Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние земельных ресурсов и водных объектов бассейна р. Кирпили 9
1.1 Физико-географическая характеристика бассейна р. Кирпили 10
1.2 Природно-климатические факторы, обуславливающие современный ландшафт бассейна 12
1.2.1 Температура воздуха 12
1.2.2 Осадки 13
1.2.3 Физико-географическое районирование бассейна р. Кирпили 15
1.3 Анализ гидрологического режима бассейна р. Кирпили 17
1.3.1 Максимальный и минимальный сток р: Кирпили 18
1.4 Оценка геологических и гидрогеологических условий бассейна р. Кирпили 20
1.4.1 Геологические условия 20
1.4.2 Гидрогеологические условия бассейна р. Кирпили 22
1.4.3 Характеристика водоносных горизонтов и комплексов 23
1.4.4 Запасы современных русловых отложений 25
1.5 Оценка и обоснование антропогенных факторов бассейна р. Кирпили 27
1.5.1 Оценка влияния строительства перегораживающих сооружений 31
1.6 Мероприятия по охране земель от подтопления и методы регулирования водно-воздушного режима почв-на осушенных землях 35
1.6.1 Мелиорация подтопленных и переувлажненных земель 35
1.6.2 Анализ мелиоративных приемов для охраны земель от подтопления? 43
1.6.3 Методы регулирования влаги в почве 46
Задачи исследований 50
2 Схема опыта. методика и результаты исследований 51
2.1 Схема опыта 51
2.2 Методика определения стадий деградации черноземов под действием переувлажнения 51
2.3 Гидрометрические исследования пропускной способности коллекторов 60
2.4 Исследование динамики уровня грунтовых вод 62
2.5 Исследование пропускной способности и коэффициента расхода трубчатого регулятора 64
2.6 Планирование полевых исследований 67
ВЫВОДЫ 74
3. Разработка мероприятий по восстановлению русел для охраны от подтопления земель бассейна р. Кирпили 75
3.1 Современное состояние водохозяйственного комплекса бассейна р. Кирпили 75
3.2 Мероприятия по восстановлению водоемов для охраны сельскохозяйственных земель от подтопления 77
3.3 Обоснование мероприятий по расчистке русел рек 79
3.4 Обоснование расчетных расходов 1 % обеспеченности в створах перегораживающих сооружений 84
3.4.1 Максимальные расходы половодья в створах плотин 85
3.5 Рекомендации по мелиорации осушенных водных объектов 90
ВЫВОДЫ 91
4 Разработка и обоснование способа охраны земель от подтопления и иссушения 92
4.1 Разработка способа регулирования уровня грунтовых вод для охраны земель от подтопления и иссушения 92
4.2 Обоснование расхода притока грунтовых вод из замкнутых понижений к собирателям 94
4.2.1 Исследование динамики уровня грунтовой воды в замкнутых понижениях 99
4.3 Обоснование мероприятий для охраны земель от иссушения 103
4.4 Обоснование нормы осушения для охраны земель от переувлажнения и иссушения 106
4.5 Обоснование запасов продуктивной влаги в почве при охране сельскохозяйственных земель от подтопления и иссушения 115
4.6 Прогноз трансформации земельных угодий
при осушении и расчистке русел рек 117
Выводы 119
5 Мелиорация подтопленных и переувлажненных земель. экономическая эффективность 121
5.1 Обоснование стадий деградации черноземов от переувлажнения 121
5.2 Основные типы переувлажненных сельскохозяйственных земель 125
5.3 Разработка способов охраны и мелиорации переувлажненных земель в бассейне р. Кирпили 127
5.3.1 Обоснование мероприятий для охраны земель от поверхностного, грунтового и смешанного типов переувлажнения 127
5.3.2 Рекомендации по применению способов охраны земель от подтопления и переувлажнения 129
5.4 Экономическая эффективность комплекса мероприятий 134
Общие выводы 138
Предложения производству 141
Список литературы
- Физико-географическое районирование бассейна р. Кирпили
- Методика определения стадий деградации черноземов под действием переувлажнения
- Мероприятия по восстановлению водоемов для охраны сельскохозяйственных земель от подтопления
- Обоснование расхода притока грунтовых вод из замкнутых понижений к собирателям
Введение к работе
Актуальность проблемы. Земли сельскохозяйственного назначения в Краснодарском крае постоянно нуждаются в сохранении и восстановлении плодородия. Особенно это относится к черноземным почвам бассейна р. Кирпили, которые испытывают периодическое подтопление и переувлажнение. Наметилась устойчивая тенденция к сокращению сельскохозяйственных земель за счет их переувлажнения. Изъятие переувлажненных сельскохозяйственных земель из севооборота обусловлено не только экономическими факторами, но и их деградацией, нерациональным подходом к их эксплуатации.
