Гидротехническая мелиорация

1. Понятие о мелиорации и гидротехнической мелиорации лесных земель, роль и значение их в системе ведения лесного хозяйства. 2. Гидравлические элементы потока и их определение (живое сечение, намоченный периметр, гидравлический радиус, уклон, скорость течения воды, расход потока).
3. Жидкий сток и анализ основных факторов, которые влияют на него. 4. Фильтрация подземных вод (закон Дарси, Шези-Краснопольского). 5. Сооружения на открытой осушительной сети и уход за ними. 6. Специальные способы осушения и случаи их использования. 7. Методы оценки лесоводственного состояния и эффективности осушения лесных земель. 8. Каптаж родников и требования к каптажным сооружениям. 9. Забор воды с источников орошения. 10. Дождевание, его преимущества и недостатки. 11. Задача. 12. Задача. 1. Слово «мелиорация» происходит от латинского слова melioratio, что означает улучшение. Это улучшение может быть достигнуто различными методами, в связи с этим и мелиорации подразделяют на лесные, культуртехнические и гидротехнические. Лесные мелиорации улучшают неблагоприятные почвенные и климатические условия биологическим методом – созданием особых насаждений специальных форм и конструкций и соответствующим образом расположенных по территории. Культуртехнические мелиорации улучшают поверхность почвы (корчевка пней, расчистка земель от кустарников, уборка камней, выравнивание поверхности, вспашка целины, специальные приемы использования болот под сельскохозяйственные культуры и т.д.) 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 лесов и подъема лесного хозяйства в целом. Гидротехнические мелиорации являются действенным средством подъема урожайности сельскохозяйственных культур, повышения производительности лесов о создания зеленых зон для отдыха человека. Поэтому специалисты лесного хозяйства должны уметь правильно планировать и организовывать мелиоративные работы в лесхозах, правильно строить мелиоративные системы, эксплуатировать и ремонтировать их. 2. Сечение потока плоскостью, которая перпендикулярна линии потока, называют живым сечением; площадь живого сечения потока обозначают буквой ω. На рис. 1 показаны живые сечения трубы, канала, прямоугольного русла и реки. а б в г Рис. 1. Живое сечение напорной трубы (а), трапецеидального канала (б), прямоугольного русла (в) и реки (г) Намоченный периметр - это линия, по которой живое сечение прикасается до стенок, что его ограничивают; намоченный периметр обозначают буквой χ. Отношения площади живого сечения к намоченному периметру называют гидравлическим радиусом и обозначают буквой R. R= ω/ χ Эта величина характеризует удельную площадь живого сечения, потому что показывает, какая часть живого сечения приходится на единицу длины намоченного периметру. Легко сделать вывод, что поток с наибольшим гидравлическим радиусом при прочих равных условиях имеет минимальную силу трения, которая приложена к намоченной поверхности. Как известно из геометрии, из всех фигур минимальным периметром при одной и той же площади обладает круг. Значит напорные потоки круглого сечения имеют наибольший гидравлический радиус и минимальное сопротивление движению воды. Этим обстоятельством и объясняется использование труб круглого сечения. Среди безнапорных такими особенностями обладают потоки полукруглого сечения. Однако сделать канал такого сечения часто препятствует ряд серьезных причин: технологическая сложность строительства, невозможность хранения такой формы в натуральном грунте без укрепления, необходимость поддерживать постоянное наполнение канала до половины диаметра и т.д. Если для создания безнапорных потоков и используются трубы круглого сечения, например, в качестве дорожных водопропускных труб, коллектора ливневой канализации и др., то их наполнение обычно превышает половину диаметра, а гидравлический радиус не достигает наибольшего значения. В большинстве случаев безнапорные каналы имеют трапецеидальную или прямоугольную форму живого сечения. Расходом потока называется количество жидкости, которая проходит через живое сечение потока за единицу времени: Q=W/t. Выражается в единицах объема с делением последних на время. Отношения расхода к площади живого сечения называют средней скоростью потока и обозначают v=Q/ω Необходимо иметь в виду, что фактически в разных точках живого сечения настоящие скорости неодинаковы. Уклоном канала (і) называется отношение падения канала по дну ΔН к его длине L. Уклоны выражаются в десятичных дробях и промилле. 