Материал: Объекты ланд архитек

3.4. Водный баланс

Водный баланс осушаемых земель на объектах ландшафтной архитектуры следует рассматривать с двух сторон. С одной стороны, это могут быть просто осушаемые избыточно увлажненные земли, для которых одним только осушени­ ем (дренажам) можно решить вопросы регулирования водного режима. С другой стороны, в зоне неустойчивого увлажнения (к которой, в частности, отно­ сится Московский регион и окружаюшие его области) наряду с осушением

приходится применять и оросительные мелиорации, особенно на территориях

объектов ландшафтной архитектуры.

Такие особенности увлажнения территорий необходимо учитывать, чтобы

иметь представление об элементах водного баланса по типам и подтипам вод­ ного питания в том порядке, в котором они были изложены выше.

Приведем примеры уравнений водного баланса.

Одно из простых уравнений водного баланса характерно для атмосферного

типа водного питания:

3 =О+ К- И -Т,

где 3 - запас воды в почве и на ее поверхности, м3/га; О - осадки, остающиеся на осушаемой территории за вычетом стока и впитывания в почву, м3jra; К­ конденсация, м3jга; И- испарение, м3/га; Т- транспирация растений, м3jra.

При грунтовом типе водного питания вид уравнения изменяется в зависи­

мости от подтипа.

Так, при притоке вод с водосбора уравнение имеет вид

3 = г+ о + к- и -т,

гдеГ-грунтовые воды, поступающие с водосбора, м3jra.

Если рассматривается водный баланс подтипа, называемый за м к н у ты м

б а с с ей н о м, то уравнение принимает вид, аналогичный уравнению водно­

го баланса при атмосферном типе водного питания:

3 =О+ К- И- Т.

При подтипе, характеризующимся притоком фильтрационных

вод, уравнение принимает вид

3 = ГФ +О+ К- И- Т,

где ГФ - грунтовые филырационные воды, поступающие из рек и водохра­

нилищ, м3jга;

Если на осушаемую территорию одновременно поступают грунтовые в о д ы

с в о д о с б о р а, то уравнение имеет вид

3 =г+ гф +о+ к- и- т.

При грунтово-напорном типе водного питания приходится иметь дело с

двумя подтипами. Так, при выклинивании грунтовых вод на поверх­

ность уравнение водного баланса принимает вид

3 =Гн+ О+ Д+ К- И- Т,

где Гн - грунтово-напорные воды, поступающие с водосбора, м3jга; Д -

делювиальные воды, поступающие с водосбора, м3jга.

45

При капиллярном переувлажнении уравнение водного баланса

принимает вид

3 = Гк.н +О+ Д+ К- И- Т,

где Гк.н - грунтовые капиллярные воды, поступающие из напорного горизон­

та в почву под давлением, м3/га.

В намывном типе водного питания уравнение водного баланса подразделя­

ется по подтипам.

При а л л ю в и а ль н о м водном питании уравнение имеет вид

3 = О +А+ К - И - Т,

где А- аллювиальные (речные) воды, м3/rа.

При д е л ю в и а ль н о м подтипе намывного типа водного питания урав­

нение принимает вид

3 = о + д + к - и - т.

Необходимо учитывать, что при различных типах водного баланса изменя­

ется баланс тепла и питательных веществ, крайне необходимых растениям.

Часть питательных веществ приносится с водой в растворенном вИде.

При мелиорации земель на объектах ландшафтной архитектуры, как пра­

вило, приходится иметь дело не только с гидротехнической мелиорацией пе­ реувлажненных почвогрунтов, но и с подсыпкой по поверхности отдельных

участков объекта плодородного слоя почвы (растительной земли), основного

субстрата, для произрастания растительности. Это обстоятельство изменяет как водный баланс, так и баланс питания растений на мелиорируемых землях. И тот, и другой балансы изменяются в лучшую сторону, но должны быть

учтены и измерены.