Подтопление территорий при чрезвычайных ситуациях, вызванных природными и антропогенными факторами при неудовлетворительном управлении поверхностным и дренажным стоком, негативно отражается на социально-экономическом развитии территории бассейна. Главным природным ресурсом территории в удовлетворении населения продуктами питания являются сельскохозяйственные земли.
Развитие сельскохозяйственной отрасли территории связано с охраной от подтопления плодородных сельскохозяйственных земель. Под действием подтопления и переувлажнения земли деградируют, что в конечном итоге отражается в недоборе урожая или они списываются как не пригодные для возделывания сельскохозяйственных культур. На сельскохозяйственных землях от недобора урожая под действием подтопления в среднем теряется до 30 % урожая озимых культур.
Предупреждение подтопления сельскохозяйственных земель возможно путем регулирования уровня воды в водоприемниках бассейна р. Кирпили и понижения уровня грунтовых вод за счет увеличения проточности русел рек, пропуска паводков через водовыпуски в теле дамб и плотин.
Ликвидация подтопления территорий возможна путем разработки и применения комплексных мероприятий по охране сельскохозяйственных
5 земель. В их состав могут входить межрегиональные, региональные и локальные мероприятия. Состав комплексных мероприятий по отводу избыточных вод с территории бассейна р. Кирпили должен намечаться с учетом условий и причин, формирующих подтопление земель на агроландшафтах. После ликвидации подтопления земель требуется создать необходимые условия для восстановления почвенного плодородия, получения гарантированных урожаев сельскохозяйственных культур. Добиться этих условий для восстановления почвенного потенциала на сельскохозяйственных землях после подтопления возможно с помощью применения земельно-охранных систем.
Решение рассмотренной задачи состоит в обосновании технических мероприятий для охраны земель от подтопления и переувлажнения, создания земельно-охранных систем на территории бассейна, что обеспечит своевременное управление земельными и водными ресурсами, позволит снизить социально экономическую напряженность в бассейне р. Кирпили.
Диссертационная работа направлена на разработку комплексных мероприятий по охране земель бассейна р. Кирпили от подтопления и переувлажнения, в которой также рассмотрены вопросы иссушения земель и является итогом научно-исследовательской работы автора. Диссертация выполнялась в 2001-2008 гг. в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет».
Актуальность темы подтверждена выполненными исследованиями в рамках госбюджетной темы № 1200113465 «Геосистемный мониторинг, охрана вод и водных объектов, мелиорация земель бассейнов рек и ресурсосберегающие технологии воспроизводства плодородия почв».
Цель работы - разработка комплексных мероприятий для охраны от подтопления и иссушения сельскохозяйственных земель путем обоснования норм осушения и восстановления водоприемников для получения стабильных высоких урожаев возделываемых культур.
Объект исследований - переувлажненные почвы в замкнутых локальных понижениях полей, открытая сеть осушительных каналов, земли по берегам и руслам рек бассейна р. Кирпили.
Предмет исследования - закономерности и связи между природными и антропогенными факторами, обуславливающие подтопление и переувлажнение земель, деградацию почв от подтопления.
Методика исследований. В соответствии с программой проводимых работ, методикой предусматривалось проведение натурных экспериментов, с использованием апробированных методов и средств измерений. Результаты опытных данных обрабатывались на персональных компьютерах по стандартным программам. Использование апробированных методов выполнения опытов в трехкратной повторносте, определяет достоверность исследований. , Научная новизна:
установлены гидравлические связи между естественным и зарегулированным стоком 1 % обеспеченности водоприемников для обоснования комплексных мероприятий по охране земель от подтопления в бассейне р. Кирпили;
обоснован способ регулирования влажности почвы в осенне-зимний и вегетационный период для охраны сельскохозяйственных земель от подтопления и иссушения;
получены формулы для расчета нормы осушения и запасов продуктивной влаги в зависимости от осадков и испарения для черноземных почв Динского района Краснодарского края;
обоснована площадь зеркала водных объектов при расчистке русел рек для охраны от подтопления земель бассейна р. Кирпили.
