Содержание к диссертации
Введение
1. Изученность вопроса и обоснование выбора направления исследований 8
2. Физико-географические условия, определяющие интенсивность эрозионных процессов 14
2.1. Климат 14
2.2. Геология и почвообразующие породы 19
2.3. Геоморфология, гидрология и гидрогеология 20
2.4. Почвы 24
2.5. Растительность 27
3. Программа, методика и объекты исследований.. 31
3.1. Программа исследований 31
3.2. Методика исследований 33
3.3. Объекты исследований 39
4. Поверхностный сток и эрозия почв на чернозе мах обыкновенных 42
4.1. Влияние природных и антропогенных факторов на гидрологический режим малых рек 42
4.2. Факторы формирования поверхностного стока и эрозии на угодьях и обоснование аналитических кривых обеспеченности 50
4.2.1. Расчетные параметры весеннего стока и эрозии 52
4.2.2.Расчетные параметры стока и эрозии от дождевых осадков.. 56
4.2.3. Расчетные годовые характеристики стока и эрозии 62
5. Противоэрозионные рубежи в системе адаптивно-ландшафтных мелиорации склоновых агро-ландшафтов 67
5.1. Теоретическое обоснование параметров склоновых противо-эрозионных рубежей 67
5.1.1, Противоэрозионное и гидрологическое обоснование параметров противоэрозионных рубежей
5.1.2. Основные положения и порядок расчета межрубежных расстояний с учетом мелиоративной эффективности 82
5.1.3. Особенности расчета противоэрозионных рубежей на сложных склонах, 94
5.1.4. Техническое обоснование параметров противоэрозионных рубежей 97
5.2. Теоретическое обоснование параметров противоэрозионных рубежей, размещаемых в вершинах овражно-балочных систем ... 92
5.3. Надежность, особенности эксплуатации и сохранность противоэрозионных рубежей 94
5.3.1. Надежность противоэрозионных рубежей и факторы ее определяющие. 94
5.3.2. Особенности эксплуатации противоэрозионных рубежей... 98
5.3.3. Сохранность противоэрозионных рубежей и вероятность их безаварийной работы ю2
6. Мелиоративная эффективность противоэрозионных рубежей 111
6.1. Роль противоэрозионных рубежей в трансформации почвенного плодородия склоновых земель 111
6.2. Элементы водного баланса полей с противоэрозионными рубежами и их водоохранное влияние
7. Агроэкономическая и биоэнергетическая эффективность противоэрозионных рубежей 123
7.1. Влияние противоэрозионных рубежей на продуктивность сельскохозяйственных культур и экономическая оценка их функциони рования 123
7.2. Биоэнергетическая оценка противоэрозионных рубежей 127
Основные выводы и предложения 131
Список литературы 135
Приложения... 146
- Изученность вопроса и обоснование выбора направления исследований
- Геоморфология, гидрология и гидрогеология
- Факторы формирования поверхностного стока и эрозии на угодьях и обоснование аналитических кривых обеспеченности
- Теоретическое обоснование параметров противоэрозионных рубежей, размещаемых в вершинах овражно-балочных систем
Введение к работе
Актуальность темы. Агроэкологическое состояние и использование земель Саратовской области с развивающимися экзогенными процессами и техногенными воздействиями на почвенный покров оценивается как критическое, т.к. площадь смытых почв её территории составляет 50,3 % от площади смытых почв зоны пяти областей Поволжья (Ульяновской, Саратовской, Пензенской, Самарской и Волгоградской). Поэтому борьба с водной эрозией по праву отнесена к первостепенным задачам сельскохозяйственной мелиорации этой территории. Существующие способы проектирования и темпы внедрения противоэрозионных мероприятий в Саратовском Правобережье не в полной мере отвечают требованиям научно обоснованного и рационального природопользования - в этом районе более 60 % пахотных склоновых земель интенсивно используются без проведения системных адаптивно-ландшафтных мелиорации, важнейшим элементом которых являются противоэрозионные рубежи [27, 7, 16]. Противоэрозионные рубежи (ПР) являются быстрым, экономически выгодным и экологически эффективным решением почвоводо-охранной проблемы, включающим в сферу своего воздействия весь водосборный бассейн малых рек. Это позволяет и полнее задержать сток, и предупредить эрозию на начальных стадиях, и приостановить её на критических рубежах, гарантируя надежную почвозащиту и сбережение почвенной влаги.