3.5.Методы и способы осушения территории объектов ландшафтной архитектуры

Метод осушения территории обьектов - это воздействие на различные фак­ торы, от которых зависит переувлажнение корнеобитаемого слоя почв. Метод

осушения зависит, в первую очередь, от типа водного питания переувлаж­

ненных земель, места расположения осушаемого объекта и функционального

использования территории. На осушаемой территории объекта может одно­ временно применяться несколько методов и способов осушения в зависимо­ сти от типов водного питания и других факторов.

Одна часть методов осушения территории объектов имеет самостоятельное

значение, а другая часть является следствием гидротехнического строитель­

ства, преследующего следующие цели:

•ускорение поверхностного стока;

•понижение уровня грунтовых вод;

•ограждение от поступления делювиальных вод с водосбора;

•ограждение от поступления грунтовых и грунтово-напорных вод с водосбора;

•регулирование стока рек водохранилищами;

•сброс воды через водосбросные сооружения;

46

•защита от затопления водами рек, озер, водохранилищ, морей;

•защита от подтопления водами рек, озер, водохранилищ, морей;

Ускорение поверхностного стока применяется при удалении с поверхности

осушаемой территории вод атмосферных осадков, делювиальных вод при де­

лювиальном питании и отводе паводковых вод.

Понижение уровня грунтовых вод применяют в случае, если повышается

уровень грунтовых вод вследствие выпадения обильных атмосферных осадков,

насыщения почв и грунтов водами паводков, поступления избыточных грун­ товых или грунтово-напорных вод с водосбора.

Ограждение от поступления делювиальных вод с водосбора (полное или час­ тичное) применяется при делювиальном подтипе намывного типа водного

питания переувлажненных земель.

Ограждение от постумения грунтовых или грунтово-напорных вод с водосбо­ ра (полное или частичное) направлено на снижение интенсивности этих ви­

дов водного питания и облегчения работы дренажной сети, отводящей воды из корнеобитаемого слоя почвы.

Регулирование стока рек водохранилищами резко изменяет режим стока ниже

водохранилища. Степень этого изменения зависит от основного назначения водохранилища (выработка электрической энергии, создание больших глубин для судоходства, обеспечение населения городов и регионов питьевой водой, создание рыбзаводов и зарыбление водоемов и т.д.).

Сброс воды через водосбросные сооружения напрямую зависит от основного назначения водохранилища. При этом в нижнем бьефе (ниже водохранилища по течению реки) могут формироваться расходы и уровни, не затапливающие

наиболее плодородные земли в долине реки и на первой надпойменной терра­

се, в чем заключается общее положительное значение регулирования стока1•

Защита от затопления водами рек, озер, водохранилищ, морей (или его регу­

лирование) при аллювиальном подтипе намывного типа водного питания по­ зволяет, с одной стороны, создать более благоприятный водный режим, а с другой - обогатить почву на кратковременно затапливаемых участках пита­

тельными веществами наносов.

Защита от подтомения водами рек, озер, водохранилищ, морей (поступле­ ния филырационных вод) со стороны рек и водохранилищ позволяет пони­

зить уровень грунтовых вод на прилегающей территории и обеспечить нор­

мальную жизнедеятельность травянистой и древесна-кустарниковой раститель­

ности ландшафтной архитектуры.

Способ осушения территории обоектов представляет собой технические при­

емы и конструкции, способствующие удалению избытка влаги. К основным

способам осушения можно отнести следующие:

•осушение переувлажненных земель открытыми каналами;

•осушение различными видами горизонтального дренажа;

•осушение с помощью вертикального дренажа;

•осушение с помощью кольматажа.

1Бывают случаи, когда режим реки в нижнем бьефе не принимают во внимание при расчете

водосбросных сооружений. Тогда реrулирование стока лишь частично решает воnросы (или вообше не решает) водного режима пойменных земель. Указанные вопросы должны входить в задание на

проектирование речных гидроузлов задолго до начала строительства и уточнsrrь режим стока как в

верхнем (в водохранилище), так и в нижнем (ниже плотины и водосбросных сооружений) бьефах.

