Осушительная мелиорация сельскохозяйственных земель

Содержание: 1.Введение 2. Природно-климатические условия объекта. Типы водного питания 3. Установление метода осушения. Схема осушения объекта 4. Расчет расстояний между дренами и закрытыми собирателями
5. Проектирование осушительной сети в плане 6. Проектирование осушительной сети в вертикальной плоскости 7. Гидрологический расчет магистрального канала 8. Гидравлический расчет элементов осушительной сети 9. Расположение дорожной сети в плане и сооружений на осушительной сети 10. Культуртехнические работы и окультуривание осушаемых земель 11. Список использованной литературы 1. Введение Мелиорация сельскохозяйственных земель - это комплекс технических, организационно-хозяйственных и социально-экономических мероприятий, направленных на коренное изменение компонентов природы для повышения потребительской стоимости этих земель. Цель мелиорации сельскохозяйственных земель заключается в расширенном воспроизводстве плодородия почв, получении оптимального урожая определенных сельскохозяйственных культур при экономном расходовании всех ресурсов, недопущении или компенсации ущерба природным системам и другим землепользователям. Мелиорация земель осуществляется во всех зонах России в соответствии с природными условиями, характером земель и требованиями возделываемых культур. 2. Природно-климатические условия объекта. Типы водного питания. Участок осушения расположен в Ивановской области. Климат в области умеренно континентальный, характеризуется умеренно теплым летом (средняя температура июля - плюс 18°С) и умеренно холодной зимой (средняя температура января -12°С). Годовое количество осадков составляет около 600 мм. Продолжительность вегетационного периода 110-140 дней. Ивановская область расположена в южно-таежной зоне. Распространены дерново-подзолистые, местами заболоченные, в долинах рек аллювиальные почвы. Из гидрогеологического разреза на рис. 1. видно, что участок заболачивания расположен в пойме реки, грунты хорошо водопроницаемые с коэффициентом фильтрации 0,8 м/сут, которые подстилаются водоупором. Грунтовые воды расположены близко к поверхности земли (0,2-0,5 м). Имеет место поток грунтовых вод со стороны внешнего водосбора, который в несколько раз превосходит заболачиваемую территорию. Из анализа природных данных рассматриваемого массива можно сделать вывод, что имеет место грунтовый тип водного питания: подтип - приток грунтовых вод с водосбора. 3. Установление метода осушения. Схема осушения объекта По типу водного питания и планируемому использованию осушаемых земель, определяем метод осушения, который является принципом воздействия на факторы переувлажнения корнеобитаемого слоя почвы. Далее устанавливаем способ осушения, то есть способ сбора и отвода избыточных поверхностных и подземных вод осушаемых земель. Это сочетание технических средств и агротехнических приемов для осушения земель. Тип водного питания – грунтовый; Метод осушения – основной: понижение уровней грунтовых вод (ускорение внутреннего стока), дополнительный: перехват потока грунтовых вод, со стороны внешнего водосбора; Способ осушения - открытые осушители: закрытый горизонтальный дренаж, ловчие каналы. Определив методы и способы осушения, на плане объекта масштаба 1:10000 намечаем принципиальную схему осушения и определяем расположение проводящей сети. В схему осушительной сети включены: · Регулирующая осушительная сеть, которая регулирует водновоздушный и другие режимы почвы в соответствии с требованиями сельскохозяйственных культур и сельскохозяйственного производства путем отвода избыточных вод; · Проводящая сеть, которая принимает воду из регулирующей и иногда из оградительной сети и отводит ее в водоприемник; · Оградительная сеть, перехватывающая полностью или регулирующая поступление поверхностных или грунтовых вод на осушаемую территорию с прилегающих водосборов, и рек; · Водоприемник, который принимает и отводит воду со всей осушаемой территории, из всей впадающей в него сети; · Дорожная сеть, обеспечивающая эксплуатационное обслуживание осушительной сети и сооружений на ней и нормальное хозяйственное функционирование осушительной системы. 