Основным препятствием широкому внедрению противоэрозионных рубежей является отсутствие эрозионно-гидрологического обоснования и детальной методики определения их основных параметров (а это влечет экстремальный режим работы, завышение конструктивных размеров, и, как следствие, удорожание работ по возведению и обслуживанию). Продолжение и развитие идей, разработок в области оптимизации противоэрозионных рубежей с использованием системного подхода и апробацией моделей составляет основу настоящей работы и определяет её теоретическую и прикладную актуальность.
Целью исследований является оптимизация параметров противоэрози-онных рубежей на черноземах обыкновенных Саратовского Правобережья, В задачи исследований входят:
- выявление закономерностей формирования поверхностного стока и
эрозии на основных угодьях с разработкой нормативной базы эрозионно -
гидрологических расчетов противоэрозионных рубежей; исследование стоко-
регулирующей и противоэрозионной эффективности последних;
разработка методики расчета технических параметров противоэрозионных рубежей с учетом геоморфологических особенностей агроландшафта и гранулометрического состава почвогрунтов с разработкой эмпирических зависимостей;
определение особенностей и регламента эксплуатации противоэрозионных рубежей, их надежности и сохранности;
оценка мелиоративной, агроэкономической и биоэнергетической эффективности противоэрозионных рубежей.
Объект исследований. Объектом исследований являлись противоэрози-онные рубежи - инженерно-мелиоративные системы, размещенные на эродированных черноземах обыкновенных Саратовского Правобережья.
Научная новизна состоит в совершенствовании теоретического и практического обоснования параметров противоэрозионных рубежей на черноземах обьгеновенных Саратовского Правобережья на основе полученных расчетных характеристик поверхностного стока и эрозии с угодий склоновых аг-роландшафтов, (включая совместное действие факторов) на основе многолетних стационарных опытных исследований. Определены порядок и методика расчета параметров линейных рубежей для плакорно-равнинного, склоново-ложбинного и склоново-овражного типов агроландшафтов.
Положения, выносимые на защиту:
- расчетные значения весеннего, летнего и совместного стока и эрозии
чернозема обыкновенного на основных угодьях агроландшафта;
- оценка влияния противоэрозионных рубежей в системе адаптивно-
ландшафтных мелиорации на элементы водного баланса и эрозию почв;
- алгоритм и методика расчета основных параметров противоэрозионных
рубежей с учетом их гидрологической, противоэрозионной и мелиоративной
эффективности.
Практическая значимость работы заключается в разработке предложений по определению основных параметров противоэрозионных ГТС на основе расчетных значений характеристик стока и эрозии почв. Полученные теоретические положения, методические подходы и результаты экспериментальных исследований мелиоративной эффективности валов, валов-канав и их сочетаний с защитными лесными насаждениями, а также расчетные характеристики стока и эрозии для чернозема обыкновенного, могут быть использованы при мелиоративном обустройстве склоновых земель, при разработке систем адаптивно-ландшафтных мелиорации и элементов почвозащитного земледелия, а также проектировании объектов водохозяйственного строительства на расчетной основе.
Реализация основных результатов исследований. Материалы диссертации:
использованы при разработке проектов строительства и реконструкции противоэрозионного комплекса в ЗАО СХО «Вязовское» Татищевского района и СХА «Старожуковская» Базарно-Карабулакского района Саратовской области;
внедрены в учебный процесс института мелиорации и леса ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ»;
переданы Главному Управлению природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Саратовский области, НИИСХ Юго-Востока для разработки рекомендаций в области природообустройства.
Апробация работы. Основные материалы и результаты исследований были доложены и обсуждены на научной конференции молодых ученых, посвященной 125-летию со дня рождения Н.И. Вавилова (Саратов, 2003), Все-
российской конференции «Водохозяйственный комплекс России: состояние, проблемы, перспективы» (Пенза, 2003), научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ФГОУ ВПО «СГАУ им. Н.И. Вавилова» (2001, 2002, 2003 г.). Апробация работы проведена на опытном полевом стационаре (ОПС) «Старожуковский» на территории СХА «Старо-жуковская» Базарно-Карабулакского района Саратовской области в 2002-2003 гг.