47

3.6. Осушение земель при атмосферном

водном питании

Осушение (дренаж) земель при атмосферном водном питании производится методом ускорения поверхностного стока. Регулирующая сеть при этом вьшол­ няется в виде закрытых собирателей, расположенных под острым углом к гори­ зонталям поверхности земли (рис. 3.12). Это делается для того, чтобы, во-пер­ вых, уменьшить длину добегания воды по поверхности земли и, во-вторых, уменьшить степень концентрации поверхностного стока. Если к объекту при­

мыкают угодья, в которых процесс весеннего таяния снега затягивается (лес­ ные и лесопарковые массивы насаждений, куртины деревьев и кустарников,

плантации плодовых и т.д.), то осушаемый объект необходимо оградить одним или несколькими нагорными каналами. Регулирующая сеть в виде закрытых собирателей впадает в коллекторы под прямым или почти прямым углом.

Время отвода избыточных вод с поверхности или из обрабатываемого слоя

почвы зависит от характера используемой территории, вида культурных рас­

тений и допустимой продолжительности затопления и подтопления террито­ рии объекта.

Принцип действия регулирующей сети по отводу поверхностных вод со­ стоит в следующем. От верха водосбора с естественной поверхностью вода тон­

ким слоем стекает к низу по условному пути, равному S со скоростью v, мjс, которая с известным приближением и допущением может быть определена по формуле Шези:

о

OQo

о

Рис. 3.12. Схема осушительной сети при атмосферном тиnе водного питания; осушение

закрытыми собирателями (по Е. С. Маркову):

1 - магистральный канал; 2 - коллектор; 3 - закрытые собиратели; 4 - нагорный канал; 5- лес; 6 - водоnриемник

48

v ", cJYj,

где С- скоростной коэффициент, который при малом варьировании слоя

воды будет зависеть только от коэффициента шероховатости п; у - средняя

толщина слоя воды, м (гидравлический радиус R "' у); 1 - средний уклон

поверхности земли.

При больших значениях n коэффициент С, а также скорость движения воды будут небольшими, что замедлит отток nоверхностных вод.

С одной стороны, среднее нормативное время освобождения поверхности почвы от избытка воды t составит 1... 3 сут. С другой стороны, величина t ", S/v. Тогда nри t = 1 сут длина пути S будет равна v, т. е. скорости стекания, выра­

женной в мjсут. При других значениях t изменится и длина пути, или рассто­ яние между закрытыми собирателями.

Рядом исследователей nроизведены расчеты открытой сети по ускорению

поверхностного стока1 • Получено конечное уравнение на основании решения

линейного дифференциального уравнения в частных nроизводных первого

порядка:

где L - расстояние между открытыми собирателями, м; 1- уклон поверх­

ности земли; n - коэффициент шероховатости поверхности; а - условный коэффициент стока; h - слой осадков, мм; т- коэффициент, оnределяемый

по формуле т= TjT1; Т- нормативное время отвода поверхностных вод, ч.

Слой осадков определяют по формуле

h = РТ1,

где Р- интенсивность выпадения осадков, ммjч; Т1 - время выпадения осад­

ков, ч.

Неизвестным остается условный коэффициент стока. При уклоне поверхности земли менее 0,01 условный коэффициент стока можно принять:

Меньшие значения коэффициента стока относятся к летнему периоду,

большие- к осеннему. В весенний период при мерзлой почве коэффициент стока изменяется от 0,70 до 0,95. Указанное уравнение бьшо выведено из усло­

вия поступления воды в открытые собиратели. Характер поступления поверх­

ностного стока в открытые и закрытые собиратели различен, так как тран­ шейная засыпка имеет фильтрационное сопротивление.

Среднюю интенсивность отвода через обрабатываемый слой q, мjсут, оп­

ределяют по формуле

1В свое время такие работы выполнены А. Н. Костяковым, А.Д. Брудастовым, А.Д.Дубахом

идр. Одно из последних решений было предложено С. Ф. Аверьяновым. Для характеристики работы закрытых собирателей на тяжелых почвах в двухслойной среде можно воспользоваться схемой, предложенной Х.А. Писарьковым и уточненной С.Ф.Аверьяновым и К. А. Мяги.

49