4. Расчет расстояний между дренами и закрытыми собирателями Одним из основных параметров регулирующей сети, является расстояние между дренами (закрытыми собирателями). Исходные данные: К1=0,4 м/сут; К2=0,1 м/сут; h1=0,3 м; h2=0,8 м; а=0,7 м; е=0,001 м/сут. , где: K1 - коэффициент фильтрации горизонта, м/сут; K2 – тоже подпахотного горизонта, м/сут; h1 и h2 – слой почвы пахотного и подпахотного горизонтов; e – интенсивность испарения из пахотного слоя, м/сут; q2 – интенсивность поступления воды в закрытый собиратель из подпахотного слоя, м/сут; q1=4∙K1∙h1/B2=4∙0,4∙0,3/102=0,0048 м/сут q2=4∙K2∙h2/B2=4∙0,1∙0,8/102=0,0032 м/сут Коэффициент водоотдачи для верхнего слоя определяем по формуле: , arctgx=arctg0,5=0,46 Сравниваем рассчитанный срок отвода влаги из пахотного слоя с допустимым значением, равным [T]2 сут. Следовательно, при В=10м закрытые собиратели обеспечивают своевременный отвод воды из пахотного слоя. 5. Проектирование осушительной сети в плане Проводящая сеть Проектирование осушительной сети в плане необходимо начинать с трассирования магистрального канала, который рекомендуется проводить по самым низким отметкам осушаемого объекта, или по тальвегу поверхности. На болотах трасса канала должна проходить по тальвегам минерального дна. На расположение магистрального канала в плане оказывает влияние конфигурация осушаемой территории. Протяженность магистральных каналов должна быть минимальной по возможности, прямолинейной с наименьшим количеством пересечений дорог, подземных коммуникаций, линий электропередач и. т. п. Повороты в плане следует делать не более чем на 60°, то есть внутренний угол должен быть равен или больше 120. Сопряжение проводящих каналов низших порядков с принимающими каналами должна быть под углом от 60 до 90°, с закруглением устья. Длина магистрального канала обычно не ограничивается. Она определяется уклоном местности и формой участка. Длина транспортирующих собирателей, как правило, не превышает 1,5-2,0 км. Расположение коллекторов в горизонтальной плоскости определяется принятой схемой расположения закрытой регулирующей сети. При поперечной схеме коллектор проходит по наибольшему уклону поверхности, а при продольной - под углом к горизонталям поверхности с обеспечением его минимального уклона.
Коллекторы следует проектировать, по возможности, с меньшим количеством поворотов и по кратчайшему пути до канала высшего порядка. Для предотвращения размыва траншейной засыпки коллекторов их трассы необходимо смещать от оси тальвега. Регулирующая сеть сопрягается непосредственно с коллектором, если диаметр его не превышает 200 мм. В противном случае должен быть устроен вспомогательный коллектор.
Соединение закрытых коллекторов с открытыми каналами осуществляется с помощью устьевых сооружений. При повороте коллекторов в плане и вертикальной плоскости устраиваются смотровые колодцы. Длина коллекторов при малых уклонах местности ограничивается допустимой разницей глубин коллектора в истоке и устье не более 0,5 м и минимально допустимым уклоном 0,001 .0,002 следовательно, предельная длина коллектора в этом случае будет 250 .500 м. Поэтому, в таких случаях исходят из условия двухстороннего впадения закрытых коллекторов в открытые каналы. Длина закрытых коллекторов назначается с учетом уклона поверхности земли по трассе коллектора и конфигурации осушаемой территории (табл.1). Таблица 1. Длина закрытого коллектора в зависимости от уклона местности по трассе коллектора Уклон поверхности