Проект создания мелиоративных систем

Выпускники академии по специальности "Садово-парковое и ландшафтное строительство" будут благоустраивать населенные пункты и прилегающие к ним территории, которые в настоящее время находятся в неудовлетворительном состоянии (имеют либо избыточное, либо недостаточное увлажнение; неровности рельефа; низкое естественное плодородие; засорены пнями, камнями, кустарником и кочками).

Прежде, чем создавать на этих территориях сады и парки, их необходимо окультурить с помощью средств мелиорации. Проектом охвачены почти все виды мелиорации, в том числе два крупных раздела (осушительные и оросительные мелиорации) и сопутствующие им культуртехнические и химические мелиорации, что вполне соответствует его названию и содержанию.

Условия, необходимые для роста и развития растений, определяются факторами жизни растений, их оптимальными значениями и соотношениями, действующими в соответствии с законами земледелия.

К незаменимым условиям жизни растений, обеспечивающим нормальный рост и развитие, относятся: свет, тепло, воздух, вода, питательные вещества и реакция почвенной среды.

Первые два фактора (свет и тепло) определяются природными условиями и очень мало регулируются человеком. Зато остальные факторы в значительной степени зависят от человека и могут существенно им регулироваться.

Абсолютные значения и процентные соотношения воды и воздуха в почве определяются пористостью почвы и очень редко соответствуют оптимальным значениям. Оптимальные же значения пористости почвы, в процентах от объема почвы составляют:

- общей пористости 50-65 %

- капиллярной 35-40 %

- межагрегатной 15-25 %

От этих видов пористости зависит наличие воды и воздуха в почве: в капиллярных порах содержится капиллярная вода, которая удерживается в них длительное время, а в межагрегатных порах содержится гравитационная вода, которая под силой собственной тяжести через 2-4 суток стекает в более глубокие слои почвы, а ее место занимает воздух.

В зависимости от наличия воды в почве устанавливаются полная и наименьшая влагоемкости:

- полная влагоемкость – максимальное количество воды, которую может вместить почва, при условии заполнения всех пор водой;

- наименьшая – максимальное количество воды, которую может удержать почва после свободного стекания гравитационной воды.

Оптимальные значения составляют:

- воды 60-80% ПВ

- воздуха 40-20% ПВ

Оптимальное наличие питательных веществ, в мг на 100 г. почвы:

- азота (N) 8-12

- фосфора (P₂O₅)17-25

- калия (K₂O) 17-25

Оптимальная реакция почвенной среды:

- по pH 6-8

- по Hг 1-2 мг-экв/100 г.

Природная обеспеченность почв факторами жизни растений далеко не соответствует оптимальным значениям и для их регулирования требуется вмешательство человека. При этом необходимо учитывать, что для различных культур требуются различные количественные значения и процентные соотношения факторов жизни растений, которые подчиняются законам земледелия.

Закон незаменимости факторов гласит, что ни один факторов не может быть полностью заменен другими факторами.

Закон оптимума свидетельствует о том, что урожайность культур возрастает с увеличением факторов до тех пор, пока не пройдено состояние оптимума.

Закон минимума – урожайность культур ограничивается фактором, находящимся в минимуме.

Закон взаимодействия факторов гласит, что при совместном применении факторов эффективность их повышается и прибавка урожая бывает выше, чем сумма прибавок от этих же факторов, применяемых раздельно.

Закон возврата – факторы, выносимые с урожаем, должны восполняться.

В Федеральном законе о мелиорации земель дано такое определение:

"Мелиорация земель" - коренное улучшение земель путем проведения гидротехнических, культуртехнических, химических, противоэрозионных, агролесомелиоративных, агротехнических и других мелиоративных мероприятий".

Водно-воздушный режим почвы регулируют гидротехнические мелиорации.

Питательный режим и реакцию почвенной среды – химические мелиорации.

Очистку территории и окультуривание пахотного слоя – культуртехнические мелиорации.

Очередность выполнения мелиораций должна устанавливаться в зависимости от возможностей их выполнения и последовательности работ в технологическом цикле:

1) осушительные мелиорации – при избытке влаги;

2) культуртехнические мелиорации при засоренности участка;

3) химические мелиорации при повышении кислотности и низком плодородии участка;

4) глубокое рыхление - при повышенной плотности почв и недостатке воздуха в них;

5) оросительные мелиорации – при недостатке влаги.