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 6 научных работах и материалах международной конференции. Общий объем публикаций составляет 1,2 печ. л., из них лично соискателя - 0,9 печ. л.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов и предложений производству. Она изложена на 187 страницах, включает 26 таблиц, 15 рисунков, 31 приложение. Список литературы содержит 120 наименований, в том числе 5 на иностранном языке.
Изученность вопроса и обоснование выбора направления исследований
Ускоренная деградация почвенного покрова под влиянием антропогенной деятельности - один из наиболее опасных процессов современности, происходящих в природных естественных и искусственных экосистемах. Равновесие биосферы уже не может обеспечиваться только саморегуляцией -оно напрямую зависит от направленности, характера и специфики деятельности человека.
Среди видов деградации, наибольшую экологическую, экономическую и социальную опасность представляет водная эрозия, в результате которой ежегодно в мире изымается из сельскохозяйственного оборота около 6 млн. га земель [48]. В России почти пятая часть (18,6 %) всех сельскохозяйственных угодий подвержена водной эрозии. Прирост площади смытых почв только в Центрально-Черноземном районе России составляет 0,3 - 0,5 % в год, а ежегодное увеличение площади заовраженных земель на 0,1 - 0,2 млн. га по России определяет первостепенную важность противоэрозионного комплекса, как единственно эффективного приема сельскохозяйственных мелиорации, в снижении темпов эрозии и предотвращении негативных последствий этого явления, принявшего угрожающие масштабы [47]. С эрозионными процессами связано снижение продуктивности сельскохозяйственных культур. В среднем продуктивность сельскохозяйственных культур снижается на слабосмытых почвах на 10-20 %, на среднесмытых - на 30 - 40 %, на силь-носмытых - на 50 - 60 % по сравнению с урожайностью на полнопрофильных почвах [51]. Но особую тревогу вызывает тот факт, что около 60 % общих потерь гумуса также связано с водной эрозией [77]. В России только за последние 100 лет черноземы потеряли до 20 - 30 % запасов гумуса, а на отдельных сильно распаханных площадях почвенный покров полностью уничтожен или перемешан с подстилающей породой [80].
Проявление активного воздействия эрозии на территории России впервые отмечено выдающимся ученым XVIII века М.В. Ломоносовым. В 1751 году он описал интенсивный смыв почвы при выпадении осадков ливневого характера и дал объективную оценку эрозионным процессам. В середине этого же века в литературе начинают появляться первые рекомендации по борьбе с эрозией почв агротехническими приемами. Так, С. Друковцев в 1773 году писал о необходимости обработки почвы поперек склона, чтобы не допускать стока. М Н. Афонин советует упрощенный метод бороздования, а в популярных работах А. Т. Болотова даются обоснованные рекомендации по созданию на сельскохозяйственных угодьях лесомелиоративных объектов [100].
Как отмечает академик В. Р. Вильяме, огромный вред эрозия нанесла сельскому хозяйству царской России после реформы 1861 года, когда крестьяне от безнадежья и безденежья принялись активно истреблять леса, распахивать степные просторы: «Каждой весной после всякого дождя с оголенных водоразделов несутся сильные потоки; они сносят неисчислимые площади самой плодородной земли, чтобы выпасть в морях бесполезным кварцем» [23 с.?]. Эрозия почв в условиях «аграрного перенаселения» с примитивной зем-ледельной культурой вкупе с участившимися засухами стала основной причиной падения продуктивности аграрного производства, но вместе с тем и определила острую проблему более оптимального использования земельных ресурсов [23].
Интенсивное развитие теоретических знаний и практических работ по изучению причин засухи, эрозии почв и мер борьбы с этими негативными явлениями связано с именем В.В. Докучаева. В 1892 г. В.В. Докучаев впервые не только научно обосновал необходимость оздоровления сельского хозяйства степей путем внедрения комплексных мер почвоохраны, не только сформировал основные тезисы ландшафтного земледелия [30], но и внедрил наиболее перспективные мероприятия по созданию агроландшафтов на Каменно-степном участке, ставшим для современников ярким примером эффективности научного подхода при исследовании и использовании природных ресурсов. Однако, все попытки борьбы с эрозией носили случайный характер и существенного отклика не получили.