Практическую ценность работы представляет комплекс технических мероприятий по восстановлению русел степных рек бассейна р. Кирпили. В результате собственных исследований и обобщения, ранее выполненных
7 исследований другими авторами, установлены объемы работ по реализации мероприятий для охраны земель территории от подтопления.
Выполнены и обобщены исследования по 70 створам степных рек бассейна р. Кирпили, которые позволили установить влияние прохождения паводкового расхода на прилегающие территории, обосновать комплексные мероприятия по охране сельскохозяйственных земель от подтопления.
На защиту выносятся:
- анализ современного состояния земельных и водных ресурсов, оценка
влияния строительства перегораживающих сооружений на подтопление земель
в бассейне р. Кирпили;
- комплексные мероприятия по восстановлению водоприемников,
расчистке русел рек, обеспечивающие охрану территорий от подтопления;
гидравлические связи между естественным и зарегулированным стоком при прохождении паводков 1 % обеспеченности по руслам рек для обоснования комплексных мероприятий по охране от подтопления земель бассейна р. Кирпили;
способ регулирования уровня грунтовых вод;
-нормы осушения для охраны сельскохозяйственных * земель от подтопления и иссушения;
- стадии деградации почв, типы переувлажненных земель и рекомендации
по их охране от подтопления и переувлажнения.
Реализация результатов исследований. На основе натурных исследований разработаны рекомендации «Обоснование способов охраны переувлажненных земель», которые применяются ОАО «Кубаньводпроект» при разработке проектов по осушению и охране сельскохозяйственных земель.
Результаты исследований автора использованы при разработке проекта осушения сельскохозяйственных земель в Динском районе Краснодарского края. Осушительная система построена в 2003 г на площади 105 га.
Личный вклад автора. Соискатель принимал непосредственное участие в разработке программы и проведении исследований, проведении натурных
8 экспериментов на территории бассейна р. Кирпили по влиянию уровня грунтовых вод на подтопление земель, в разработке способа сохранения плодородия мелиорируемых земель.
В ходе научных исследований автором были предложены комплексные мероприятия по охране земель от иссушения, направленные на сохранение влаги в почве в вегетационный период. Им установлена связь влажности почвы с залеганием УГВ для черноземных почв бассейна и даны рекомендации по нормам осушения.
Соискателем разработан комплекс технических мероприятий по восстановлению русел степных рек для охраны от подтопления земель бассейна р. Кирпили.
Апробация работы. Основные положения и материалы исследований докладывались и обсуждались: на научно-практических конференциях КГАУ (г. Краснодар, 2001-07 гг.), Международной научно-практической конференции МСХ РФ (г. Москва, 2005г) и научно-практической конференции ВСХА (г. Волгоград, 2005 г).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 8 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, предложений производству, списка использованных источников, включающего 138 наименований, из них 4 на иностранных языках, приложения.
Основная часть диссертации содержит 172 страницы машинописного текста, включая 16 рисунков и 20 таблиц.
Автор выражает глубокую признательность за ценные рекомендации в постановке опытов и проведении исследований научному руководителю доктору технических наук, профессору Кузнецову Евгению Владимировичу.
Физико-географическое районирование бассейна р. Кирпили
К одному из основных факторов, влияющих на морфологию современного состояния бассейна, относится гидрологический режим /60,103/. Современный гидрологический режим рек значительно влияет на гидрологический режим грунтовых вод и на иловые отложения в руслах степных рек бассейна.
Этот фактор обычно воздействует на процесс переувлажнения земель локально - в поймах рек. Степные реки с их балочной системой в недалеком прошлом, 60-70 лет назад, служили естественными дренами для обширных пространств. В настоящее время все степные реки перегорожены многочисленными дамбами и, фактически, представляют собой цепь прудов, используемых в рыбном хозяйстве /72,75,102,125/.
В гидрологическом отношении район недостаточно изучен. Хотя в юго-западной части степной зоны края в различное время действовало 11 гидрологических постов, продолжительность наблюдений за стоком воды большинства из них не превышала 8-10 лет. Лишь на посту ст. Медведовская наблюдения за стоком воды велись с перерывами в течение 20 лет. В настоящее время функционирует только пост р. Кирпили - ст. Кирпильская.
Еще хуже обстоит дело с наблюдениями за стоком наносов. Сток взвешенных наносов в описываемом районе измерялся в 30-е годы на 3-х постах в течение 1-3 лет. В настоящее время наблюдения за стоком наносов в степной зоне края не ведутся.