земли 0 До 0,001 До 0,002 До 0,003 Более 0,003 Максимальная длина закрытого коллектора, м 250-500 500-600 600-700 700-800 800-1200 Регулирующая сеть Типы регулирующей сети в зависимости от типа водного питания и метода осушения даны в таблице 5. Закрытые собиратели проектируются только по поперечной схеме. Систематический дренаж проектируется как по поперечной, так и по продольной схеме, в зависимости от уклона местности. Максимальная длина дрен не должна превышать 200 м(250 м). Дрены вводят в закрытые коллекторы с одной или с двух сторон в зависимости от рельефа местности. Данные, которыми необходимо руководствоваться при проектировании элементов регулирующей сети в плане, сведены в таблицу 2. Существуют две схемы расположения регулирующей сети в плане - продольная и поперечная. Таблица 2. Нормативы требования по проектированию регулирующей сети Элементы осушительной сети Минимальный допустимый уклон дна Уклон местности в направлении трассы элемента Длина элемента, м Закрытые дрены 0,003 Без уклона До 0,0005 До 0,001 До 0,0015 До 0,002 До 0,003 >0,003 50-100 100-120 120-140 140-160 160-180 180-200 До 250 Закрытые собиратели 0,003 То же То же Для более эффективной работы осушительной сети расположение ее приурочивают к наиболее пониженным элементам рельефа местности. На землях с грунтовым типом водного питания проектируем дренаж из гончарных труб диаметром 50 мм, при атмосферном - закрытые собиратели. Ограждающая сеть К ограждающей сети относятся: нагорные, ловчие и нагорно-ловчие каналы. Они проектируются вдоль границ осушаемой территории. Нагорными каналами ограждается осушаемая территория от притока только поверхностных вод, притекающих с внешнего водосбора. Для перехвата потока грунтовых вод с прилегающего водосбора проектируются ловчие каналы (дрены). Если площадь водосбора залесена и сложена легкими грунтами, функции нагорных и ловчих каналов могут быть совмещены. Нагорные каналы, как правило, располагаются по границе осушаемого объекта и прилегающего водосбора, по верхней части склона. Ловчие каналы располагаются в зоне выклинивания грунтовых вод в виде родников. Практически для речных долин это будет линия перехода коренного берега к пойме. Сопряжение в плане каналов ограждающей сети с принимающими каналами следует выполнять под углом от 60 до 90 . Глубина нагорного канала должна быть не более 1 . 1,2 м, причем грунт выемки следует размещать только на низовой стороне. Поперечное сечение нагорного канала выполняют трапецеидальной формы с несимметричным профилем. Глубина ловчего канала устанавливается в пределах 1,5 .2,0 м, но с обязательным условием заглубления в подстилающие, хорошо водопроницаемые грунты не менее чем на 0,3 .0,5 м. Минимальный уклон каналов ограждающей сети равен 0,0005. 6. Проектирование осушительной сети в вертикальной плоскости Вертикальное сопряжение элементов осушительной сети - один из важнейших этапов проектирования. Вертикальное сопряжение обеспечивает в расчетные периоды бесподпорную работу всей сети от регулирующей до водоприемника включительно. Проектирование осушительной сети в вертикальной плоскости осуществляется путем построения продольных профилей. Построение продольных профилей осуществляется по всем открытым каналам и коллекторам, и выборочно по отдельным дренам, закрытым собирателям. В курсовом проекте, выполнены продольные профили, по одному, для каждого элемента осушительной сети. Причем эти элементы увязаны на плане в цепочку. Для определения минимальной глубины магистрального канала на ПК-0, исходя из условий вертикального сопряжения, рассчитывают наихудших случай сопряжения всех элементов осушительной сети, которые увязаны на плане в цепочку. Наихудшим будет вариант с условиями: · самый удаленный от ПК-0 магистрального канала элемент; · с наименьшими уклонами поверхности земли; · имеющий