книги из ГПНТБ / Степанов, П. М. Гидротехнические противоэрозионные сооружения учебник

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)

Степанов П. Μ. и др.

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.

© 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

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

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

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

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—

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