на торфяно-болотных почвах, корчует пни диаметром до 40 см. Базовый трактор Т - 100МБТС. Производительность 59 пней в час или 0,2-0,5 га в смену.

Ширина разрубки трасс зависит от типа применяемой землеройной техники, ширины разрубки грунта, ширины канала по верху, ширины дорожного полотна. При продольной разработке выемок малогабаритными экскаваторами и разравнивание отвалов бульдозерами ширина разрубки определяется по формуле:

B_тр=B₁+B₂+B_к+B,

где В_тр - ширина трассы, м;

В₁ - ширина полосы с верховой стороны канала (от бровки до стены леса), принимаемая равной 1 м;

В₂ - ширина бермы между каналом и дорогой, проектируется равной 2 м;

В_к - ширина канала по верху, м;

В - ширина полосы полотна дороги или отвала (минимальная ширина 5 м).

Рассчитаем ширину разрубки трасс для устройства каналов и дорог:

осушителей: Втр=1+1+4+5= 11м,

собирателей: Втр=1+2+4,6+5= 12,6 м,

магистральный канал: Втр=1+3+5,2+5= 14,2 м,

нагорных каналов: Втр=1+4+4+5,2= 14,2 м,

В тяжелых условиях проходимости пни диаметром более 24 см спиливаются заподлицо, менее 24 см - корчуют экскаватором. При устройстве каналов по просекам необходимо разрубать их с низовой стороны, а каналы прокладывать вдоль стены леса по старой просеке, чтобы избежать работы по корчёвке пней. При устройстве каналов отвалы грунта разравниваются под дорожные насыпи.

Площадь разрубки и корчевки трассы рассчитывается по формулам:

S_раз= В_тр*L

S_кор= (B_тр-5)*L,

где S_раз - площадь разрубки трассы, га;

S_кор - площадь корчевки трассы, га;

В_тр - ширина трассы, м;

L - длинна канала, м.

Рассчитаем площадь разрубки и корчевки трассы:

осушителей: S_раз= 11*105880=1164680 га

S_кор= (11-5)*105880=635280 га

ловчих каналов: S_раз= 14,2*3000=42600 га

S_кор= (14,2-5)*3000=27600 га

собирателей: S_раз= 12*9000=108000 га

S_кор= (12-5)*9000=63000 га

магистрального канала: S_раз= 14,2*3000=42600 га

S_кор= (14,2-5)*3000=27600 га

10. Расчет объемов работ и составление сметы затрат

Смета затрат составляется по укрупненным показателям для основных производственных процессов. Объемы трассоподготовительных и земляных работ, устройство сооружений рассчитываются после вычерчивания плана гидролесомелиоративной сети.

Для расчета затрат предварительно составляется ведомость основных показателей мелиоративной сети и запроектированных сооружений представленная в таблице 5.

Располагая протяженностью различных каналов мелиоративной системы и шириной разрубаемых трасс по каждому каналу вычисляют площади в пределах всей мелиоративной системы. Аналогично рассчитывается площадь леса, подлежащего рубке и раскорчевке при устройстве каналов.

Таблица 5

Основные показатели мелиоративной сети

Сначала вычисляют объем земляных работ по устройству каналов, для которых построен продольный профиль. Объем грунта вычисляют между каждой парой соседних пикетов по формуле:

,

где F₁,F₂-площади поперечных сечений канала на двух соседних пикетах, м²;

l - расстояние между пикетами, м;

V - объем выемки между пикетами, м³.

Площадь поперечных сечений на каждом пикете вычисляют как площадь трапеции:

,

где b - ширина канала по дну, м;

В - ширина канала по верху, м;

Т - проектная глубина канала, м.

Расчет земляных работ по устройству канала представлен в таблице 6.

Таблица 6

Ведомость объема земляных работ по устройству магистрального канала, собирателя и осушителя

Для определения общего объема земляных работ для всего осушаемого участка составляется сводная ведомость (таблица 7).

Таблица 7

Объем земляных работ по устройству мелиоративной системы

Для характеристики интенсивности выполнения мелиоративных работ принято рассчитывать объем выемки грунта, приходящийся на 1 га осушаемой площади. Причем, этот показатель рассчитывается отдельно для проводящей и регулирующей систем.[9]

Располагая объемом работ по устройству мелиоративной системы, приступают к составлению сметы за...