zabika.ru 1 2 ... 34 35

П. У. Равовой, Т. П. Иванова


ЭКСПЛУАТАЦИЯ

МЕЛИОРАТИВНЫХ

И ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ

СИСТЕМ



Горки 2005

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ





ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ





УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

“БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ”




П. У. Равовой, Т. П. Иванова

ЭКСПЛУАТАЦИЯ

МЕЛИОРАТИВНЫХ

И ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ

СИСТЕМ

Утверждено Министерством образования Республики Беларусь


в качестве учебника для студентов специальности

Мелиорация и водное хозяйство” учреждений, обеспечивающих

получение высшего образования

Горки 2005

УДК 631.6 – 93:626 (075.8)

ББК 40.6 я7

Р 139

Равовой П. У., Иванова Т. П.

Р 139 Эксплуатация мелиоративных и водохозяйственных систем: Учебник. – Горки: Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, 2005. 312 с.
ISBN 985-467-119-4

Рассмотрены эксплуатационная классификация и сведения о техническом уровне мелиоративных систем; приведены требования сельскохозяйственного производства к водному режиму почвы, методика составления планов регулирования и контроля водного режима почвы; изложены виды повреждений, приемы эксплуатационного обслуживания, ремонта и реконструкции мелиоративных систем, внутрихозяйственных дорог; рассмотрены вопросы содержания и ремонта водозаборов, водоочистных сооружений, водопроводов систем водоснабжения и водоотведения, насосных станций, прудов и водохранилищ.


Для студентов специальности “Мелиорация и водное хозяйство” учреждений, обеспечивающих получение высшего образования.

Таблиц 18. Рисунков 88. Библиогр. 46.
Рецензенты: директор УП “Бел НИИ мелиорации и луговодства” Национальной академии наук Беларуси, доктор техн. наук, профессор, чл.-кор. НАН Беларуси А. П. Лихацевич; доцент кафедры сельскохозяйственных гидротехнических мелиораций УО “Брестский государственный университет”, канд. техн. наук С. С. Стельмашук.

УДК 631.6 – 93:626 (075.8)

ББК 40.6 я7

 П.У. Равовой, Т.П. Иванова,2005

 Учреждение образования

“Белорусская государственная

ISBN 985-467-119-4 сельскохозяйственная академия”, 2005


ВВЕДЕНИЕ
Мелиорация земель возникла в результате взаимодействия человека, общества и природы. В мировом сельском хозяйстве она стала применяться задолго до новой эры. Целью мелиорации является коренное улучшение земель с неблагоприятными природными условиями для повышения эффективности сельскохозяйственного производства. Гидротехнические мелиорации направлены на улучшение неблагоприятного водного режима территорий. Выделяют следующие виды гидротехнических мелиораций: осушительные, оросительные, осушительно-увлажнительные, осушительно-оросительные, паводково-регу-лирующие, обводнение территорий (в основном пастбищ). В сельскохозяйственном производстве гидротехнические мелиорации применяют для регулирования водного режима почвы в соответствии с требованиями возделываемых культур. Для этой цели устраивают специальные гидромелиоративные системы. В состав элементов гидромелиоративной системы входят каналы, дренаж, гидротехнические сооружения, земляные дамбы, дороги, дождевальная техника и трубопроводы, эксплуатационные устройства.

Водное хозяйство – отрасль, занимающаяся разработкой и осуществлением мероприятий по использованию поверхностных и подземных вод для различных целей. Водохозяйственные системы включают водохранилища, пруды, скважины, водозаборы, насосные станции, напорные трубопроводы, водопроводные и канализационные сети и сооружения.


В Республике Беларусь почти 40% территории занимают переувлажненные земли, что превышает 8 млн. гектаров. Из них 7,6 млн. гектаров расположены в границах сельскохозяйственных предприятий. Из этой площади на 3,1 млн. гектаров осушение земель признано нецелесообразным. Следовательно, первоочередной мелиоративный фонд Беларуси составляет 4,5 млн. гектаров.

