Файл: Степанов, П. М. Гидротехнические противоэрозионные сооружения учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.10.2024
Просмотров: 68
Скачиваний: 0
∏. Μ. СТЕПАНОВ, И.Х.ОВЧАРЕНКО. П.С. ЗАХАРОВ
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ
ПРОТИВОЭРОЗИОННЫЕ
СООРУЖЕНИЯ
УЧЕБНИКИ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ КАДРОВ МАССОВЫХ ПРОФЕССИЙ
П.Μ.СТЕПАНОВ, И.Х.ОВЧАРЕННО, Π0C.ЗАХАРОВ
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ ПР0ТИВ0ЭР03И0ННЫЕ СООРУЖЕНИЯ
Одобрено Ученым советом Государственного ко митета Совета Министров СССР по профессиональнотехническому образованию в качестве учебника для сельских профессионально-технических училищ
МОСКВА «КОЛОС» 1974
6C7.5
C 79
УДК 631.6.02:631.459.2(075.3)
------------Г |
|
А |
Гос. публичная |
||
научно |
охнмчоскАЯ -⅜ |
|
®ибЛ:;& |
e |
|
Ч ИTАЛЬ''i^'. |
'■ ЛА ; |
Степанов П. Μ. и др.
C 79 |
Гидротехнические противоэрозионные |
сооруже |
||
|
ния. Μ., «Колос», 1974. |
|
|
|
|
96 с. с ил. (Учебники и учеб, пособия для подгот. кад |
|||
|
ров массовых профессий). |
|
|
|
|
Перед загл. авт.: П. Μ. |
Степанов, И. |
X. |
Овчаренко, |
|
П. С. Захаров. |
|
|
|
|
Содержит основные сведения |
о сооружениях, |
применяемых в |
комплексе мероприятий по борьбе с водной эрозией почвы. Приве дены конструкции гидротехнических противоэрозионных сооружений, даны основные понятия о расчете и технологии их строительства, рекомендации по эксплуатации сооружений.
C |
40305-338 |
6С7.5 |
259-74 |
||
|
035(01)-74 |
|
© Издательство «Колос», 1974
ПРЕДИСЛОВИЕ
Борьба с водной и ветровой эрозией —дело большой государственной важности.
Постановление ЦК КПСС и Совета Министров
СССР 1967 г. «О неотложных мерах по защите почв от ветровой и водной эрозии» предусматривает применение организационно-хозяйственных, агротехнических, лесо мелиоративных и гидротехнических мероприятий в ком плексе. Цель комплекса противоэрозионных мероприя тий— приостановить эрозию и восстановить плодородие
эродированных почв, а на участках, где эрозии |
пока |
нет, устранить причины, ее вызывающие. |
борь |
Комплекс противоэрозионных мероприятий по |
бе с водной эрозией должен распространяться на весь водосборный бассейн, что позволит полнее задержать сток и приостановить или предупредить эрозию.
При проектировании противоэрозионных мероприя тий следует учитывать зональные особенности и эконо мические условия хозяйств.
Противоэро'зионные меры борьбы должны быть эко номически эффективными, то есть давать максимальный
эффект при минимальных затратах труда и средств. Агротехнические и лесомелиоративные мероприя
тия — мощное средство в борьбе с эрозией почв. Однако агротехнические средства применяются на склонах кру
тизной до 4°. Действие лесомелиоративных мероприятий проявляется не сразу, а только через определенный срок, иногда только через 10—12 лет. В связи с этим для задержания поверхностного стока приходится при менять простейшие гидротехнические приемы борьбы C эрозией в комплексе с другими противоэрозионными мероприятиями. Несмотря на относительно высокую сто имость по сравнению с другими противоэрозионными ме роприятиями, гидротехнические сооружения вследствие того, что они приостанавливают эрозионные процессы сразу после строительства, широко применяются в на
шей стране и за рубежом.
3
Глава 1
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ПРОТИВОЭРОЗИОННЫХ СООРУЖЕНИИ
§ 1. ВИДЫ И НАЗНАЧЕНИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИИ НА ВОДОСБОРНОЙ ПЛОЩАДИ; ГОЛОВНЫЕ ОВРАЖНЫЕ СООРУЖЕНИЯ; РУСЛОВЫЕ И ДОННЫЕ СООРУЖЕНИЯ
Эрозия — разрушение почв струями и потоками та
лых, дождевых и ливневых вод или ветром. Водная эро зия ведет к смывам и размывам почв и -служит причи
ной образования оврагов.