3. Атмосферные осадки – это часть водяного пара атмосферы, которая выпадает в виде дождя, снега или града. Количество осадков зависит от многих причин. Главная из них: отдаленность бассейна от океанов и морей, направление преобладающих ветров, рельеф местности. На количество осадков оказывает влияние даже лесистость местности. Кроме общего количества, осадки отличаются интенсивностью, продолжительностью, а так же неравномерностью выпадения по времени и площади. Интенсивность осадков – это величина, которая ровна количеству осадков, что выпадают за единицу времени. Интенсивность выражается толщиной слоя воды, который образуется после выпадения осадков (например, мм/мин). Наблюдается следующая зависимость: интенсивность осадков, как правило, тем меньше, чем больше время их выпадения. Важной характеристикой осадков является их распределение по времени. Неравномерность распределения зависит от климатических и морфологических особенностей территории и может варьироваться в широких пределах. Характеристикой такой неравномерности обычно является внутригодовое распределение осадков. Для проектирования гидротехнических сооружений на реках с дождевым обеспечением обычно необходимо знать как раз внутригодовое распределение. При пропуске стока из небольших водозборных бассейнов требуется знать распределение осадков на протяжении коротких периодов, например суток. Для устройства труб под пропуск паводка из бассейнов малой площади часто необходимы данные о часовой неравномерности. При строительстве гидротехнических сооружений и их экплуатации довольно часто необходимо знать основные характеристики зимних осадков - количество дней со снеговым покровом; его толщину и относительную плотность (отношение массы снега и воды при равных объемах). В период снеготаяния и формирования половодья определяющими факторами являются запас влаги в снеговом покрове и его состояние, интенсивность снеготаяния и др.
Сток – это движение воды по поверхности земли, а также в почвах и горных породах, которые ее подстилают. Он начинается с момента зарождения потоков и заканчивается их впадением в океаны и моря. На этом пути часть воды расходуется на суммарное испарение. Характеристики стока определяются перечисленными выше особенностями осадков. Сток также зависит от многих свойств поверхности водосборного бассейна. Способность почвогрунтов бассейна впитывать воду определяет потери части осадков на продавливания. Чем больше уклон склонов бассейна, дна яров и рек, чем сильнее бассейн срезан русловой сетью яров и речной сетью, тем большая скорость стекания и максимальный расход стока.
Скорость стекания и расход находятся в обратной зависимости от густоты и высоты растительности, то есть от ее гидравлического сопротивления. Но гидрологическая роль растительности шире. Кроны деревьев задерживают часть дождя и снега, которая испаряется, то есть она исключается со стока. Доля осадков, которые перехватываются кронами, в среднем для лиственных лесов составляет около 15%, а в еловых достигает 30%. Растительность, в частности лес, увеличивает инфильтрацию воды, что снижает максимальные расходы воды на сток. Распределение стока по времени зависит от наличия болот и проточных озер, водохранилищ, их размеров и расположения, аккумуляции части стока перед дорожными трубами и мостами. Формирование стока зависит от интенсивности дождя, площади и продолжительности его выпадения, от свойств поверхности земли и почвогрунтов, которые ее подстилают: гранулометрического состава, структуры и влажности слоев, рельефа, растительности и других особенностей. Различные сочетания перечисленных признаков могут менять параметры стока в широком диапазоне: от случаев, когда дождь, который выпал, не создает стока, до катастрофических паводков. 