Мелиорация и рекультивация земель в Карелии

Проектирование осушительной системы на севооборотном участке. Почвенно-климатическая характеристика объекта. Определение причин заболачивания и типа водного питания. Мелиоративный режим осушаемых земель, аэрация почвы. Выбор метода и схемы осушения.

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

Кафедра мелиорации и рекультивации земель

Курсовая работа

«Мелиорация и рекультивация земель в Карелии»

Москва 2010


Содержание.

Раздел 1. Проектирование осушительной системы на севооборотном участке .

Введение.

§1. Исходные данные для проектирования.

§2. Почвенно-климатическая характеристика объекта. Определение причин заболачивания и типа водного питания.

§3. Мелиоративный режим осушаемых земель

§ 4. Выбор метода и схемы осушения.

§ 5. Определение параметров регулирующей сети. Проектирование осушительной сети в плане.

§ 6. Проектирование осушительной сети в вертикальной плоскости.

§ 7. Гидрологические расчеты.

§ 8. Гидравлический расчет элементов проводящей сети.

§ 9. Сооружения осушительной сети и дорожная сеть.

§ 10. Первичное освоение осушаемых земель.

§ 11. Организация строительства осушительной системы и ее сметная стоимость.

§ 12. Определение экономической эффективности запланированных мероприятий.

Раздел 2.Рекультивация выработанных торфяников .

§1. Анализ природных условий

§2. Направление использования выработанного торфяника.

§3. Техническая рекультивация.

§4. Проводящая сеть.

§5. Водоприемник.

§6. Расчет оградительной дамбы.

§7. Определение параметров насосной станции и объема пруда накопителя.

§8. Известкование и землевание.

§9. Мероприятия по увлажнению рекультивируемых земель.

§10. Культуртехнические работы.

§11. Биологическая рекультивация.


Введение

Целью данной работы является проектирование осушительной системы на основе анализов природных условий республики Карелии. Осушительная мелиорация на сельскохозяйственных угодьях призвана активно и нормированно регулировать водный режим почв, создавая на них оптимальный водный и связанный с ним воздушный, тепловой и пищевой режим с целью повышения плодородия почв. Регулирование этих режимов изменяет физические и химические свойства почв, состав микроорганизмов. Осушительная мелиорация является мощным антропогенным фактором почвообразования, приводит к образованию новых почв. Осушительная мелиорация необходима также для улучшения роста лес, состава древесных пород и создания условий для планомерного ведения лесного хозяйства. Осушение является основной частью работ по добычи торфа. Она применяется также при добыче других полезных ископаемых открытым способом. В ряде случаев осушительные работы необходимы при строительстве промышленных объектов, населенных пунктов, сельскохозяйственных, животноводческих комплексов, дорог, аэродромов и др. объектов. Осушительные сельскохозяйственные мелиорации могут дать надежный эффект только при совместном применении культуртехнических, агротехнических и эксплуатационных материалов. Осушительная мелиорация должна осуществляться с учетом охраны природы, при понижении УГВ необходима оценка влияния этого понижения на прилегающие территории. При строительстве осушительных систем необходимо предусматривать рыбозащитные мероприятия, учитывать условия обитания водоплавающих птиц, пушного зверя, сохранять и улучшать ландшафты, сохранять памятники старины.


Раздел 1. Проектирование осушительной системы на севооборотном участке

§1 Исходные данные для проектирования

1) Топографический план участка мелиорации. М 1:5000 с горизонталями через 0.5 м.

2) Площадь водосбора Fвн = 5,2 Foс, где Foс - площадь осушения с плана, га.

3) Гидрогеологический разрез по створу А-А.

4) Район расположения объекта мелиорации – Республика Карелия.

5) Проектное использование осушительных земель - полевой севооборот. Состав:

зерновые 35%; картофель 15%; силосные 25%; многолетние травы (на сено) 25%.

6) Мощность растительного слоя Т = 0,5 м, его коэффициент фильтрации Ki = 0,40 м/сут.

7) Мощность подпочвенного слоя (супесь) Т = 8 м, ниже залегает водоупор из моренного суглинка и глины. К2 = 1,5 м/сут.

8) Положение поверхности грунтовых вод до осушения 0,2 - 0,5 м в зависимости от времени года и местоположения.

9) Распределение элементов водного баланса в таблице №1.