Первые валы-террасы с широким основанием для задержания стока были построены конными плугами и испытаны уже в конце XIX в. в Тамбовской губернии П. П. Тихообразцовым [101]. Несмотря на положительный эффект, данная мера не распространилась в то время в сельском хозяйстве из-за низкой производительности работ.
Водопоглощающие канавы с валами на склонах впервые в нашей стране созданы на Новосильской опытно-овражной станции Орловской области под руководством А.С. Козьменко в период 1928 - 1932 г. Аналогичные опыты проводились в Ульяновской и Волгоградской областях и некоторых районах Украинской СССР. К особым недостаткам обвалования полей постоянными валами относили неравномерное распределение задерживаемой талой воды вследствие очень широких межтерассных пространств, что в большинстве случаев приводило к неравномерному созреванию почвы и возделываемых культур, а также гибели последних от затопления и вымокания. Исследования не были доведены до конца, а высокие валы типа Борткевича, располагающиеся на пашне по горизонталям местности, не были рекомендованы в производство и не получили должного применения в аграрном производстве [54].
После Великой Отечественной войны, особенно начиная с 50-х годов, изучение физики эрозионных процессов и условий формирования стока получило развитие в трудах С.С. Соболева [100], Н.И. Суса [105], А.С. Козьменко [54], СИ. Сильвестрова [96], Д.А. Арманда [5], Г.Н. Высоцкого [25], И.Д. Брауде [21] и, в той или иной степени, которые охарактеризовали природные и хозяйственные факторы, определяющие необходимость применения систем противоэрозионных мероприятий на всей территории водосбора, разработаны и апробированы оптимальные варианты. Однако, сток талых вод в зональном разрезе, а тем более с разных угодий, охарактеризованы недостаточно, не были сделаны и обобщающие выводы о его задержании и регулировании [104].
Детальному изучению эрозионно-гидрологических процессов в Поволжье посвящены работы И.А. Кузника [59], В.А. Калужского [45], П.Г. Кабанова [42], Г.П. Сурмача [104].
В 60-х годах в ряде хозяйств Ростовской, Донецкой, Полтавской областей приступили к внедрению напашных валов. Широко известны валы-канавы с различными заполнителями, разработанные ЯМ. Потапенко [85, 86] и внедренные ВНИИВиВ в хозяйствах Ростовской области. Гидравлическое и гидрологическое обоснование гидротехнических сооружений различной конструкции, обеспечивающих задержание и частичный сброс поверхностного стока с сельскохозяйственных угодий предложено И.Д. Брауде [20], И.Е. Мирцхулавой [72], А.Н. Каштановым [49], М.Н. Заславским [35]. Валы успешно работали на значительных площадях Курской, Воронежской, Белгородской областей. Построенные ещё в 60-х годах на правом берегу Волгоградского водохранилища комплекс водозадерживающих валов с облесением прилегающей территории значительно сократил темпы роста оврагов, а вынос в водохранилище продуктов смыва снизился на отдельных участках на 70 - 90 % [95].
Геоморфология, гидрология и гидрогеология
Саратовское Правобережье входит в состав среднерусской степной провинции обыкновенных и южных среднесмытых черноземов [115] и территориально находятся в пределах средней части Приволжской возвышенности, занимающей водораздельное положение между бассейнами р. Дона и р. Волги.
Современные формы поверхности Приволжской возвышенности образованы в результате длительного и комплексного взаимодействия различных геологических процессов, которые изменили исходную структуру геоморфо-логических элементов и сформировали новые орографические формы. Морфологический облик рельефа территории описывается сложным сочетанием водоразделов, склонов, овражно-балочных форм, оползней, карста, речных долин и надпойменных террас. Водоразделы в значительной степени развиты плоские и плоско-выпуклые, склоны же - выпуклые и выпукло-вогнутые. Преобладающими экспозициями склонов являются северо-западная и юго-восточная [6].