4. Движение жидкости в пористой среде называется фильтрацией. Ее отдельным случаем является движение грунтовых вод. Режим движения грунтовых вод может быть ламинарным, например, в песчаных и глинистых грунтах и турбулентным - в галечнике, каменной накидке, а также в прифильтровой зоне скважин, из которых выполняется откачка (при очень больших уклонах). Французский инженер Дарси в 1885 г. изучал установленный равномерное напорное движение грунтовых вод при ламинарном режиме на приборе, который показан на рис. 2. Рис. 2. К формуле Дарси При этом он установил, что расход Q воды, которая фильтруется через грунт, прямо пропорционален площади фильтра ω и гидравлическому уклону і=hf/l: , где к - величина, характеризующая фильтрационные свойства почв и которая называется коэффициентом фильтрации; hf =Н1- Н2 – потери напора, которые определяются по разности показателей пъезаметров в сечениях 1-1 и 2-2; l – расстояние между этими сечениями. После деления левой и правой частей уравнения на площадь ω получим формулу Дарси v=ki, которая называется основным законом ламинарной фильтрации. Формула показывает линейную зависимость потерь напора от скорости, что является свойством для ламинарного режима движения жидкости. Если будет известна площадь фильтрационного слоя и скорость фильтрации v, то можно определить расход воды Q грунтового потока по формуле Q=vF=kiF, м3/с Закон Дарси действителен при движении воды в рыхлых породах со скоростью до 0,5 м/с. В крупнообломковых, трещиноватых породах с турбулентным движением воды скорость подчиняется нелинейному закону фильтрации, который отображается формулой Шези-Краснопольского: или , где кш - коэффициент водопроникновения грунта. Коэффициент фильтрации, как видно из формулы Дарси, имеет размерность скорости и численно равен скорости фильтрации при і=1. При решении задач фильтрации важными являются количественные значения коэффициентов фильтрации. Существует ряд лабораторных и полевых методов определения коэффициентов фильтрации. Ориентировочные значения коэффициента фильтрации к для различных грунтов приведены в табл. 1. Как видно, коэффициент фильтрации зависит от крупности грунта (он увеличивается при увеличении размеров частиц грунта), от формы зерен и разнозернистости грунта. В торфе он зависит от ботанического состава торфа и степени гниения. Обычно с увеличением степени гниения коэффициент фильтрации торфа уменьшается. Торф болот низшего типа имеет более высокую фильтрационную способность, чем торф верховых болот. В связи с этим низинные торфяные залежи значительно легче поддаются осушению, чем верховые. После осушения происходит уплотнение торфа, и коэффициент фильтрации уменьшается. Табл.1. Значения коэффициента фильтрации, м/сут. Галечник
1000-100 Песок пылеватый
1-0,5 Гравий
150-20 Супесь
0,5-0,1 Песок крупнозернистый
50-20 Суглинок легкий
0,1-0,05 -//- среднезернистый
20-5 Суглинок тяжелый
-//- мелкозернистый
5-1 Глина

Торф сфагновый среднесгнивший
0,5-0,09 древесно-осоковый среднесгнивший
5,5 слабосгнивший
1,7-0,9 тростниковый среднесгнивший
2,2 сфагново-древесный слабосгнивший
7,0-0,9 осоковый среднесгнивший
1,2 древесный среднесгнивший
8,0-2,6 5. Сооружения, устраиваемые на открытой осушительной сети, по своему назначению подразделяются на три группы: 1) сооружения для переезда и перехода через каналы (мосты, трубы-переезды, переходы); 2) сооружения для регулирования стока по каналам, (шлюзы-регуляторы);
3) сооружения, предо­храняющие каналы от разрушения (перепады, быстротоки, креп­ление откосов и дна каналов). Мосты для переезда строят на водоприемниках и крупных магистральных и собирательных каналах в местах их пересече­ния с дорогами. На крупных водоприемниках целесообразно строить долговечные железобетонные мосты. На осушительных каналах в лесу применяют деревянные балочные мосты на сваях (рис. 3): при ширине канала по верху до 4 м — однопролетные, от 4 до 8 м — трехпролетные и более 8—10 м — пятипролетные. Мосты с четным числом пролетов на осушительных каналах не устраивают, так как в этом случае средние сваи необходимо забивать по оси канала, что сильно нарушает нор­мальное движение воды по каналу. Рис. 3. Балочный мост: 1 — верхний настил; 2 — прижимные пластины; 3 — нижний настил; 4 — насадка; 5 — пластины боковой обшивки; 6 — поперечная связь; 7 — прогоны На крупных каналах прогоны мостов должны быть подняты над