Таблица №1

Элементы водного баланса Зима 1.12-10.3 Весна 10.3-15.4 Лето 15.4-15.9 Осень 15.9-1.12 Год
Осадки 213 49,7 276,9 170,4 710
Испарение 28,28 20,2 311,08 44,44 404
Суммарный сток 21,42 183,6 39,78 61,2 306

В том числе подземный сток:

Вариант Б

21,42 21,42 24,48 30,6 97,92

§2 Почвенно-климатическая характеристика объекта

Определение причин заболачивания и типа водного питания

Тверская область находится в центральном экономическом районе, который занимает Восточно-европейскую равнину и располагается к западу и югу на известняках карбона. Восточная половина территории и крайний юго-запад заняты обширными низменностями.

Ледниковые образования морены, представленные валунными суглинками, иногда глинами или супесями, и отложения талых ледниковых вод распространены на территории всего района. Морена погребена под флювиогляциальными песками и супесями или перекрыта безвалунными покровными углинками. Как следствие ледников широко распространены эрозионные формы рельефа балки, овраги, речные долины с двумя уровнями поймы и несколькими террасами.

Центральный район по широте простирается от 52° с.ш. до 59°30 с.ш. продолжительность дня в самый короткий день у параллели 60° с.ш. равна 5 ч. 36 мин., а ' 52° с.ш. - 7 ч. 48 мин., а самый длинный день для тех же широт 18 ч. 48 мин. и 16 ч. 42 мин.. Приток солнечной радиации изменяется от 3352 *106 Дж/м в год на севере до 1855* 106 Дж/м2 в год на юге.

В течение года преобладает континентальный воздух умеренных широт, пришедший из Атлантики. Зимой - это теплый воздух, ослабляющий морозы, вызывающий снегопады и даже оттепели, летом - прохладный, смягчающий жару. В местные континентальные воздушные массы часто вторгается холодный арктический воздух, смягчающее влияет на климат водохранилища. Четко выражена сезонность, достаточно влаги и тепла для выращивания многих культур. Самый холодный месяц - декабрь. Среднемесячная температура в Вохме - 11,5° С, в Новозыбкове - 4,6° С. Продолжительность снежного покрова 120 суток. Наибольшая высота снега в среднем достигает в Москве 46 см, в Костроме - 50 см. Самый теплый месяц - июль. Среднемесячная температура от 17° С до 19,5°С . Сумма средне суточных температур изменяется от 1600°С на крайнем северо-востоке до 2400°С на юге Брянской области.

На территории района расположены следующие типы почв: подзолистые и дерново-подзолистые песчаные, супесчаные, суглинистые и глинистые; серые лесные; оподзоленные и выщелоченные черноземы; пойменные; подзолисто-болотные.

Центральный район имеет густую, хорошо выраженную сеть рек бассейнов Волги, Днепра, Дона. Течение рек спокойное. Уклоны русел составляют несколько сантиметров на километр длины. Долины рек, как правило, широкие с ассиметричными берегами. Питание дождевое, грунтовое, снеговое (в летнюю и зимнюю межень питание рек почти целиком грунтовое). Верхние слои, как правило, невелики, пригодны только для водоснабжения небольших населенных пунктов.

§3 Мелиоративный режим осушаемых земель

Осушение сельскохозяйственных земель должно обеспечивать мелиоративный режим осушаемых земель, т.е. выполнение совокупностей требований к управляемым факторам почвообразования, которое обеспечивает расширенное воспроизводство плодородия почв и получение высоких урожаев.

Показатели мелиоративного режима:

- Пределы изменения влажности корнеобитаемого слоя.

- Осушительная система должна быть запроектирована так, чтобы обеспечить наиболее благоприятный водно-воздушный режим почв, необходимый для роста и развития растений.

Водно-воздушный режим почвы характеризуется влажностью и аэрацией почвы.


Таблица №2

Оптимальное значение влажности и аэрации для сельскохозяйственных культур.

Культура Влажность, % от пористости Аэрация, % от пористости
Зерновые 65-75 35-25
Овощи 55-65 45-35
Травы 75-85 25-15

Оптимальное значение W меняется за вегетацию.

При различных ТВП способы достижения оптимальной влажности различны:

1) При хорошо проницаемых грунтах, когда избыточная влажность образуется в результате высокого уровня грунтовых вод, его необходимо уменьшить на величину называемую нормой осушения.

Норма осушения - минимальное расстояние от поверхности земли до уровня грунтовых вод, при котором обеспечивается оптимальная влажность корнеобитаемого слоя почвы.

Так как Woptменяется в течение вегетации, то и норма осушения также меняется.

Таблица №3

Ориентировочные значения нормы осушения.