В системе противоэрозионных мероприятий, особен но в начальной стадии их реализации, важное место принадлежит гидротехническим сооружениям. Результа
ты лесомелиоративных мероприятий, в частности лесо полос, начинают проявляться через несколько лет. А между тем в некоторых случаях смыв почвы, развитие оврагов принимают настолько опасные скорость и раз меры, что необходимо оперативное вмешательство. Что бы прекратить эрозионные процессы или хотя бы задер жать их, прибегают к устройству гидротехнических со
оружений. Они делятся на несколько видов: сооружения на водосборной площади, головные овражные, русло вые и донные.
К сооружениям на водосборной площади от носятся: земляные сооружения, задерживающие поверх
ностные стоки, такие, как валы-террасы с широким ос нованием и водозадерживающие валы. Они полностью
или частично ликвидируют сток, а следовательно, и смыв почвы, и за счет впитывания атмосферных вод
повышается урожайность сельскохозяйственных куль тур на подверженных эрозии участках; сооружения,
обеспечивающие безопасный сброс поверхностного сто
ка. Это распылители стока, водоотводные (направляю щие) валы и нагорные канавы. Они служат для ликви дации опасной концентрации стока в различных пони жениях (ложбины, колеи дорог и т. д.).
Головные овражные (вершинные) сооружения
применяются в тех случаях, когда надо задержать раз витие вершины оврага, особенно если это угрожает мо
стам, железным и шоссейным дорогам, капитальным
4
зданиям и т. д. К ним относятся перепады, быстротоки
и консольные сбросы. Эти сооружения позволяют весь сток с водосборной площади, прилегающей к вершине оврага, безопасно транспортировать на дно оврага и далее отводить в ближайшую реку.
Русловые и донные сооружения предназначены для борьбы с углублением оврага. Выполняют их в ви де запруд, которые уменьшают скорость движения воды по дну оврага и в конечном счете способствуют стабили зации поперечного сечения оврага, закреплению его ра стительностью.
§ 2. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ НЕОБХОДИМОСТЬ ВОЗВЕДЕНИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
Все факторы, влияющие на возникновение и интен сивность эрозионных процессов, можно разделить на две группы: природные и социально-экономические,
связанные с хозяйственной деятельностью человека.
К природным факторам относятся климат, рельеф,
почва и растительность.
На развитие водной эрозии влияют главным образом атмосферные осадки, которые формируют поверхност ный сток. Другие элементы климата оказывают на эро зию косвенное влияние.
Годовое количество осадков, выпадающих в данной местности, характеризует лишь возможную опасность эрозии. Более важное значение в возникновении эрозии имеют распределение осадков в течение года и количе
ство их, выпадающих в минуту. При неравномерном вы
падении осадков вероятность проявления эрозии возра стает. Наиболее сильно она развивается при сильных ливнях, когда за небольшой промежуток времени выпа дает много осадков, вода не успевает впитываться в почву и возникает большой поверхностный сток.
Обильный ливень, как указывает С. С. Соболев, вы падающий раз в 3—5 лет, способен за несколько минут произвести такое разрушение почвы, какое может выз вать сток талых вод лишь за 10—20 лет. Борьба с по следствиями таких ливней ведется путем применения простейших гидротехнических сооружений, так как
агротехнические |
и лесомелиоративные |
мероприятия |
не обеспечивают |
полного задержания |
поверхностного |
стока. |
|
|
Осадки в виде снега также оказывают влияние на эрозию. Интенсивность ее зависит в основном от мощно сти снежного покрова и связанной с ней глубиной про мерзания почвы и быстротой снеготаяния. Мощный снежный покров предохраняет почву от глубокого про мерзания и вызывает ее оттаивание вследствие поступ ления тепла из нижних слоев почвы.
При таянии снега непромерзшая почва лучше впи
тывает влагу, уменьшая этим сток. Особенно сильно почва смывается, если весеннее снеготаяние сопровож
дается теплыми дождями, какие часто наблюдаются в степной зоне. При дружном снеготаянии одни агротех нические мероприятия не могут приостановить сток, и в этом случае также приходится прибегать к гидротехни ческим сооружениям.