Саратовское Правобережье наиболее сильно расчленено и является эрозионно-опасной территорией Поволжья. Отмечаются большие глубины местных базисов эрозии, изменяющиеся от 50 м на Окско-Донской равнине до 370 м на Приволжской возвышенности. Расчлененность территории ов-ражно-балочной сетью составляет 0,5 - 0,9 км/км , а в присетевой зоне р. Волги достигает значения в 2,5 км/км2. В целом для рельефа Приволжской возвышенности характерно сильное эрозионное расчленение 0,78 — 0,89 км/км2 и глубиной местных базисов 138 - 142 м [45]. Восточная часть Приволжской возвышенности расположена на уступе нижней поверхности денудации, сильно расчленена речной и овражно-балочной сетью на множество увалистых водоразделов. Преобладают покатые (3-5) и сильно покатые (5-10) склоны.
Деятельность поверхностных вод, как постоянных, так и временных водотоков, оказывает значительное влияние на развитие эрозионных процессов. Приволжская возвышенность сильно расчленена речными долинами, принадлежащими бассейну Медведицы и правобережным притокам Волги. Для долин малых рек характерен климатический (инсоляционный) тип асимметрии: крутые склоны экспонированы на юг, юго-восток, юго-запад.
По территории СХА «Старожуковская» с северо-запада на юг протекает малые реки Карабулак, Туган, Завьяловка, Соболейка, являющиеся верхним звеном гидрографической сети малой речной системы «Карабулак». Сток этой реки складывается в основном из грунтового притока, а расходы изменяются от 0,02 до 2,42 м/с. Гидрографическая сеть состоит главным образом из суходолов, оврагов по которым сток воды происходит только во время половодий и паводков, реже ливней. Данная МРС является объектом наших исследований, как система малых рек, испытывающая влияние антропогенного пресса на своем водосборе. Характеристики исследуемых водосборов представлены в табл, 2.2.
Район Саратовского Правобережья характеризуется неоднородностью почвенных, геолого-тектонических и геолого-морфологических условий, что обусловливает изменчивость химического состава подземных вод, их минерализацию, глубину залегания, питание, распространение и водоотдачу.
На территории, охватывающей Приволжскую возвышенность от широтного колена р. Терешки на севере до широты юго-западных границ саратовской области, мощность зоны аэрации колеблется в пределах 0 — 50 м. глубина грунтовых вод составляет чаще всего 20 — 50 м. Воды элювиально-делювиальных отложений имеют очень широкое распространение. Водо-вмещающими породами являются суглинки и супеси, содержащие на отдельных участках щебенчато-дресвяный материал. В пределах западного района Приволжской возвышенности основные водоносные горизонты приурочены к палеогеновым, меловым и юрским отложениям. Среднеюрский водоносный горизонт связан с байосс-батскими алевритами и тонкозернистыми песками. Воды с минерализацией 3 - 10 г/л сульфатно-кальциевого состава. Воды верхнемеловых сеноманских отложений приурочены к мелкозернистым пескам, мощность которых около 60 м. Воды пресные гидрокарбо-натно-сульфатно-кальциевые с минерализацией 1-4 г/л. Сантоно-туронский водоносный комплекс связан трещиноватыми опоками сантона, мел-мергельными породами турона, залегающими на глубинах 100 - 150 м.. Воды чаще безнапорные, гидрокарбонатно-кальциевые с минерализацией до 1 г/л. Они дренируются в пределах современных локальных тектонических структур речной и овражно-балочной сетью. В связи с практическим отсутствием напора водоносные горизонты, связанные с меловыми и юрскими отложениями, слабо защищены от загрязнения. Подверженность этих вод загрязнению на северо-востоке области усугубляется проявлением карста. В условиях Приволжской возвышенности водовмещающими верховодки и грунтовых вод чаще всего являются песчанистые и мел-мергельные породы, а в нижележащей части кайнозойского разреза - в различной степени глинистые и суглинистые образования с прослоями песков. Преобладают хлоридно-кальциевые, хлоридно- натриевые воды с минерализацией 1-3 г/л, редко до 10 г/л. водовмещающими отложениями маастрихско-кампанского водоносного горизонта являются пески, песчаники, мел, мергели. Глубина залегания водоносного горизонта изменяется от 10 до 150 м. Воды зоны активного водобмена практически пресные, в мел-мергельных породах имеют повышенную минерализацию до 4 г/л.