В зависимости от степени увлажнения различают автоморфные, полугидроморфные, гидроморфные и пойменные почвы. На автоморфных почвах гидромелиоративные мероприятия не требуются. К полугидроморфным относят минеральные земли периодического переувлажнения, а к гидроморфным – торфяно-болотные и заболоченные почвы постоянного переувлажнения. Минеральные почвы в мелиоративном фонде составляют около 63% и расположены в основном в Витебской, Гродненской и Могилевской областях. За счет проведения на этих землях комплекса гидротехнических (осушительных), агромелиоративных и агротехнических мероприятий можно повысить их плодородие, обеспечив продуктивность 6…8 т/га корм. ед.

Торфяно-болотные и заболоченные почвы занимают 2,9 млн. гектаров, что составляет 14,4% территории Беларуси. Основная часть их расположена в Брестской, Минской и Гомельской областях. Основным богатством торфяно-болотных почв является органическое вещество, которое определяет их повышенное плодородие после устранения избыточной влаги. Для сохранения органического вещества торфяно-болотные почвы рекомендуется использовать в основном под травы.

Наличие больших площадей полугидроморфных и гидроморфных почв значительно препятствовало интенсификации сельского хозяйства и сдерживало социально-экономическое развитие регионов. Для вовлечения в сельскохозяйственное использование переувлажняемых земель и повышения их плодородия в Беларуси проведены достаточно масштабные гидромелиоративные (осушительные) и агротехнические мероприятия. В наибольшей степени эти мероприятия реализованы в Брестской, Гомельской и Минской областях, прежде всего, в районах Полесья.


В последнее время территория Беларуси характеризуется неустойчивым режимом естественного увлажнения и теплообеспеченности. Осадки выпадают неравномерно и их часто не хватает для растений в отдельные периоды не только засушливых, средних, но даже и более влажных лет. От засух урожай овощей и трав на минеральных почвах снижается иногда в 1,5…2 раза. Опыты, выполненные в Беларуси (БелНИИМиЛ, БГСХА), показали, что среднемноголетняя прибавка урожая от орошения среднепоздней и поздней капусты на минеральных почвах при высокой степени их окультуренности и повышенном агрофоне достигает в северной части республики 130 ц/га, а в южной – 200 ц/га. При обычном агрофоне этот показатель составляет 100 … 160 ц/га. Значительный эффект получают при орошении культурных пастбищ в сочетании с повышенными дозами минеральных удобрений. В отдельные засушливые годы урожай зеленой массы на них бывает в три и более раз выше, чем на неорошаемых.

В результате проведения мелиоративных работ на территории Беларуси к настоящему времени имеется 3417 тыс. гектаров осушенных земель и 115 тыс. гектаров орошаемых. Дренажные системы построены почти на 2232 тыс. гектаров, что составляет 65% от всей площади осушения. Общая протяженность мелиоративных каналов составляет 166203 км, дренажа – 964770, дамб обвалования – 4443, дороги – 19443 км. На открытой осушительной сети построено 94456 сооружений, а на закрытой – 627984. На мелиорированной территории имеется 837 стационарных насосных станций различного назначения, 925 прудов и водохранилищ.

К настоящему времени этап активного мелиоративного строительства в республике завершен и основное внимание уделяется эффективной эксплуатации существующих гидромелиоративных и водохозяйственных систем. Эксплуатация этих систем – это комплекс организационно-хозяйственных и инженерно-технических мероприятий по регулированию водного режима почв, обеспечению потребителей водой, поддержанию элементов систем в исправном и постоянно действующем состоянии, обеспечению их долговечности и надежности работы.


Приоритетными направлениями в развитии мелиорации земель на современном этапе следует считать реконструкцию технически устаревших, восстановление вышедших из строя и неработающих систем или их отдельных элементов. Мелиоративное строительство на новых объектах проводят в ограниченных объемах, необходимых для выполнения общегосударственных или целевых программ, компенсации выбывающих по различным причинам площадей сельхозугодий, для ликвидации последствий аварий, стихийных бедствий. В более широких масштабах предполагается применять “малые” мелиорации (организация, перераспределение и регулирование поверхностного стока, агромелиорации, культуртехнические и противоэрозионные мероприятия и др.), а также связанные с мелиорацией работы по решению социальных вопросов на селе (строительство дорог, систем водоснабжения и водоотведения, реконструкция и эксплуатация прудовых рыбных хозяйств и малых ГЭС, улучшение водного режима малых рек и т.п.).