Важный фактор, определяющий развитие эрозион
ных процессов и необходимость строительства гидротех нических сооружений,— рельеф местности. Поверхност
ный сток начинает формироваться на местности, имею щей уклон. Заметные эрозионные процессы развиваются при крутизне склона 0,5—20. C увеличением крутизны склона повышается скорость стекания поверхностных вод, а 'следовательно, и интенсивность эрозии. На скло
нах крутизной 2—6° она усиливается, а при крутизне от 6 до 10° проявляется в полной мере. Единственное на иболее верное средство борьбы здесь — простейшие зем ляные сооружения, способные перехватить весь сток.
Расчлененность территории балочно-овражной сетью
увеличивает разрушение почвы эрозией. При сильной расчлененности образуются сложные склоны различной крутизны и экспозиции, что способствует развитию эро зии. Так, в одинаковых почвенно-климатических усло виях Ростовской области в районах с коэффициентом
расчлененности 0,3 смытые почвы занимают 9,1% пло щади, а при расчлененности 0,6—23%.
Размер и форма водосборного бассейна также влия ют на развитие эрозии. От них зависит величина и ха
рактер стока, поэтому на больших водосборах, где сток значителен, опасность эрозии возрастает. Наиболее опасны водосборы округлой формы, в которых сток кон центрируется в центральной части.
Развитие эрозии зависит от физических свойств поч вы и прежде всего от механического состава и структур ного состояния ее. Наиболее легко подвергаются смыву
6
почвы, состоящие из мелких частиц, которые легко пе реходят в потоке во взвешенное состояние и уносятся им. Сильно подвержены эрозии суглинистые и глини стые бесструктурные почвы; они плохо пропускают во
ду, легко заплывают, образуя трудно проницаемую для
воды корку. C таких почв стекает не менее 70% дожде
вой и до 100% талой воды.
Структурность почвы — способность ее распадаться на отдельности в виде комков и зерен, склеенных гуму сом и иловатыми частицами. Это также важный фактор, определяющий эрозионные процессы. Структурные поч вы, состоящие из водопрочных агрегатов, обладают хо рошей водопроницаемостью, поэтому вероятность фор
мирования поверхностного стока на них меньше, чем на
бесструктурных, у которых водопроницаемость очень
низкая. Структурные почвы труднее поддаются смыву,
так как чем крупнее частицы, тем они тяжелее и тем большая скорость текущей воды нужна для их пере движения.
По степени подверженности водной эрозии основные
почвенные типы, по исследованиям авторов книги, можно
расположить в следующей последовательности — от на иболее устойчивых к менее устойчивым в противоэрозиOHHOM отношении: мощные черноземы, обыкновенные
предкавказские и североприазовские, южные черноземы,
темно-каштановые и светло-каштановые почвы.
Растительность — мощный противоэрозионный фак тор. При хорошем развитии и большой густоте расти тельности почвозащитная и водорегулирующая роль ее возрастает.
Противоэрозионная роль растительного покрова про является в уменьшении ударной силы капель дождя, за держании некоторого количества осадков надземной ча стью растений, скреплении корнями почвы и повышении
шероховатости поверхности, в задержании и равномер
ном распределении снега.
Растительностью иногда укрепляют простейшие гид ротехнические сооружения, например земляные, водоза держивающие и водонаправляющие валы.
При строительстве донных сооружений обязательна посадка древесно-кустарниковых насаждений.
Несколько слов о рельефе местности. Под релье фом понимают совокупность форм горизонтальной и вертикальной расчлененности земной поверхности.