бровкой на 0,3—0,5 м, чтобы плывущие по воде предметы не цеплялись за прогоны и не скапливались под мостом. Поэ­тому на крупных каналах для въезда на мост устраивают спе­циальные насыпи. На сплавных каналах прогоны и настил мо­ста поднимают еще выше, а пролет между сваями увеличивают в зависимости от крупности сплавляемого леса. Ширину моста принимают в зависимости от ширины дороги и достаточной для прохода лесохозяйственных машин и ору­дий — обычно не менее 5—6 м. Прочность моста рассчитывают на нагрузку от прохода наиболее тяжелых тракторов, исполь­зуемых в хозяйстве. Трубы-переезды устраивают из готовых бетонных и железо­бетонных труб диаметром 0,3—0,6 м и более. Дно канала в ме­сте укладки трубы тщательно выравнивают с подсыпкой под трубу крупнозернистого песка слоем около 10 см (рис. 4). Рис. 4. Труба, уложенная под дорогой Если труба состоит из нескольких секций, то стыки их цемен­тируют и заливают битумом. После укладки трубы канал за­полняется грунтом. На концах труб устраивают оголовки. При устройстве таких труб на болотах следует применять кислото­упорный бетон. Дно трубы должно быть расположено на одном уровне с дном канала, чтобы труба не создавала подпора воды. Шлюзы-регуляторы служат для регулирования воды в ка­налах осушительной сети в целях улучшения условий сплава леса, снижения стока летом, в противопожарных целях и пр. Наиболее часто устраивают деревянные шлюзы, при нали­чии материалов можно применять бетонные и железобетонные шлюзы. Деревянный однопролетный шлюз показан на рис. 5. Глав­ными частями шлюза являются: 1) шпунтовый ряд, забитый в минеральный грунт поперек канала и в откосы не менее чем на 2 м в каждую сторону; 2) красный брус внизу отверстия шлюза, насаженный на шпунтовый ряд, с прикрепленной к нему стойкой для щитов (шандор); 3) пол и стены шлюза (из пла­стин или досок), прикрепленные к сваям. Выше и ниже шлюза на 3—7 м канал укрепляется. Отверстие шлюза рассчитывается на максимальные воды или площадь его принимают равной по­перечному сечению канала. Рис. 5. Деревянный шлюз: 1 - шапочный брус; 2 — служебный мостик; 3 — насадка; 4 ~ передняя стенка шпунта За осушительной сетью организовывается уход и производится своевременный ремонт, что обеспечивает ее нормальную работу и продолжительную эксплуатацию. 6. Кольматаж. Осушение земель кольматажем предусматривает регулирование водного режима излишне увлажненных территорий путем искусственного повышения земной поверхности. Для этого территорию, которую необходимо осушить, разбивают на чеки (квадраты) с помощью невысоких дамб. По трубам насосами подают воду с большим количеством зависших частиц почвы. В чеках жидкая масса отстаивается, вода через специальные водоспускные отверстия сваливается в водоприемник. Многократной подачей воды можно грунтом постепенно поднять поверхность до нужной геометрической оценки и снять излишнее увлажнения. На кольматажных территориях ведется городское и садово-парковое строительство. Осушение с машинным водоподъемом. Такой способ осушения применяют, когда территория, которая осваивается, располагается ниже уровня воды в водоеме (реке, водохранилище), прилегающего к территории, или периодически затапливается им. В таких случаях отмеченная территория огораживается дамбой. Устраивается обычная осушительная сеть (открытые каналы или дренаж). По каналам вода самотеком отводится в пруд-водоприемник, с которого при необходимости откачивается через дамбу в смежный водоем. Территория, которая огораживается дамбой, в этом случае называется польдером. 7. Ме­тодика исследований первых лет (Осфальд, П. И. Жудра, Д. М. Кравчинский) заключалась в анализе пробных де­ревьев, срубленных на различных расстояниях от канав. Даль­нейшее совершенствование методики привело к тому, что вместо рубки отдельных деревьев стали закладывать пробные участки, длина которых равнялась расстоянию между каналами или расстоянию действия канала. Пробные участки делились на пробные площадки, расположенные на разном расстоянии от каналов. На пробных площадях производили сплошной перечет древостоя и после этого брали модельные деревья. Выбирали модельные деревья различными способами. В настоящее время при изучении влияния осушения на рост леса