наибольшую суммарную длину элементов осушительной сети в цепочке, начиная от истока дрены и кончая ПК-0 МК. Для построения продольных профилей, а также для расчета наихудшего варианта приводим диапазон допустимых уклонов дна элементов осушительной сети (табл.3). Таблица 3. Диапазон допустимых уклонов дна элементов осушительной сети Элементы осушительной сети Диапазон допустимых уклонов дна Магистральный канал 0,002-0,0003 Транспортирующий собиратель 0,002-0,0005 Нагорные, ловчие каналы, коллекторы 0,002-0,0005 Дрены, закрытые собиратели 0,03-0,003 Выбрав цепочку элементов осушительной сети для наихудшего варианта, проводим расчет: Определяем отметку дна дрены: 1-1,1=1
1’ = 445-1,1 = 443,9 м Определяем уклон поверхности земли по трассе дрены: iд = (1-2)/lд = (445-443)/200 = 0,01
т.к. уклон поверхности земли больше допустимого значения, то принимаем уклон дна дрены максимально допустимый 0,03 и определяем ∆h1: ∆h1 = iд · lд = 0,03 x 200 = 6 м Принимаем запас 0,1 м и определяем отметку 2’: 2’ = 1’ - ∆h1 – 0,1 = 443,9-6-0,1=437,8м Далее аналогичным образом для коллектора: iк = (2 - 3)/lk = (443-437)/2450 = 0,0025 м Уклон поверхности земли в пределах допустимого значения, определяем ∆h2: ∆h2 = iк · lk = 0,0025 · 2450 = 6,13 м Принимаем запас 0,2 м и определяем отметку 3’: 3’ =2’ - ∆h2 – 0,2 =437,8-6,13-0,2=431,5м Аналогично для магистрального канала: iмк = (3 - 4)/lмк = (437-436,9)/3950 = 0,00003 Принимаем уклон дна МК 0,0003 и определяем ∆h3: Определим ∆h3: ∆h3 = iмк · lмк = 0,0003 · 3950 = 1,19 м Примем запас 0,2 м и определяем 4’ 4’ = 3’ - ∆h3– 0,2 = 431,5-1,19-0,2=430,11м Определяем глубину магистрального канала: Нмкпк-0= 4 - 4’ = 436,9-430,11=6,8м 7. Гидрологический расчет магистрального канала Гидрологический расчет состоит в определении расчетных расходов проводящей осушительной сети. Расчет проводят на следующие расчетные расходы, относящиеся к критическим периодам поверхностного стока: весенний паводковый, летне-осенний паводковый, предпосевной и меженный (бытовой). Расчетные расходы определяем по зональным эмпирическим формулам. Выбор расчетного расхода зависит от выращиваемых сельскохозяйственных культур. При наличии в севообороте озимых зерновых культур определяем расходы весеннего и летне-осеннего паводков, и выбирают из них наибольший, который и принимают за расчетный. При отсутствии в севообороте озимых зерновых культур определяют предпосевной расход и летне-осеннего паводка и в качестве расчетного выбирают из них наибольший. Исходные данные: А=15,84 км2; h=100мм; A1=38%;Аб=5%; Iр=0,3‰; iB=5‰; H1%= 100мм. Весенний паводковый расход. Весенний паводковый расход при равнинных водосборах определяем по следующей зависимости: где: Ко - параметр, характеризующий дружность весеннего половодья, определяемый по дынным рек-аналогов, К0=0,006; hp% - расчетный слой суммарного весеннего стока, половодья той же вероятности превышения Р%, что и искомый максимальный расход воды определяемый по формуле hp% = h · K · 1,25 = 100 · 1,47 · 1,25 = 184 мм h – средний многолетний слой стока по карте изолиний для Тверской области 100 мм 1,25 – поправочный коэффициент, для рек с водосбором менее 50 км2 µ - коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров слоя стока и максимального расхода воды µ = 0,93 δ - коэффициент, учитывающий влияние озер, водохранилищ δ = 0,9 δ1 - коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды в залесенных бассейнах δ1 = α1/(А+1)n2 = 1/(38+1)0,22 = 0,446 α1 – при данной залесенности водосбора (Ал=38%) равен 1 n2 – коэффициент редукции, для грунтов различного механического состава n2 = 0,22 δ2 - коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды в заболоченных бассейнах δ2 = 1 – βlg(0,1 · Aб + 1) = 1 – 0,8lg(0,1 · 5 + 1) = 0,86 Площадь водосбора А1=1км2 и параметр n находим по СНиП, для лесной зоны: n=0,17 м3/с Предпосевной расход. Расчетный модуль предпосевного стока определяем по зависимости П. А. Дудкина: Qnn = K · Qmax где К = 1,64/Т0,34 - 0,4 – холмистый рельеф; Т - допустимая продолжительность затопления земель водами в зависимости от возделываемых культур; Т=5 сут. К = 1,64/50,34 – 0,4 = 0,55; Qnn = 0,55 · 3,4=1,87 м3/с Максимальный расход летне-осеннего паводка. Максимальный расход летне-осеннего паводка для водосборов площадью менее 50 км2 определяем по формуле: Qp% = q1% · φ · H1% · λ · A Максимальный модуль стока ежегодной вероятности превышения Р=1%, выраженный долях при =1, для равнинной области определяется по формуле: Фр = 1000L/(χp · Ipχ · A0,25(φ·H1%)1/4) Фр=1000·3,95/(11·0,31/3·15,840,25(0,063·100)1/4)=170,6 Ip – уклон МК; L – длина русла, км; χp – гидравлический параметр русла; А – площадь водосбора; H1% - максимальный суточный слой осадков вероятности превышения Р=1% φ – сборный коэффициент стока φ = с2 · φ0/(A+1)nc · (iв/50)n5 φ=1,2·0,28/(15,84+1)0,07·(5/50)0,65=0,063 с2 – эмпирический коэффициент для лесной зоны равен 1,2; iв – средний уклон водосбора; φ0 – сборный коэффициент для водосбора для данных почв φ0 = 0,28 n5= 0,65 nc = 0,07 По приложению 21: q=0,014, тогда λ=0,52(табл.4,приложение 20) λ – переходной коэффициент расхода воды, вероятностью P=1% к расходам другой обеспеченности. Qp% = 0,014 · 0,063 · 100 · 0,9· 0,52 · 15,84 = 0,65 м3/с Бытовой расход. Принимаем модуль бытового расхода qбыт = 0,05 л/с га; Qбыт = qбыт · A = 0,05/1000 · 1584 = 0,079=0,08м3/с Результаты гидрологических расчетов (м3/с) № створа Площадь водосбора, км2 Qрасч, м3/с Qmax, м3/с Qnn, м3/с Qл.о.п, м3/с Qбыт, м3/с 1 ПК-0 15,84 1,87 3,4 1,87 0,65 0,08 8. Гидравлический расчет элементов осушительной сети Проводящие каналы должны удовлетворять следующим требованиям: -иметь достаточную глубину для бесподпорного приема воды из ограждающей и регулирующей сети и отвода ее в водоприемник; -иметь необходимую устойчивость сечения;
-обеспечить возможность выполнения строительства современными механизмами и нормальной эксплуатации. Устойчивость поперечного сечения канала зависит от его размеров и грунтов, в которых он пролегает. В результате гидравлического расчета должны быть обеспечены: -пропуск предпосевного расхода с запасом от бровки канала не менее 0,5 м; -пропуск расходов весеннего и летне-осеннего паводков с запасом от бровки не менее 0.2 м; -пропуск бытового расхода по условиям вертикального сопряжения; -допустимые скорости на размыв, заиление (зарастание). Гидравлический расчет магистрального канала. Для гидравлического расчета магистрального канала пользуемся формулами равномерного движения воды в открытых руслах. Расчеты выполняем методом И.М. Агроскина с использованием справочников П.Г. Киселева, А.В. Андриевской, а также по линейке В.Ф. Пояркова. Результаты гидравлического расчета магистрального канала Створы Qр, м3/с Qбыт., м3/с m n I b,м hр, м hбыт, м Upaзм, м/с Uзаил, м/с 1 ПК-0 1,87 0,08 2 0,03 0,0003 0,8 0,67 0,16 0,25 0, Для расчета скорости течения воды в канале используем формулу Шези: U с - коэффициент Шези; с = 1/n R1/6 (n - коэффициент шероховатости); R = ω/χ - гидравлический радиус; ω - площадь живого сечения; ω = bh+mh2 (b - ширина канала по дну); h - глубина канала; m - коэффициент заложения откосов); χ - cмоченный периметр b=0,8 м hp=0,67 hбыт=0,16 м ωр=0,8∙0,67+2∙0,672=1,43 м2 χр=0,8+2∙0,67=3,8 м Rр=м Ср= Uразм=28,37=0,19 м/с ωбыт=0,8·0,16+2·0,162=0,19 м2 Rбыт=0,19/3,8=0,05 м Сбыт=0,8/0,03·0,051/6=42,1 Uзаил=42,1=0,16 м/с Т.