Все посты регистрировали или регистрируют в настоящее время сток, зарегулированный вышележащими прудами. В результате этого полученные максимальные расходы значительно занижены за счет трансформации его прудами, а сток наносов из-за осаждения большей части их в выше лежащих водоемах не учитывается.
Годовой сток так же занижен, так как часть его объема расходуется на испарение и хозяйственное использование. Следовательно, наблюдения в естественном режиме стока отсутствуют. Не ведутся наблюдения и за динамикой уровня грунтовых вод по бассейну р. Кирпили. В бассейне имелось 4 гидрологических пункта наблюдений за стоком степных рек. Перечень пунктов гидрологических наблюдений приведен в таблице 1.6.
Наименование Период действия Высота нуля Я _ эЯ водотока ирасположениепоста Расстояние от устья, км. Площадь водосбора, км грае зика Годы измерени расходов водь Годы измерени взвешенных наносов открыт закрыт н о о3 я система высот р. Кирпили ст. Восточная 199 60 10.06.1972 01.07.1976 58,09 БС 1972-74 1972-74 ст. Кирпильская 190 206 24.07.1976 действ. 49,54 БС 1976-90 1976-90 ст. Раздольная 175 315 25.05.1947 31.12.1956 6,00 усл. 1947-59 1947-59 ст. Медведов- 92 1560 05.01.1945 31.03.1966 9,92 БС 1945-69 1945-69 ская 1.3.1 Максимальный и минимальный сток реки Кирпили
Половодье на реках степной зоны, в том числе и на р. Кирпили, обычно начинается в феврале и длится в среднем 2,5 месяца. Чаще всего наблюдается две волны половодья, обусловленные таянием снега при оттепелях, которые прерываются в период возврата холодов. Кроме талых вод существенную роль в формировании половодья и его растянутости во времени играют выпадающие дожди и повышенное грунтовое питание.
М.Я. Прыткова в монографии «Малые водохранилища степной зоны» отмечает, что в наполнении прудов существенную роль играет верховодка. Автор в составе экспедиции института озероведения СССР наблюдала верховодку в апреле и ноябре 1976 г, когда влагозапас в слое почвы 0-100 см составлял 100 мм и более. При этом наблюдалось просачивание воды в виде струек на правом берегу балки из-под пахотного слоя, на глубину 40-50 см от поверхности. Считает, что верховодка образуется на пологих склонах (менее 0 10 ) и поверхностный сток на склонах не наблюдается во время ливней со слоем дождя менее 40 мм. Основная же волна половодья менее продолжительна и проходит обычно в течение 15-30 суток. Средняя дата наступления максимума половодья — середина февраля. Крайние даты могут до месяца отклоняться от средней даты в ту или другую сторону.
Дождевые паводки обычно наблюдаются в летне-осенний период при обильных осадках. Однако из-за высоких температур и сухости почвы большая часть стока теряется на испарение и фильтрацию, поэтому по высоте и объему стока летние паводки уступают весеннему половодью. Лишь на очень малых площадях водосбора (1-2 км и менее) может отмечаться максимальный годовой расход воды, по объему стока летние паводки во всех случаях уступают половодью.
1. Годовой сток - в год 50 % обеспеченности млн. м3 139,0 - в год 75 % обеспеченности млн. м3 91,8 - в год 95 % обеспеченности млн. м3 46,1 2. Максимальный расход на устье р. Кирпили - 1 % обеспеченности м3/с 207,0 - 5 % обеспеченности м3/с 150,0 3. Минимальный среднемесячный расход на устье р. Кирпили - 95 % обеспеченности м3/с 0 Минимальные расходы воды обычно наблюдаются в летне-осенний период, но в суровые зимы могут быть и зимой. Из данных таблицы 1.7 можно сделать вывод о том, что максимальные расходы 1 и 5 % обеспеченности могут катастрофически влиять на подтопление территории бассейна р. Кирпили и приносить значительный материальный ущерб всему народному хозяйству региона. Данный регион является одним из ведущих по производству продукции сельского хозяйства, так как его территория наиболее благоприятна по своим природно-климатическим условиям для проживания населения и ведения хозяйственных отношений /4,128,129/.