Культура Предпосевной период 1 месяц вегетации Последующие месяцы
Зерновые 0,25-0,30 0,7-0,8 0,8-0,9
Овощи 0,25-0,30 0,8-0,9 0,9-1,0
Травы д,25-0,30 0,6-0,7 0,7-0,8

2) При слабо проницаемых грунтах, когда избыточная влага образуется в результате застаивания поверхностных вод, их необходимо отвести за определенный промежуток времени.

Ориентировочные сроки отвода избыточной влаги с поверхности почвы и из пахотного слоя приведены в таблице №4.

Таблица №4

Культура Сроки отвода
с поверхности из пахотного слоя
Зерновые 0,5 1,2
Овощи 0,8 1,5
Травы 1,0 2,0

Необеспечение этих сроков вызывает понижение урожая. Кроме того, существуют общие для всех ТВП ограничения продолжительности весенне-паводкового затопления участков.

Таблица №5

Культура Допустимое затопление
Зерновые:
-яровые 5-10
-озимые 0
Овощи 10-15
Травы 15-25

В химическом составе почв основным показателем является кислотность. Если рН<5-6, то такие почвы необходимо известковать.

На торфяниках учитывается разложение торфа. При осушении земель должны быть учтены требования охраны природы.

Выделяется 4 зоны:

1) Находится в контуре осушительной системы. Здесь нельзя допускать переосушку. Необходимо сохранить почвенный слой при строительстве, нельзя принимать гербициды, не уплотнять почву, обеспечить пути миграции животных и рыбоохранные мероприятия.

2) Находится внутри системы, но не мелиорируемые земли. Здесь необходима оценка влияния осушения на возвышенные места, и в случае переосушки необходимо компенсировать с помощью орошения, проводить лесовосстановительные работы.

3) Непосредственно прилегают к осушительной территории. Здесь оценивается влияние осушения на смежные территории, ее флору и фауну, т.к. происходит изменение гидрологического режима.

4) Воздушный бассейн. При строительстве, освоении, торфодобыче не загрязнять воздух торфяной пылью, не допускать пожаров и задымления воздуха.

§ 5 Установление типов водного питания ТВГО

Тип водного питания (ТВП) - под типом водного питания понимают комплексную характеристику взаимосвязи природных условий, определяющих формирование водного режима объекта осушения. Водный режим переувлажненного или заболоченного участка определяется соотношением атмосферных осадок и испарением влажности, инфильтрацией и капиллярным подпитыванием, поступлением и стоком поверхностных и грунтовых вод. В свою очередь соотношение приходных и расходных составляющих ВБ зависит от местоположения участка, рельефа поверхности земли, геологического строения, толщи, грунтов до регионального водоупора, гидрологических условий.

Различают 4 основных ТВП:

Атмосферный.

Грунтовый:

-подтип А - приток ГВ с водосбора

-подтип Б - бассейн и ГВ

-подтип В - приток ГВ из рек, водохранилищ.

3) Грунтово-напорный.

4) Намывной:

- Аллювиальный

- Делювиальный.

ТВП участка определяется двумя методами:

-Количественный.

-Качественный.

Из-за недостатка необходимых данных в курсовой работе применяем качественный метод. Для этого строим гидрогеологический разрез по створу А-А. Анализируя гидрогеологические, топографические данные, а также основные элементы общего водного баланса (таблица №1) и используя рекомендации в работе, делаю вывод, что на данном объекте имеет место грунтовый тип питания (т.к. грунты хорошо проницаемая супесь, известен водоупор, рельеф плоский - с малыми уклонами, УГВ расположен близко к поверхности земли, среднемноголетняя сумма осадков за год 710 мм.).

§6 Выбор метода и схемы осушения

Метод осушения характеризует основной принцип воздействия на неблагоприятный водный режим земель (почв) с целью преобразования его в оптимальный.

Метод осушения зависит от ТВП. В настоящее время при различных ТВП применяют следующие методы осушения:

Таблица №6

Тип водного питания Метод осушения
Атмосферный Ускорение поверхностного стока
Грунтовый Понижение УГВ, перехват поверхностных и грунтовых вод со стороны водосброса
Намывной Ограждение от поступления поверхностных вод с водосбора или реки

Эти схемы могут применяться отдельно или вместе, если ТВП смешанный.

Схемы осушения - расположение элементов осушительной сети в плане и вертикальной плоскости.

Осушительная система состоит из следующих элементов:

- Регулирующая сеть в виде дренажа (закрытого, открытого) или собирателей 'закрытых, открытых).

- Проводящая сеть в виде коллекторов (закрытых, открытых) и магистрального канала.

- Ограждающая сеть (нагорная или ловчие каналы).

- Водоприемник.