Основные задачи мелиорации земель и их использования на текущий период определены документом “Концепция (основные направления) развития мелиорации земель и их использования в Республике Беларусь” (на 1995 – 2005 гг.) и Республиканской программой “Сохранение и использование мелиорированных земель на период 2000 – 2005 гг.”.

Современные мелиоративные и водохозяйственные системы представляют собой довольно сложные инженерные устройства, для обслуживания и ремонта которых необходимы квалифицированные специалисты. Для подготовки таких специалистов учебным планом специальности 1-74 05 01 – мелиорация и водное хозяйство предусмотрено изучение дисциплины “Эксплуатация мелиоративных и водохозяйственных систем”.

Цель изучения дисциплины – приобретение необходимых теоретических и практических знаний по управлению водным режимом почвы, по эксплуатации каналов, дренажа, систем дождевания, прудов и водохранилищ, сооружений, водозаборов, насосных станций, защитных дамб, дорог, водопроводных и канализационных сетей.


В итоге обучения студент должен:

– знать методику контроля, расчета и регулирования водного режима почвы в соответствии с требованиями сельскохозяйственного производства; приемы рациональной эксплуатации, ремонта и улучшения элементов мелиоративных и водохозяйственных систем;

– уметь оценивать техническое состояние инженерных устройств, своевременно выявлять появившиеся дефекты и устранять их; разрабатывать и выполнять планы водопользования, водоподачи и водоотведения, планы обслуживания и ремонта элементов систем; принимать объекты в эксплуатацию; разрабатывать мероприятия (проекты) по улучшению систем и сооружений; проводить научно-производствен-ные исследования.

Изучение дисциплины базируется на знании почвоведения, сельскохозяйственной мелиорации, гидротехнических сооружений, сельскохозяйственного водоснабжения, насосов и насосных станций, внутрихозяйственных дорог.

Учебник предназначен для студентов очного и заочного обучения специальности 1-74 05 01 – мелиорация и водное хозяйство, будет также полезным для работников производственных организаций, занимающихся эксплуатацией мелиоративных и водохозяйственных систем.
1. ОСУШИТЕЛЬНЫЕ И ОСУШИТЕЛЬНО-УВЛАЖНИТЕЛЬНЫЕ

СИСТЕМЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА
Классификация систем. Мелиоративные системы классифицируют по разным показателям.

По способу отвода избыточных вод их делят на самотечные (грунтовые и поверхностные воды отводятся самотеком в проводящую сеть и водоприемник) и с машинным водоподъемом (избыточную воду перекачивают в водоприемник насосами).

По конструкции системы подразделяют на открытые и закрытые, а по масштабам обслуживания – на межхозяйственные (обслуживают два и более хозяйств) и внутрихозяйственные (обслуживают земли одного хозяйства).

По способу регулирования водного режима почвы различают системы осушительные, осушительно-увлажнительные и комбинированные. Осушительно-увлажнительные системы бывают с предупредительным шлюзованием (с использованием местного стока), с гарантированным увлажнением (с использованием воды из гарантированного водоисточника), с дождеванием при помощи передвижной, полустационарной и стационарной систем. Комбинированные – сочетание на одном объекте участков с системами осушительными, с предупредительным шлюзованием, с гарантированным увлажнением и дождеванием.


Среди осушительных имеют место системы польдерного типа. Их устраивают для осушения участков, поверхность которых расположена на одном уровне или ниже уровня воды в водоприемнике. Как правило, польдерные системы обслуживают земельные массивы в поймах отдельных рек и на участках низменного морского побережья. Они характеризуются наличием заградительных дамб, насосных станций, работающих на откачку воды, регулирующей емкости для аккумулирования объемов воды, превышающих производительность насосной станции во время ливней и интенсивного снеготаяния. Избыточные воды при этом накапливаются в регулирующей емкости, а на осушаемой территории нет угрозы подъема уровней почвенно-грунтовых вод. В период снижения притока регулирующую емкость освобождают откачкой воды. На польдерных системах увеличивается объем эксплуатационных работ по сравнению с самотечными за счет содержания дамб обвалования территории, обслуживания насосной станции, линии электропередачи и всего электрооборудования.