рекомендуется на полосе между каналами закладывать опытный участок, включающий 3 или 5 проб. Размер проб оп­ределяется числом деревьев на них. На каждой пробе должно быть не менее: 200 деревьев основного элемента леса. В отдель­ных случаях при низкой полноте древостоя можно ограничиться 100—150 деревьями. Расположение проб на опытном участке производится следующим образом: две пробные площади рас­полагаются возле каналов на расстоянии 3—5 м от бровок осу­шителей и одна на середине между осушителями. При большом расстоянии между осушителями (более 200 м) полезно между крайними и средней пробами заложить еще по одной пробной площади. На пробных площадях производится пересчет древо­стоя по элементам леса, по 2-сантиметровым ступеням толщины и строится кривая, высот. На каждой пробной площади сруба­ется 5—6 моделей среднего дерева. Модели расчленяются на 2-метровые отрезки, от которых берутся кружки для анализа ствола. Обработка материалов сводится к следующему. Модельные деревья анализируют по 5- или 10-летиям и определяют теку­щий годичный прирост по диаметру до и после осушения. Опре­деляют и текущий прирост по запасу. Запас древостоя основного элемента леса М определяют по формуле: где ∑V — сумма объемов взятых моделей; g — общая площадь сечения древо­стоя элемента леса; ∑g — сумма площадей сечения взятых моделей. Для молодняков в возрасте до 30 лет прирост можно опре­делять упрощенным методом. Размер пробных площадей со­ставляет 20x20 м, перечет ведется по 1-сантиметровой ступени толщины. Кривую высот строят по замерам 5 стволов от каждой ступени толщины. Годичные приросты в высоту определяют по величине прироста за последние 5 лет до осушения и по пяти­летиям — после осушения. Наиболее точный и надежный метод изучения действия осу­шения — это метод постоянных пробных площадей. На пробных площадях периодически (через 5—10 лет) производится полная таксация древостоя. Здесь же ведутся наблюдения за грунто­выми водами и состоянием осушительной сети.
Во многих случаях можно ограничиться более простой мето­дикой — определением процента текущего (правильнее — сред­него периодического) прироста с помощью возрастного или приростного буравов. В этом случае мы не можем выразить до­полнительный прирост древостоев в абсолютных цифрах, но полу­чим надежные данные для сравнения энергии роста у древо­стоев в зависимости от интенсивности осушения и состояния канав. Для этих целей сплошного перечета стволов можно не проводить, а ограничиться глазомерной таксацией насаждений, после чего возрастным буравом взять образцы древесины 25 ство­лов основного элемента леса на высоте 1,3 м (предварительно измерив их диаметры). Эти 25 стволов надо брать на середине пробных площадей, без выбора, подряд, так как деревья разной толщины отличаются различной отзывчивостью на осушение. Процент прироста Р определяют по формуле:
или
где d — диаметр ствола на высоте 1,3 м; п — число годичных слоев а послед­нем сантиметре радиуса; i — средняя ширина годичного слоя за опреде­ленное число лет, которое может быть различно в зависимости от вре­мени осушения, времени ремонта канав и других факторов. По этим формулам определяется процент прироста площади сечения на высоте 1,3 м. Для определения процента прироста объема рекомендуется менять коэффициент в зависимости от глазомерной оценки энергии роста насаждения. Однако такая оценка довольно субъективна, поэтому для получения сравни­мых результатов целесообразно не менять этого коэффициента. Так как между относительными приростами объема и площади сечения существует тесная корреляционная связь, то практически безразлично, что срав­нивать, проценты прироста площади или объема. При простоте и легкости этот способ дает достаточно точные результаты. Если коэффициент вариации приро­ста объема составляет 50—70%, то у сосны и ели коэффициент вариации по приросту площади сечения С равен 30—50%. По­этому при максимальном коэффициенте вариации С относитель­ного прироста точность 10% дадут 25 деревьев: n = c2/p2 = 502/102 = 25. Следовательно, при одинаковом числе измерений п опреде­ление относительного прироста дает, благодаря его меньшей из­менчивости более надежные результаты, чем определение аб­солютного прироста. 