Методика определения стадий деградации черноземов под действием переувлажнения
Для оценки степени и типа переувлажнения сельскохозяйственных земель необходимо проводить полевые исследования. Основными почвами, особенно ценными, при производстве сельскохозяйственной продукции являются черноземные почвы.
Методика полевых исследований заключается в закладке почвенных профилей (рисунок 4.5)/122/: производится выбор типичных сельскохозяйственных угодий, включающих водораздел, склон и западину; на указанных элементах рельефа через 100 - 300 м закладываются почвенные разрезы, где проводится подробное описание морфологического строения почв и отбор образцов по генетическим1 горизонтам; для достоверной оценки, как- правило, закладывается три профиля, приуроченных к западинам различной площади - 100, 500 и 1000 га; для типичных горизонтов-, по профилю проводится исследование водно-физических свойств почв, где изучается водопроницаемость почв на монолитах с ненарушенной! структурой диаметром 0,5 м и высотой 0,6 м в металлическом обрамлении с блокированием бокового растекания бентонитом; изучаются стандартные параметры водно-физических свойств (удельная масса, плотность, пористость, наименьшая влагоемкость); - исследуется набухание почв при увлажнении и усадка при :иссушении..
В отобранных почвенных образцах в 3-х кратной повторности производятся следующие определения: - содержание гумуса методом Тюрина (ГОСТ 26213-84); - содержание карбонатов; - содержание гипса весовым методом; - рН водного и солевого составов (ГОСТ 26423-85,17.5.4.01-84); - гидролитическая кислотность (ГОСТ 26212-84); - состав обменных катионов в почвенно-поглощающем комплексе (ГОСТ 26403-85 и ГОСТ 46-51-76); - подвижные формы фосфора и калия по Чирикову (ГОСТ 26204-84) и Мачигину (ГОСТ 26205-84); - анализ состава водной вытяжки (ГОСТ 26423 - 26428 - 85); - механический анализ почв методом кинетики по Качинскому (ГОСТ 12536-79); - влажность почвы термостатно- весовым методом (ГОСТ 5180-85).
Для обоснования общей картины деградации черноземных почв нами выполнялись исследования в физико-географических районах бассейна р. Кирпили (в зоне выщелоченных черноземов и зоне слитых черноземов) методом профилей /123/. Почвенные разрезы на переувлажненных землях закладывать до УГВ на глубину до 2 м.
С точки зрения мелиорации переувлажненных почв, наибольший интерес в процессе их деградации представляет изучение плотности и набухаемости.
Набухаемость отражает степень слитогенеза деградирующей почвы от переувлажнения. Количественно величина набухаемости зависит от содержания минералов, в основном монтмориллонита. Именно этот минерал придает почве свойства набухать. Появляется в почве он в результате специфического внутрипочвенного выветривания. Оно обусловлено многократной сменой циклов увлажнения-иссушения почв, сформировавшихся на лессовидных отложениях с высоким содержанием алюмосиликатов /38/.
Исследования плотности переувлажненных почв проводятся в следующем порядке.
В полевых условиях из почвы с влажностью, равной наименьшей влагоемкости (НВ) отбираются образцы почвы ненарушенного сложения стандартными режущими кольцами объемом 50 см3. После их сушки в термостатах при температуре до 105 С, производится расчет плотности почв по стандартной общепринятой формуле: . ml 00 Jo V(100 + W) С ) где т - масса сухого образца почвы, г; V- объем почвенного образца, см ; W - влажность почвенного образца, % веса.
Расчет по стандартной формуле предполагает неизменность объема почвенного образца в процессе сушки и равенство его объему стандартного режущего кольца, то есть 50 см . Фактически, образцы почв ненарушенного сложения, обладающие набухаемостью, при иссушении подвергаются естественной усадке и уменьшению объема. Физически это выражается в появлении пустого пространства между образцом почвы и режущим кольцом. Объем указанного пространства соответствует величине усадки почвы при иссушении от НВ до гигроскопической влажности или набухаемости почвы при увлажнении от гигроскопической влажности до НВ.
Мероприятия по восстановлению водоемов для охраны сельскохозяйственных земель от подтопления
Современный водохозяйственный 5 комплекс находится в неудовлетворительном состоянии по- использованию водных ресурсов на территории бассейна р. Кирпили. Водные ресурсы бассейна тесно связаны с использованием земельных ресурсов, сток которых постоянно влияет на гидрогеологическую обстановку территории.