Осушительные и осушительно-увлажнительные системы можно подразделить на классы в зависимости от площади обслуживания, развитой сети каналов, дрен, дамб, насосных станций, сооружений, водохранилищ, дорог, эксплуатационных устройств. По техническому состоянию выделяют четыре разряда систем: в хорошем состоянии, в удовлетворительном, ниже удовлетворительного и в неудовлетворительном. Такое подразделение на разряды устанавливают при обследовании систем и используют при планировании их улучшения, развития или переустройства, а также определения условий эксплуатации.

Технический уровень систем. Осушительные и осушительно-увлажни-тельные системы – это комплекс инженерно-мелиоративных устройств и сооружений, предназначенных для регулирования водного режима почвы с целью обеспечения необходимых условий для интенсивного развития сельскохозяйственных культур. В состав комплекса устройств входят: регулирующая, ограждающая, проводящая и водоподводящая части гидромелиоративной системы; водоприемник; гидротехнические и природоохранные сооружения; дорожная сеть; эксплуатационные устройства, системы дождевания.


При проектировании, строительстве или реконструкции систем учитывались новейшие достижения гидромелиоративной науки и практики. Устаревшие и технически несовершенные системы перестраивали и доводили до уровня современных требований. Значительное развитие получили осушительно-увлажнительные системы с забором воды из гарантированного водоисточника (река, водохранилище). Гидротехнические сооружения выполнены из бетона и железобетона с применением сборных элементов и конструкций. Осушительные системы в основном построены в виде закрытого материального дренажа, открытые собиратели заменены коллекторами из железобетонных труб большого диаметра, части откосов каналов укреплены бетонными плитами. Системы оснащали эксплуатационными устройствами. Все это повышало надежность систем и облегчало их эксплуатацию.

Эксплуатационные требования к техническим устройствам мелиоративных систем. При составлении проектов строительства новых или переустройства старых мелиоративных систем необходимо предусматривать оснащение их необходимым эксплуатационным оборудованием. Состав и объем эксплуатационного оснащения следует включать в капитальные затраты на строительство мелиоративной системы.

В проектах мелиорации необходимо разрабатывать мероприятия по вводу в действие системы и освоению проектной мощности, а также рекомендации по организации ее эксплуатации.

Дальнейшее развитие мелиоративных систем должно идти по пути совершенствования их конструкции, внедрения железобетонных элементов гидротехнических сооружений с учетом снижения материалоемкости и работы сооружения в автоматическом режиме.

Для обеспечения надежной и долговечной работы мелиоративных систем необходимо управлять качеством их проектирования, строительства или реконструкции. Система управления качеством – это комплекс научно-технических и организационных мероприятий, обеспечивающих безотказную работу систем в заданный промежуток времени. Основные и обязательные из них – научное обоснование технического решения проектируемой мелиоративной системы; установление степени надежности безотказной работы отдельных элементов и системы в целом в сроки, определенные соответствующими нормативами при правильном их использовании; инженерная подготовка строительства систем, в процессе которой особо тщательно необходимо контролировать качество поступающих строительных материалов и конструкций; выполнение строительных работ согласно существующим нормативам; обеспечение строительства квалифицированными кадрами; систематический авторский надзор. Выполнение этих мероприятий позволит в большей степени удовлетворить эксплуатационные требования к техническим устройствам мелиоративных систем, повысить их долговечность, облегчить обслуживание и уменьшить эксплуатационные затраты, обеспечить возможность управлять водным режимом почвы в соответствии с требованиями сельскохозяйственного производства.

2. РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОДНОГО РЕЖИМА

ОСУШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ
2.1. Использование осушаемых земель
Мелиорация земель является одним из существенных факторов создания благоприятных условий для мобилизации потенциального плодородия почв и, следовательно, интенсификации сельскохозяйственного производства. На мелиорированных землях производится более трети продукции растениеводства и в перспективе этот объем может быть увеличен. Для многих районов республики мелиорация земель являлась объективной необходимостью. Осушаемые земли на значительной части территории Беларуси размещены относительно небольшими участками среди неосушаемых массивов. В одних и тех же хозяйствах сельскохозяйственные культуры выращивают как на тех, так и на других площадях. Крупные осушаемые массивы имеются в основном на территории Полесской низменности, где мелиорация земель сопровождалась созданием новых сельскохозяйственных предприятий со строительством благоустроенных поселков с необходимыми производственной и социально-бытовой сферами.

В общей площади осушенных сельскохозяйственных земель пахотные занимают около 1,3 млн. гектаров (45,3%), сенокосные и пастбищные – 1,6 млн. гектаров (54,7%). Анализ почвенного покрова осушенных территорий свидетельствует о преобладании минеральных почв в составе мелиорированных угодий. В регионе Белорусского Полесья в структуре почвенного покрова имеют место песчаные и рыхлосупесчаные почвы, которые мало обеспечены питательными веществами, подвержены ветровой эрозии. Среди них 985,9 тыс. гектаров относятся к переувлажненным и временно избыточно увлажняемым. На временно избыточно увлажняемых песчаных и рыхлосупесчаных почвах при соответствующей агротехнике возможно выращивание большинства сельскохозяйственных культур без осушения.

Заболоченные дерново-подзолистые и дерновые почвы (глееватые и глеевые) на пахотных угодьях располагаются чаще всего в сочетании с автоморфными и временно избыточно увлажняемыми. Дерновые почвы являются наиболее плодородными, и после проведения гидромелиоративных мероприятий их можно использовать под разные культуры. Полугидроморфные суглинистые почвы, развитые на связных почвообразующих породах, занимают около 30% в составе переувлажняемых земель республики. Расположены они в основном в Белорусском Поозерье, значительную часть которого занимает Витебская область. Они обладают сравнительно высоким потенциальным плодородием, но характеризуются крайне неблагоприятными водно-физическими свойствами: слабая водопроницаемость, высокая плотность пахотного и особенно подпахотного горизонтов, слабая водоотдача даже при полной влагоемкости почвы. Наличие в подпахотном слое плотной оглеенной прослойки приводит к переувлажнению расположенных выше слоев почвы после снеготаяния и обильных дождей. Верхние слои подвержены пересыханию в засушливый период. Мелиоративные и эксплуатационные мероприятия здесь должны быть направлены на регулирование водного режима комплексным применением агромелиоративных и агротехнических приемов, химической и биологической мелиорации. Дерново-подзолистые суглинистые и глинистые почвы наиболее целесообразно использовать в системе полевых и кормовых севооборотов для производства зерна, картофеля, льна, трав, кормовых корнеплодов и др.


Торфяники в зависимости от генезиса и характера увлажнения делят на низинные, верховые и переходные. В зависимости от мощности торфяного слоя торфяно-болотные и заболоченные почвы делят на торфянисто-глеевые, у которых глубина торфяного слоя не превышает 30 см; торфяно-глеевые с глубиной торфа от 30 до 50 см; торфяно-болотные с мощностью торфа от 50 до 100 см; торфяные среднемощные с глубиной торфа от 100 до 200 см и мощные со слоем торфа более 200 см. Удаление избытка влаги и усиление доступа воздуха активизируют разложение органического вещества торфа. Поэтому при планировании мелиоративных мероприятий и сельскохозяйственного использования торфяных участков надо предусматривать меры по снижению интенсивности этого процесса. Торфяные почвы с глубиной залежи торфа до 1 м в осушенном состоянии необходимо использовать только под многолетние травы, культурные сенокосы и пастбища с возделыванием зерновых культур в период перезалужения. В хозяйствах, где более половины пашни расположено на таких почвах, зерновые культуры можно возделывать чаще при обязательном проведении мероприятий по восстановлению положительного баланса органического вещества. Участки с глубиной залежи торфа более 1 м в осушенном состоянии используют под луговые угодья, а также под зернотравяные севообороты, в структуре которых посевные площади многолетних трав будут составлять не менее 50%.