8. Каптажем обычно называют мероприятия по сбору родниковой и грунтовой воды. Каптажные сооружения в зависи­мости от характера и дебита родника устраивают разными. По­этому перед устройством каптажных сооружений надо выяснить залегание водоносного и водоупорного слоев, определить дебит родника (ключа) и мощность наносных отложений. Простейший каптаж восходящих источников можно устроить из каменной наброски (рис. 6). Выходы родника иногда ограждают шпунтовыми стенками, расчищают от наносов и загружают камнем. Сверху каменную наброску покры­вают глиняным или бетонным экраном. При выходе родников из песчаных слоев под каменной наброской устраивают гра­вийный фильтр. В глиняном экране устраивают вентиляцион­ную трубу. Вода для разбора выводится по специальной трубе. При каптаже нисходящего родника на месте его сосредоточенного выхода устраивают камеру (рис. 7). За водо­приемной стенкой камеры устраивают гравийный фильтр. Если Исходящий родник имеет рассредоточенные выходы, то каптаж делают в виде водосборных дрен, которые отводят воду в сбор- камеру. Рис. 6. Каптаж восходящих ключей: а - разрез; б — план; 1 — каменная наброска; 2 - глиняный изолирующий слой; 3 — водоразборная труба; 4 — вытяжная труба Рис. 7. Каптаж нисходящего ключа: 1 - смотровая камера; 2 —шток для регулирования спуска воды; 3 — приемный клапан; 4 — переливная труба; 5 —грязевая труба; 6 — всасывающая труба; 7 —лаз , При, устройстве каптажных сооружений нельзя создавать подпора воды в роднике, так как при подпоре родник может найти другой выход. Подземные воды в Средней Азии и Закавказье добывают посредством штольных горизонтальных водосборов, которые называются кяризами (рис. 6). Устраивают их следующим образом. В водоносном слое параллельно гидроизогипсам закла­дывают водосборные штольни и выводят их в водосборный бассейн или канал. Штольни (галереи) имеют ширину 0,4—0,6 м, высоту 1—1,5 м, длину до нескольких километров, уклон 0,002— 0,005. В зависимости от глубины водоносного слоя, глубина што­лен может быть от 3 до 20 м. Штольни крепятся камнем, дере­вом, но лучше применять бетон или железобетон. По длине кя­риза через 20—25 м устраивают колодцы, через которые при строительстве вынимают грунт, а затем осуществляется венти­ляция. Кяризы дают расход воды 30—50 л/с и более, вода ис­пользуется для орошения и водоснабжения. Рис. 8. Продольный разрез кяриза: 1- канал; 2 - глина; 3 — вспомогательный колодец; 4— уровень грунтовых вод; 5 — пе­сок; 6 — водоупорный слой; 7 — галечный водоносный слой 9. Для орошения используется вода транзитного, местного и подземного стоков. Транзитный сток — это сток крупных и средних рек, он формируется обычно за пределами орошаемой площади. Мест­ный сток формируется в зоне орошения — это сток, поступаю­щий в пруды, озера, речки, ручьи во временные водотоки и с небольших водосборов. Подземный сток (грунтовый) ис­пользуется путем устройства колодцев и каптажных соору­жений. После Великой Октябрьской революции с ростом производительных сил страны для орошения стали ис­пользовать крупные реки с большими расходами воды. На таких реках построены крупные плотины, созданы огромные во­дохранилища и водные ресурсы используются для получения гидроэлектроэнергии, судоходства, орошения, обводнения, ры­боразведения и других целей. Подземные воды, забегающие на большой глубине, обычно имеют низкую температуру, поэтому их приходится иногда по­догревать перед орошением на солнце до температуры 7—10° С. Пресные подземные воды используют для орошения в Крыму, на Украине, в Туркмении, Казахстане, Киргизии, Закавказье, в Поволжье и других местах. Подземные воды добывают из шахтных и артезианских колодцев каптажем ключей, проклад­кой водосборных галерей (кяризов).
Для забора воды из источника орошения и подачи ее в оросительные каналы строят водозаборные (го­ловные) сооружения в голове магистрального канала. Для за­бора воды самотеком из рек устраивают бесплотинные и пло­тинные водозаборы разных типов. На рис. 9, а показан бесплотинный водозабор с захватной дамбой (шпорой) и шлюзом-регулятором. Шпора способствует отводу нужного расхода воды, а шлюз-регулятор соединяет магистральный канал с рекой и регулирует подачу воды в канал.