Неблагополучное состояние природного комплекса малых степных рек сложилось под влиянием ряда факторов хозяйственной деятельности на водосборной территории, это распашка степных земель, сокращение площади лесов, применение химикатов, строительство крупных населенных пунктов и животноводческих объектов, отведение на рельеф, и в грунтовые воды загрязненных сточных вод и образование свалок, твердых отходов. Так и непосредственно в руслах рек (перегораживание русел рек со значительным подпором воды), где имеется изъятие из рек значительного объема стока, сброс в реки загрязненных сточных вод, вынесение в реки химикатов, обработка удобрениями рыбохозяйственных прудов.
Возврат к естественному состоянию бассейна потребует полного прекращения хозяйственной деятельности, что невозможно. Поэтому разработаем комплекс мероприятий, предусматривающих минимизацию ущерба природному комплексу рек при» условии сохранения тенденций развития хозяйственной деятельности. При этом будем учитывать, что за расчетный период заметной трансформации земельных угодий в бассейне не произойдет, однако, будет в»полном объеме внедрена природоохранная-система земледелия, включающая комплекс агротехнических и гидротехнических мероприятий, что позволит уменьшить вынос твердого стока в реки бассейна.
Масштабы возможного преобразования речной системы с приближением ее к естественному виду (уменьшение числа перегораживающих сооружений и протяженности подпертых участков) ограничиваются необходимостью учета . интересов водопользователей. При этом появление новых потребителей и водопользователей в перспективе практически исключено, и требования существующих водопользователей принимаются с максимально допустимыми ограничениями - в интересах охраны, водных ресурсов от истощения и загрязнения.
Современное состояние водоемов, перегораживающих сооружений на реках бассейна р. Кирпили и способность существующей системы водоотведения не позволяют удовлетворять требования водопотребителей и водопользователей по режимам стока, уровням воды и резервам водных ресурсов. Возможность изъятия воды, влияние водоемов на их техническое обустройство, прибрежные территории и качество- воды, указывают на необходимость реконструкции водоемов и перегораживающих сооружений.
Мероприятия по восстановлению водоемов для охраны сельскохозяйственных земель от подтопления сводятся к следующему: - для осушения сельскохозяйственных земель необходимо обеспечить улучшение эксплуатационного состояния водоемов и качество воды в них. Для этого необходимо организовать службу мониторинга вод в пределах бассейна. Оборудовать устья водотоков, впадающих в. водоприемники природоохранными сооружениями (ловушками), которые обеспечивают перехват загрязненных вод с сельскохозяйственных земель; - обеспечить более полное удовлетворение запросов водопотребителей и водопользователей на воду, природоохранный режим уровней в водоемах, проточность водоемов, повысить комплексность использования водных ресурсов и водоемов; - уменьшить влияние повышения уровней воды в водоемах на подтопление прибрежных сельскохозяйственных земель; сократить нерациональные потери воды в водоемах путем: 1) углубления русел рек, 2) уничтожения болотной растительности, 3) реконструкции природоохранных сооружений, 4)управляемости гидротехнических сооружений; - предотвратить затопление прибрежных земель при прохождении паводков путем расчистки русел от кустарников и деревьев вдоль русел рек; - осушить часть затопленных водоемами земель для последующего сельскохозяйственного использования; - улучшить техническое состояние перегораживающих сооружений, повысить их устойчивость и надежность. ;.
Обоснование мероприятий по расчистке русел рек
Практически все существующие плотинные гидроузлы, большинство мостов и все водопропускные трубы на дорожных переходах не обеспечивают пропуск максимальных расходов; отдельные мосты и практически все трубчатые дорожные переходы создают постоянный подпор воды, образуя неиспользуемые водоемы; из-за неблагополучного технического состояния большинство плотин нуждается в усилении.
Все это обуславливает необходимость реконструкции, переустройства или ликвидации существующих перегораживающих сооружений за исключением отдельных мостовых переходов.
Для решения проблемы по ликвидации подтопления и переувлажнения сельскохозяйственных земель выполнена оценка существующих гидротехнических сооружений на реках в бассейне р. Кирпили.
Нами, совместно с ОАО «Кубаньводпроект» и ФГУ «Кубаньмониторинг-вод», даны рекомендации в табличной форме (таблице 3.1) по существующим гидротехническим сооружениям, которые представлены по категориям предлагаемой реконструкции или переустройства /102/.