Факторы формирования поверхностного стока и эрозии на угодьях и обоснование аналитических кривых обеспеченности
Природные и антропогенные факторы образуют сложную эрозионно-гидрологическую систему, которая определяет интенсивность смыва и размыва. Затруднения в осуществлении прогнозного расчета смыва заключаются в сложности построения обоснованной математической модели смыва, увязки главнейших его факторов в единую эрозионно-гидрологическую расчетную систему [16].
При гидрологическом обосновании противоэрозионных рубежей необходимо иметь свои расчетные (разной вероятности превышения) значения гидрологических величин, а именно: модуль стока, максимальный модуль стока и максимальный модуль твердого стока. В практике проектирования противоэрозионных рубежей расчет этих параметров производился на основе эмпирических формул и карт изолиний поверхностного (как весеннего так и и дождевого) стока, однако у этих материалов есть свои недостатки. Так в картах изолиний, полученных И.П. Сухаревым [106], не учитывалось расхождение в величине стока с различных угодий, у Г.П. Сурмача [104], изолинии проводились с допущением, что рельеф и почвенный покров идентичны, а изменение величины стока с севера на юг происходит лишь под действием климатических факторов.
Для водохозяйственных и противоэрозионных расчетов в настоящее время допустимо использовать результаты исследований отдельных стационаров, на которых накоплены длительные ряды наблюдений за стоком и смывом почвы, и экстраполировать их на близкие по физико-географическим условиям районы и зоны. Основанием для таких расчетов являются статистические методы, позволяющие определить вероятностные характеристики смыва. Наиболее полно отражают колебания гидрологических характеристик кривые обеспеченности (кривая Пирсона Ш типа и кривые трехпараметриче-ского гамма-распределения).
Для расчета и построения аналитических кривых обеспеченности стока, модуля стока и модуля твердого стока, нами были обобщены материалы, ранее полученные Ю.В. Бондаренко [16], С.А. Кузьминовым [18] для исследуемой почвенной подзоны на ОПС «Сухо-Карабулакский», и дополнены результатами проведенных нами исследований на ОПС «Старожуковский» в 2001 — 2003 гг, чем обеспечивалось соблюдение основного принципа при проведении гидрологических расчетов: неизменности физико-географических условий и методики проведения опытов. Непосредственно для самого расчета и построения аналитических кривых был использован графоаналитический метод определения параметров биномиальных кривых в модификации, учитывающей неоднородность исходных данных при наличии в ряду наблюдений нулевых значений [84].
Согласно данной методике теоретическая кривая обеспеченности рассчитывается по следующей формуле: где и,,и2 -число значений стока соответственно ббльших и равных нулю; рх - эмпирическая обеспеченность значений стока. Многообразие различных сочетаний метеорологических факторов и отсутствие длительных рядов наблюдений за стоком талых вод в подзоне чер-нозеов обыкновенных делает затруднительным однозначное определение степени влияния каждого фактора в отдельности.
Ряд исследователей [106, 83, 8] в качестве главных факторов формирования поверхностного стока талых вод выделяют величину влагозапасов, увлажнение и глубину промерзания почв. По мнению Сурмача Т\П. [104], выделение в чистом виде снежного покрова затруднительно, так как очень часто накладывается действие других факторов. Полученные В.Н. Власовцом и А.И. Шабаевым коэффициенты парной корреляции слоя стока с осенними влагозапасами, глубиной промерзания почвы низки и недостоверны на 5 %-ном уровне значимости и указывают на тенденцию связи. Величины снегоза-пасов и поверхностного стока значительно варьируют по годам и угодьям, что показывают наши исследования и следует из анализа табл. 4.2. Для получения основных характеристик теоретических кривых обеспеченности стока и смыва почв нами использован графоаналитический метод, предложенный Г.А. Алексеевым [2] для параметров биномиальной кривой обеспеченности. Этот метод имеет ряд недостатков, в частности точность определения параметров теоретической кривой обеспеченности зависит от точности и обоснованности эмпирической кривой. Однако, для получения расчетных значений стока для сооружений IV класса капитальности и временных гидротехнических сооружений вполне применим.