Целью проекта является создание на отведенных территориях оптимальных условий для закладки и эксплуатации садов и парков.

Задачи проекта:

1.Регулирование водного, воздушного и питательного режимов почв с помощью гидротехнических, культуртехнических и химических мелиораций.

2.Посев и уборка на участке предварительных культур с получением плановой урожайности.

3.Определение экономической эффективности и целесообразности проведения мелиоративных мероприятий.

Задание на разработку курсового проекта и исходные данные

I. Составить проект осушения избыточно увлажненного участка гончарным дренажем.

II. Исходные данные.

1. Участок, изображенный на плане, переувлажняется за счет притока поверхностных вод со склонов прилегающего водосбора, замедленного стока атмосферных осадков и высокого стояния грунтовых вод, т. е. в избыточном увлажнении принимают участие атмосферный, делювиальный намывной и грунтовый типы водного питания.

2. Водосборная площадь составляет 1200 га.

3. Почва участка - тяжелый суглинок.

4. Расчетная интенсивность атмосферных осадков (А) – 16 мм/сут.

5. Коэффициент фильтрации (К) – 0,5 м/сут.

6. Коэффициент поглощения воды почвой (µ) – 0,7 доли от объема.

7. Коэффициент дренажного стока (ν) – 0,5

8. Коэффициент водоотдачи (С) – 6 %

9. Глубина заложения дрен (Н) – 1,1 м.

10. Норма осушения (Z) – 0,5 м.

11. Продолжительность понижения уровня грунтовых вод (Т) – 9 суток.

12. Гидролитическая кислотность (Hg)- 4,4 МГ-экв/100г почвы.

13. Содержание элементов питания в почве:

азота (N) 2 мг/100г

фосфора (P₂O₅) 5 мг/100г

калия (K₂O) 6 мг/100г

Проектирование в плане системы двойного регулирования режима почв (осушение гончарным дренажем, орошение – дождеванием)

Осушительная система – это комплекс инженерных сооружений и устройств, создающих необходимые условия для улучшения водного режима переувлажненных земель.

В состав осушительной системы входят:

1) проводящая часть:

- главный магистральный канал;

- закрытые транспортирующие собиратели (коллекторы);

- коллекторы;

2) регулирующая часть – дрены;

3) оградительная часть – нагорные каналы;

4) дополнительные сооружения (дороги, мосты, трубы-переезды);

5) поля севооборота

Проектирование всех элементов осушительной системы производится в определенной последовательности: начинают с проектирования проводящей части осушительной сети, оградительной сети и, затем, проектируют регулирующую сеть.

Трасса магистрального канала прокладывается по самым низким отметкам поверхности осушаемого массива, используя в первую очередь, естественные протоки, тальвеги и другие, хорошо выраженные понижения. Магистральный канал должен принимать воду самотеком с любой точки площади, подлежащей осушению. Положение магистрального канала должно, по возможности, обеспечивать двухсторонний прием воды. Уклоны магистральных каналов определяются уклонами поверхности осушаемой территории и предельно допустимым скоростям на размыв, заиление и зарастание. Минимальный уклон – 0,0002

Расположение транспортирующих собирателей и дренажных коллекторов должно отвечать некоторым условиям. Они должны трассироваться по границам полей севооборота, севооборотных участков. При трассировании транспортирующих собирателей и коллекторов надо учитывать последующее размещение регулирующей сети. Уклоны для транспортирующих собирателей следует принимать не ниже 0,0004, а при плоском без уклонном рельефе – 0,0003. Уклон дренажного коллектора должен быть не менее 0,002, чтобы предотвратить заиление и закупорку трубы коллектора.

В случае ограждения осушаемых земель от поступления поверхностной воды, стекающей с вышележащего водостока, проектируются нагорные каналы. Они прокладываются вдоль верхней границы осушаемой территории, у подножия склона с уклонами 0,0003 – 0,0005, вода из нагорных каналов сбрасывается в проводящую сеть осушительной системы.