к. Uразм=0,19 м/с Гидравлический расчет коллектора Гидравлический расчет коллектора состоит в определении диаметров гончарных труб и скоростей течения в них. Расчет коллектора проводим по формуле: Qк = qk max · Fk Qк – расход коллектора в данном сечении, л/с qk max – максимальный модуль дренажного стока, л/с · га Fk – площадь водосбора коллектора, га Fk = (210+210)∙1200 = 504000 м2 = 50,4 га Модуль стока примем 0,6 л/с · га Qк = 0,6 x 50,4=30,24 л/с Зная уклон коллектора равный 0,003 и расход равный 30,24 л/с можно подобрать диаметр трубы, который составил 250 мм. Так как водосборная площадь меняется по длине коллектора, изменяется и его расход. Поэтому укладывать трубы диаметром 250 мм по всей его длине невыгодно. Подбор диаметров труб для других участков ведем с помощью графика. 9. Расположение дорожной сети в плане и сооружений на осушительной сети В курсовом проекте следует запроектировать эксплуатационные и полевые дороги. При размещении дорог в плане необходимо выполнять следующие требования: · проектировать дороги всех типов следует вдоль границ объекта осушения, полей севооборотов, рек-водоприемников, вдоль осушительных каналов всех порядков; · надо стремиться к минимальному числу пересечений дорог с водотоками и каналами; · не следует располагать дороги на глубоких торфяниках и отводить под дороги ценные угодья. Сооружения на осушительной сети обеспечивают нормальную работу при осушении в вегетационный период. На системе предусматривается устройство гидротехнических сооружений. На плане и продольных профилях условными знаками показываются: а) устьевые сооружения; б) смотровые колодцы; в) мосты и трубчатые переезды; г) крепление каналов. По плану определяется длина запроектированных дорог по видам, и количество сооружений. 10. Культуртехнические работы и окультуривание осушаемых земель Культуртехнические мероприятия являются важной составной частью комплекса работ по освоению мелиорируемых земель. Необходимым условием при проведении культуртехнических работ является максимальное сохранение гумусового горизонта почвы. Удаление древесно-кустарниковой растительности корчевателями-собирателями необходимо проводить раздельным способом, сущность которого заключается в том, что выкорчеванную массу не сгребают сразу в валы и кучи, а перемещают на расстояние 10 . 15 м от места корчевки. После просыхания почвы выкорчеванную массу сгребают в кучи, перетряхивают и сжигают. Работу проводят корчевателями-собирателями Д-210Г, Д-513,Д-695идр. Сгребание выкорчеванного кустарника и мелколесья проводят кустарниковыми граблями различных марок. В процессе сгребания оставшийся на корнях грунт частично осыпается. Сжигание выкорчеванного кустарника и мелколесья лучше проводить не в валах, а в кучах, так как в них образуется сильный очаг горения. Древесину диаметром более 12 см предварительно спиливают и используют на нужды хозяйства. Первичную обработку вновь осваиваемых земель проводят кустарниково-болотными плугами различных марок (ПКБ 75, ПВН-75 и др.). Вспашку с оборотом пласта проводят в сочетании с дискованием и прикатыванием, предъявляя к ней следующие требования: соответствие глубины вспышки мощности гумусового слоя, хороший оборот пласта, глубокая заделка травянистой и древесно-кустарниковой растительности, достаточное крошение пласта. После дискования или фрезерования проводят выравнивание и прикатывание почвы. Первичная обработка почвы и посев предварительных культур. Работы состоят из следующих операций: первичная обработка почвы, известкование; внесение заправочных доз удобрений; посев предварительных культур на севооборотных участках и залужение на луговых участках. Дозы внесения извести, вид, и дозы удобрений устанавливают на основе данных химических анализов почвы пахотного горизонта. Первичными культурами на участках, проектируемых под севообороты, принимают овес и викоовсяную смесь. На землях предназначенных под залужение, под покров овса высевают травосмеси.
Список использованной литературы: Методические указания по изучению и выполнению курсового проекта по мелиорации сельскохозяйственных земель: М, 2006, Пчелкин В.В.