При низком горизонте воды в реке, когда нельзя осущест­вить самотечную подачу воды в магистральный канал, приме­няют плотинный водозабор (рис. 9, б). Плотина поднимает горизонт воды до такого уровня, при котором вода в магист­ральный канал поступает самотеком; расход воды в магистраль­ном канале регулируется шлюзом. В тех случаях, когда самотечную подачу воды в магистраль­ный канал нельзя осуществить, — применяют механический подъем воды. Для этого у реки или пруда устраивают насосную станцию, которая по напорному трубопроводу подает воду на требуемую отметку (высоту), откуда вода по магистральному каналу движется самотеком. Иногда из одного источника орошения на части площади можно применить самотечное орошение, а на части расположенной выше, —с механическим подъемом. Для подачи воды из пруда в магистраль­ный канал самотеком устраивают под плотиной на коренном берегу трубы на уровне горизонта мертвого объема воды в пруду. Трубы устраивают с задвижками, которыми регулируется по­дача воды в канал. Рис. 9. Самотечный водозабор: а – без плотины; б - с плотиной; 1 — шлюз; 2 — направляющее русло канала; 3 — шпо­ра; 4 — сброс; 5 —река; 6 — плотина. Водозабор из прудов может быть осуществлен сифонами, которые делаются из стальных сварных труб, укладываемых поперек гребня и по откосам плотины. В верхней части сифона имеется два отверстия: для заливки сифона водой и для вы­пуска воздуха. 10. Дождевание — это один из видов орошения, при кото­ром вода особыми дождевальными установками и машинами разбрызгивается в воздухе над орошаемым полем и затем в виде искусственного дождя падает на поверхность почвы и растений. Дождевание — наиболее механизированный способ орошения (полива), который значительно снижает затраты руч­ного труда. Дождевание начинает широко применяться для по­лива сельскохозяйственных культур, древесных питомников, лесных полос и садов. При дождевании создаются более благоприятные условия для развития расте­ний, улучшаются процессы ассимиляции и развития корневых систем, увлажняется приземный слой воздуха, что ослабляет испарение и благоприятно влияет на растения. При правильном проведении дождевания (без образования луж) структура почв почти не разрушается, поливать можно малыми нормами и увлажнять почву на требуемую глубину при меньшем расходе воды. Дождевание позволяет поливать участки со сложным рельефом и с меньшим объемом планиро­вочных работ. Недостатком дождевания является то, что требуются значи­тельные затраты металла на изготовление машин и затраты энергии на производство дождевания. При ветре полив получа­ется неравномерным, так как ветер относит дождевые струи в сторону. При некоторых дождевальных агрегатах полив ме­ханизирован не полностью, переноска труб и другие работы производятся вручную. Качество дождя получается не всегда удовлетворительным. Требуется, чтобы диаметр капель был не больше 1—2 мм, а интенсивность дождя желательно иметь при поливе тяжелых почв не больше 0,1—0,2 мм/мин, средних 0,2— 0,3 мм/мин, легких почв не более 0,5—0,8,мм/мин. Этим требо­ваниям удовлетворяют не все дождевальные агрегаты. 11. Задача. Определить расход воды через трапецеидальный водослив с тонкой стенкой при длине порога b=1,25 м и напоре при пороге водослива Н=0,35 м. Решение: Расход воды в трапецеидальном водосливе стонкой стенкой определяется по формуле:
, где Q- расход воды, м3/с; b- ширина водослива, м; Н- напор воды над порогом водослива, м. Q=1,86*1,25*0,35*0,591=0,48 м3/с Ответ: 0,48 м3/с 12. Задача. Измеряли скорость при помощи вертушки. На глубине 0,2 Н она оказалась равна 0,6 м/с, на глубине 0,6 Н – 0,4 м/с и на глубине 0,8 Н – 0,25 м/с. Определить среднюю скорость среднюю скорость течения воды на данной вертикали. Решение: Среднюю скорость течения для данной вертикали определим по формуле:
vср= 0,25(0,6+2*0,4+0,25)=0,41 м/с Ответ: 0,41 м/с
Литература. 1. Писарьков Х.А. и др. Гидротехнические мелиорации лесных земель. М., «Лесная пром-сть», 1978. 2. Блинцов И.К., Ипатьев В.А. Гидролесомелиорация: Практикум. Выш.школа, 1980. 3. Русаленка А.І. Гідратэхнічныя збудаванні. – Мн.: БДТУ, 2002. 4. Ипатьев В.А. и др. Ведение лесного хозяйства на осушенных землях. М.: Лесн. пром-сть,1984.