- ГТС, дороги, лесополосы.

Выбор схемы осушения заключается в установлении типа регулирующей и проводящей сети, водоприемника.

Так как в данной курсовой работе грунтовый тип питания, в качестве метода эсушения принимаем понижение УГВ, в качестве водоприемника принимаем реку.

По условию водоприемник находящийся в удовлетворительном состоянии, т.е. способен без подпора принять дренажную воду.

Применяются следующие виды регулирующей сети:

Таблица №7

Метод осушения с\х использования Регулирующая сеть
Ускорение поверхностного стока Луга и пастбища Открытые собиратели
все, кроме лугов и пастбищ Закрытые собиратели
Понижение УГВ Луга и пастбища Открытые осушители
все, кроме лугов и пастбищ Закрытый дренаж

В соответствии с принятым методом осушения (понижение УГВ) и с/х использования осушаемых земель в качестве полевого севооборота принимаем по таблице №7 в качестве регулирующей сети закрытый горизонтальный дренаж, задачей которого является регулирование УГВ и отвод воды в проводящую сеть.

Рис.2 Схема работы закрытой дрены.

§7 Проектирование осушительной сети в плане и вертикальной плоскости

Проектирование осушительной сети в плане

Основными параметрами регулирующей сети является расстояние между дренами или собирателями - В и глубина их закладки - Н.

Глубина закладки Н регулирующей сети определяется из условия обеспечения сброса поверхностных вод в заданные сроки и может быть принята в соответствии с табл. №4 методички Н = 1,1 – 1,2 м.

Расстояние между дренами регулирующей сети В зависит от литологического строения пород: для дренажа при супеси принимаем :

В = 30 м (таблица №4 методички).

Длина элемента зависит от уклона местности в направление элемента (табл.№4 методички) при среднем уклоне местности i = 0,006 принимаем длину элемента L=250м

Проектирование начинается с трассы магистрального канала, впадающего непосредственно в водоприемник. Магистральный канал должен проходить кратчайшим путем по наиболее пониженным местам осушительной территории и иметь минимальное число поворотов, на безуклонной территории проходить по середине участка.

Ловчий канал для перехвата грунтового потока проектируют по границе в местах выклинивания грунтовых вод в виде родников.

При уклоне >0,005 применяется поперечная схема, при уклоне <0,005 - продольная схема.

В курсовом проекте применяем поперечную схему.

Расположение элементов осушительной сети в вертикальной плоскости

Цель - определить проектные глубины и уклоны элементов осушительной сети. Элементы осушительной сети располагаются в вертикальной плоскости таким образом, чтобы своевременно осуществлять сброс избыточных вод с осушаемых земель без образования подпора. Оно проводится путем построения продольных профилей по каждому из элементов осушительной сети, находящихся во взаимной связи друг с другом. Работа проводится в направлении от младших элементов к старшим, выбирается вариант с самыми невыгодными условиями, к которым относятся:

-Малые уклоны поверхности земли.

-Наибольшая длина элемента

-Наибольшее удаление от водоприемника.

Таким вариантам в виде расчетной цепочки элементов принят МК, ЗК, ЗД. Уклон дна не должен превышать минимально допустимых значений (таблица №4 метод.)

Сопряжение элементов осушительной сети в вертикальной плоскости приведено на Рисунке 3.


По каждому элементу осушительной сети разбивается на плане пикетаж через 100 метров и строятся продольные профиля и типовые поперечные сечения. Уклон дна должен превышать минимальное значение. Для устройства закрытой сети принимают траншеи, для открытой - трапециидальное поперечное сечение с заложением в соответствии с таблицей №5 методички.

Ширину дна канала принимаем 0,5 м., ширина дна МК проверяется гидравлическим расчетом.

Правило построения профилей:

-Мг 1:5000 Мв 1:100

-Разбивается пикетаж от устья к истоку на плане и слева направо на продольном профиле.

- Строится профиль поверхности земли.

-Выбирается проектный уклон дна.

- Определяется отметка проектного уклона в расчетной точке.

- Вычисляются отметки проектного дна на всех пикетах.

-Контролируется обеспечение требования вертикального сопряжения по всей длине канала.

-Проектный уклон выбирается = уклону поверхности земли.

- Отметки проектного дна можно определить только в расчетной точке iустье, в истоке и в местах изменения уклона.

-Глубины выемок определяются по пикетам

-Объем выемки для канала трапециидального сечения определяется:

V = ( b +mhср ) X hср , где

b - ширина дна канала =0.6м-

m - заложение откосов

hep-средняя арифметическая глубина выемки.