Обоснование расхода притока грунтовых вод из замкнутых понижений к собирателям
При многократном увлажнении и высушивании почвогрунта объем его скелета уменьшается /105,121/. Этот процесс описан в 5 разделе работы, где даны стадии деградации черноземных почв бассейна р. Кирпили в зависимости от времени и продолжительности затопления в локальных понижениях полей.
Для решения задачи по сохранению плодородия почв нами разработан способ регулирования влажности в толще почвогрунта, который позволяет предотвращать появление на полях замкнутых понижений, заполненных водой атмосферных осадков и-от подъема уровня .грунтовых вод.
Сущность способа регулирования уровня грунтовых вод для охраны земель от подтопления состоит в следующем. На полях 1, подверженных подтоплению и переувлажнению земель (рисунок 4.1), где имеются замкнутые бессточные понижения 2, устраиваются открытые собиратели СК-1, СК-2 (3). Количество собирателей зависит от количества замкнутых понижений и водно-физических свойств почв. Как правило собиратели проводят в пределах замкнутых понижений. Открытые собиратели проводят с уклоном в сторону коллекторов 5, которые транспортируют избыточную воду в водоприемники 6. Вместо открытых собирателей можно устраивать систему закрытых собирателей, при этом стоимость способа возрастет, но функциональная возможность участка, где осуществляется охрана земель, улучшится.
Для повышения эффекта охраны земель от подтопления следует использовать рекомендации по способам отвода избыточных вод, описанным в разделе 4. Для представленной схемы наилучшими приемами могут служить кротование и щелевание. Кротовый дренаж или щели следует размещать поперек уклона поля с устьем, впадающим в собиратели.
В конце открытых собирателей устраивают трубчатые переезды-регуляторы, которые оборудуются оголовком, с размещенным в нем затвором для регулирования расхода и уровня воды в собирателях. Между границей поля и началом собирателя оставляется проезд для сельскохозяйственной техники шириной Ь.
Способ осуществляет 2 режима работы, которые можно представить, как режим осушения поля и режим охраны почв от деградации.
Режим 1 включается в работу в осенне-зимний период, когда количество осадков, достаточно велико и на полях 1 в замкнутых понижениях 2 образуются «блюдца», то есть понижения заполняются атмосферными осадками. Таким образом избыточная вода по собирателям 3 через трубчатые переезды-регуляторы 4 попадает в коллектор 5 и далее в водоприемник 6.
В этом случае происходит режим осушения поля, на котором сохраняются озимые посевы культур. Почва не переувлажняется, угрозы подтопления нет. Режим 2. Режим охраны почв от деградации.
Режим 2 включается в работу в весенне-летний период, когда уменьшается выпадение осадков или прекращается их выпадение на территории. При этом поступают следующим образом. Для сохранения влаги на полях 1 и прекращения процесса иссушения почвенного профиля (циклические процессы переувлажнения и высушивания объема почвы приводят к уменьшению объема скелета и на поверхности поля образуются прогрессирующие замкнутые понижения) закрывают затвор на переезде-регуляторе 4. Оставшаяся вода в собирателях 3 увлажняет верхние горизонты почвы. Данная операция направлена на сохранение влаги в почве и предотвращает процесс её деградации.
При летних ливневых дождях, когда наблюдается затопление поверхности почвы полей 1, затворы на переездах-регуляторах 4 полностью открываются. В этом случае способ функционирует в режиме 1, и система работает, как осушительная.
Обоснование расхода притока грунтовых вод из замкнутых понижений к собирателям Цель исследования состоит в обосновании размеров собирателя, которые определяются: 1) расходом притока грунтовых вод; 2) его глубиной. А так же в определении 3) радиуса влияния собирателя на отток воды из замкнутого понижения.
Приток воды из замкнутых понижений к собирателю можно представить в виде схемы (рисунок 4.2). Будем считать, что движение грунтовой воды к собирателю установившееся. Водоупор находится ниже дна открытого собирателя. Уклон водоупора равен 0.
Приток воды q на единицу длины для открытого собирателя на расстоянии X от него можно определить из формулы Дюпюи при установившемся движении грунтового потока q = -kyi, (4.1) где k-коэффициент фильтрации; у-площадь живого сечения потока на погонный метр длины увлажнителя на расстоянии X от него; і-гидравлический уклон кривой депрессии. Для решения уравнения Дюпюи необходимо знать величину гидравлического уклона кривой депрессии.
Похожие диссертации на Комплексные мероприятия для охраны сельскохозяйственных земель от подтопления и иссушения