7
|
Рельєф |
местности |
фор |
||||||
|
мируется |
под |
действием |
||||||
|
внутренних |
сил — вулкани |
|||||||
|
ческой деятельности, земле |
||||||||
|
трясений и др. В результа |
||||||||
|
те действия этих сил обра |
||||||||
|
зуются |
горы, |
поднимаются |
||||||
|
и |
опускаются |
отдельные |
||||||
|
участки |
земной |
|
поверхно |
|||||
|
сти и т. д. Дальнейшее |
||||||||
|
формирование рельефа |
зем |
|||||||
|
ной |
поверхности |
принадле |
||||||
|
жит |
так |
|
называемым |
|||||
|
внешним |
силам, |
которые |
||||||
|
сводятся |
в |
основном к дей |
||||||
|
ствию ветра, а также по |
||||||||
|
верхностных |
и |
подземных |
||||||
|
вод. Эти силы приводят к |
||||||||
|
постепенному |
сглаживанию |
|||||||
|
рельефа. Заметные измене |
||||||||
|
ния в него вносят хозяйст- |
||||||||
Рис. 1. Схема поперечного |
венная |
деятельность |
чело- |
||||||
века |
(строительство |
пло |
|||||||
профиля: |
|||||||||
а —ложбины; б— лощины; в — |
тин, |
каналов, |
добыча полез |
||||||
балки. |
ных |
ископаемых |
открытым |
||||||
|
способом и |
т. д.). |
Форма |
рельефа отличается разнообразием. В противоэрозионной практике представляют интерес такие формы
рельефа, как ложбина, лощина, балка, овраг и др. Ложбина — симметричное углубление местности
небольшой протяженности, которое отличается пологи
ми берегами; глубина ее 0,5—2 |
м (рис. 1, а). |
Лощина — отрог балки; |
от ложбины отличается |
четко выраженной корытообразностью, большой глуби ной и крутизной (8—15°) берегов (рис. 1,6). Лощины и ложбины входят в систему той или иной балки.
Б а л к и — глубокие понижения местности с крутыми склонами, как правило, задернованными и покрытыми растительностью (рис. 1 в). Верховья балки составляют обычно ложбины и лощины; средняя и нижняя части представляют собой собственно балку. По> данным И. Д. Брауде, средняя часть балки имеет ширину поверху 100—150 м, по дну 15—30 м, глубину 6—10 м.
Крутизна склонов в этой части балки 10—25°.
8
Ширина нижней, устьевой, части балки поверху 1-00—
300 |
м, |
понизу |
|
30—100 м, |
|
|
|||
глубина 10—20 м. |
углуб |
|
|
||||||
Овраги — узкие |
|
|
|||||||
ления |
с |
незадернованными |
|
|
|||||
крутыми склонами. Разви |
|
|
|||||||
тие оврага обычно начина |
|
|
|||||||
ется |
со |
случайной |
мелкой |
|
|
||||
борозды, |
которая |
затем |
|
|
|||||
превращается |
в |
промоину. |
|
|
|||||
Сосредоточенный |
в |
сток |
|
|
|||||
поверхностных |
вод |
про |
|
|
|||||
дольных |
понижениях |
мест |
|
|
|||||
ности приводит к размывам |
|
|
|||||||
в нижней части ложбин, ко |
|
|
|||||||
торые |
считаются |
начальной |
|
|
|||||
стадией |
оврага. |
Со |
време |
Рис. 2. Схема склонов: |
|||||
нем |
под |
действием |
эрозии |
а —выпуклый; б — прямой; |
в — |
||||
эта |
промоина |
|
постепенно |
вогнутый. |
|
||||
углубляется, |
расширяется, |
овраг с крутыми боковы |
|||||||
разветвляется |
и |
образуется |
|||||||
ми скатами, которые подвержены эрозии. |
или |
||||||||
Поверхность |
земли, с которой стекает талая |
дождевая вода в ту или иную овражно-балочную систе му, называется водосборной площадью. Водо сборная площадь балки или оврага складывается из во досборных площадей ложбин и лощин.
Линия, отделяющая водосборную площадь одной ов ражно-балочной системы от другой, называется водо раздельной линией.
Склон — это площадь между водораздельной лини ей и бровкой того или другого звена овражно-балочной
системы.
Склоны бывают выпуклыми, прямыми и вогнутыми
(рис. 2). Подошва склона всегда упирается во времен
ный или постоянный водоток. Под действием воды и
ветра верхняя часть склона подвергается эрозии; про дукты эрозии отлагаются в нижней его части, и с тече
нием времени выпуклый в профиле склон превращается в вогнутый. Склон характеризуется длиной и крутизной. Под длиной склона понимают расстояние между водо разделом и бровкой постоянного или временного водо тока. Наиболее короткие склоны у ложбин. В сильно
9