Теоретическое обоснование параметров противоэрозионных рубежей, размещаемых в вершинах овражно-балочных систем
Ширина водозадерживающего вала в основании &г рассчитывается по выражению: где (j i = arctg Шсух - угол сухого откоса, град; tp2 arctg mM0JC - угол мокрого откоса, град; Н - высота вала, м; а - ширина гребня вала, м; Учитывая производственный опыт и действующие нормативы строительства по возведению подобного рода сооружений (nicy =1:1-1:1,5, тмок = 1:2 - 1:2,5, а = 1,0-2,5 м) [88] и задаваясь общими параметрами сооружений (іДух - 1:1, тмок = 1:2, а = 1,5 Н) выражение примет упрощенный вид: Тип и вид гидротехнического сооружения в вершине оврага зависит от многих факторов: рельефа местности, глубины оврага, площади водосбора, долговечности сооружения и т.д. Эти же факторы учитываются и при выборе строительных материалов. В настоящее время в качестве сопрягающих сооружений совмещенных с водозадерживающими валами на малых водосборах (до 100 га) особую актуальность имеют трубчатые сооружения, преимущество которых перед другими типами водосбросных сооружений заключается в том, что они: 1) могут возводится в местах, где невозможно разместить открытые перепады, а также в случаях устройства переездов над водосбросами; 2) быстро и легко монтируется, не требуя особых затрат на тщательную планировку местности; 3) имеют большую пропускную способность (до 1 м3/с). Трубчатые сооружения могут работать как в безнапорном, так и в напорном режимах. Наиболее эффективны с точки зрения пропуска расходов сооружения, работающие в напорном режиме, но они, как показывает практика строительства [44], весьма прихотливы в эксплуатации, требуют дополнительных устройств (запорных механизмов, элементов автоматики), часто разрушаются пои пропуске сверхнормативных расходов, подвержены разрушаются при пропуске сверхнормативных расходов, подвержены негативным явлениям напорной фильтрации и солифлюкции.
Наиболее просты и удобны в уходе безнапорные сооружения. Типовые трубчатые сооружения для целей пропуска задержанного стока - слабо разработанное решение противоэрозионной мелиорации. Завышение или занижение параметров (а следовательно и снижение эффективности и надежности) ПР происходит под влиянием недостатка информации о количестве стока, отсутствии единой расчетной нормативной базы и моделей, адекватно описывающих гидрологический режим эродированной территории и эрозионно-аккумулятивный процесс в целом по водосбору. Определение объемов стока методом реального года и построением гидрографов стока различного происхождения позволяет научно обоснованно и рационально уменьшить сечение трубчатого водосброса, оптимизировать его работу и улучшить режим работы водоприемников, расположенных ниже головного противоэрозионного сооружения. Сбросные сооружения являются самыми дорогостоящими из противо-эрозионных гидротехнических сооружений. Уязвимым местом в них является крепление нижнего бьефа. Причинами разрушения могут быть засорение водоприемника, прохождение сверхрасчетных расходов, боковой сток и др. При проектировании водосбросных сооружений специалисты полностью отказались от устройства водобойных колодцев (гасителей энергии водного потока) из-за значительного заиления их наносами и замерзания воды в них в зимний период. Вместо них применяются водобойные стенки с отверстиями для сброса воды, расположенными ниже порога стенки. В последние годы в ряде проектов в нижнем бьефе трубчатых сооружений предусматривается устройство шашечных гасителей, которые позволяют ликвидировать сбой-ность потока, уменьшить высоту водобойной стенки на 30 % и обеспечить более надежное гашение энергии перед стенкой и за ней эти конструкции выполняются в сборно-монолитном или монолитном варианте, так как боль- шое количество стыков между элементами зачастую не позволяет избежать нежелательных деформаций. В связи с этим возникает необходимость дальнейшего расширения и углубления научно-исследовательских работ по разработке новых конструкций и их элементов, повышению эффективности сбросных сооружений [44]. Расчетная величина отступа перед вершиной действующего оврага до мокрого откоса вала D и глубина оврага при вершине В являются исходными данными при расчете длины трубы водосбросного сооружения.