Повышение эффективности мелиорируемых земель во многом зависит от правильной эксплуатации мелиоративной системы, агротехники, четкой организации регулирования водного режима почвы в соответствии с требованиями сельскохозяйственных растений.
2.2. Требования сельскохозяйственного производства

к водному режиму почвы
Известно, что сельскохозяйственные культуры предъявляют разные требования к водному режиму почвы. Кроме того, каждая культура имеет критические периоды (фазы) развития, когда происходит наибольшее потребление воды и питательных веществ.

Различают четыре основные фазы развития – прорастание, кущение, цветение, созревание. Необходимо знать требования растений к водному режиму почвы на каждой из этих стадий. Злаковые культуры, например, больше всего воды потребляют в период кущения и выколашивания; картофель – в начале цветения и через 10...15 сут после начала цветения; сахарная, столовая и кормовая свекла – в период интенсивного роста листьев и утолщения корня; капуста – во время образования кочана. В период созревания потребность растений в воде уменьшается и в конце его совершенно падает. Требования различных культур к влажности почвы в процентах от полной влагоемкости характеризуются следующими данными:



Зерновые и корнеплоды . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Овощные. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Травы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

65…80

60…75

80…85


В естественных условиях влажность почвы обычно отклоняется от наиболее благоприятных (оптимальных) значений. Если эти отклонения находятся в допустимых пределах, то сельскохозяйственные культуры развиваются нормально и дают хорошие урожаи. За верхний допустимый предел многие исследователи рекомендуют принимать влагозапасы, соответствующие 0,9...1,0 наименьшей влагоемкости (НВ). Нижний допустимый предел влагозапасов (НП) принимают для тяжелых по гранулометрическому составу почв 70...75%, для средних – 65, для легких почв – 60, для торфяных – 70 % наименьшей влагоемкости.

Обеспеченность сельскохозяйственных растений влагой зависит также от глубины используемого почвенного слоя. Установлено, что растения с малой глубины поглощают воды больше, чем из глубоких слоев. Это связано с глубиной проникновения основной массы корневой системы. Так, в почвенных условиях нашей страны у зерновых культур основная масса корней располагается в слое до 25...35 см, у овощных культур и бобовых трав – 40...50 см. Поэтому наиболее высокие требования сельскохозяйственное производство предъявляет к влажности пахотного и подпахотного слоев почвы. В то же время влажность этих слоев наиболее неустойчива и подвергается значительным колебаниям.

Определенные требования сельскохозяйственные растения предъявляют к глубине стояния грунтовых и почвенно-грунтовых вод на осушаемых участках. Влажность и аэрация активного слоя почвы находятся во взаимосвязи с уровнем стояния грунтовых вод. Если грунтовые воды опускаются до глубины нормы осушения, то влажность активного слоя, как правило, находится в допустимых пределах.


Норма осушения изменяется во времени, зависит от климатических условий, а также от почвенных и гидрогеологических характеристик. Примерные минимальные нормы осушения приведены в табл. 2.1.

В определенных условиях увеличение нормы осушения повышает урожайность сельскохозяйственных культур. Обычно это имеет место на мощных низинных торфяниках с интенсивным грунтовым питанием. Однако в этом случае при понижении грунтовых вод на глубину более 1,4 м верхние слои торфяной залежи иссушаются, ускоряется разложение и минерализация торфа, появляется опасность ветровой эрозии и пожаров.
Таблица 2.1. Минимальные нормы осушения, см


Культуры

Предпосевной период

Первый месяц вегетации

Последующий период вегетации

Зерновые яровые

//----// озимые

Конопля

Картофель, сахарная и кормовая свекла

Овощные, подсолнечник, кукуруза на силос

Травы на сено

//----// выпас (пастбища)

45 … 50

50 … 60

50 …60
50 … 60
50 … 60

40 … 50

50 … 60

70 … 80

70 … 80

70 … 85
85 … 100
70 … 80

50 … 60

65 … 70

70 … 90

70 … 90

85 … 105
90 … 100
80 … 100

60 … 75

70 … 80



следующая страница >>