Регулирующая осушительная сеть состоит из сети каналов и дрен для сбора избыточной поверхностной и грунтовой воды, непосредственно на осушаемой площади, для создания и поддержания в корнеобитаемом слое оптимального водно-воздушного режима, отвода собранной воды в проводящую сеть.

Наиболее совершенным типом осушительной сети является закрытая осушительная сеть, в основе которой лежит регулирующая сеть в виде закрытых дрен. Дрена – закрытый канал, на дне которого укладывается водопроводящий материал. Наибольшее применение на практике осушения находит гончарный дренаж: керамические трубки длиной 93 см., диаметром от 5 до 25 см. укладываются на дно траншеи впритык одна к другой.

Расположение дрен в плане должно обеспечивать максимальный перехват почвенно-грунтовых и поверхностных вод.

Расстояние между дренами считается по формуле:

где Н – глубина закладки дрены, м;

Z – норма осушения, м;

T –продолжительность понижения уровня грунтовых вод, сут.

K – Коэффициент фильтрации, м/сут;

C – коэффициент водоотдачи, %.

Длина дрены не должна превышать 200-250м, а уклон должен быть не менее 0,002.

Гидрологические и гидравлические расчеты

Определяем потребительский расход магистрального канала (Q_{мк потр.}):

Модуль поверхностного стока:

Приток воды с водосбора:

Q _вод = S вод.*q = 1200*0,64=768 л/с

Модуль дренажного стока:

Расход дренажного коллектора:

Q _колл = F _колл.* q _дрен.=12*0,65=8,0 л/с=0,008 м³/с

Диаметр коллектора:

Суммарное количество дренажного стока:

∑Q_колл = q_дрен*S _уч.=0,65*204 = 132,6 л/с

Потребный расход магистрального канала:

Q _{мк потр.} = Q_вод + ∑Q_колл = 768 + 132,6 = 900,6 л/с = 0,9м³/с

Определяем расчетный расход магистрального канала (Q _{мк. расч}):

Он должен быть больше потребного расхода (Q _{мк. потр.}) на 5 %.

1. h = 0,9 м (глубина канала)

2. m = h*j, м (заложение откоса), m = 0,9*1 = 0,9 м

3. b = 0,4 м (ширина канала по дну, равна ширине ковша экскаватора)

4. a = 2m+ b, м (ширина канала по верху), a = (2*0,9) + 0,4 = 2,2 м

5. n = Ö(h² + m²⁾, м (длина откоса), n = Ö(0,81²+0,81²⁾ = 1,27 м

6. P = 2n + b, м (смоченный периметр), P = (2*1,27) + 0,4 = 2,94 м

7.

8.

9.

γ – коэф. шероховатости русла канала = 1,5

10. V = C * R* i_мк , м/с (скорость течения воды в канале)

V = 24,9*Ö0,4*Ö0,0027 = 0,82 м/с

11. Q _{мк. расч} = V ∙ F, м³/с

Q _{мк. расч} = 1,17*0,82 = 0,95 м³/с

Он должен быть больше Q_{мк. потр} на 5%. Если Q _{мк. расч} окажется меньше Q_{мк. потр}, то следует увеличить глубину магистрального канала (h) все расчеты повторить.

Если Q _{мк. расч} окажется значительно больше Q _{мк потр} , то глубину канала нужно уменьшить и все расчеты повторить снова.

,95 > 0,9 на 5%

Q _{мк. расч} > Q _{мк потр} на 5%

Для облегчения расчетов ниже приводятся ориентировочные значения коэффициентов заложения откосов (x) и глубин канала (h), соответствующие механическому составу грунта.

Мероприятия по окультуриванию и залужению участка

При осушении гончарным дренажем окультуривание имеет некоторые особенности и последовательность.

Вначале с участка отводится поверхностная вода открытыми мелкими канавами и бороздами. Проводят очистку от древесно – кустарниковой растительности и кочек. Затем проводят планировку и досушение участка гончарным методом.

После закладки дренажа проводят окультуривание: внесение извести, органических и минеральных удобрений, залужение участка.

Для вычесания камней с глубины до 50 см применяют рыхлитель –камневычесыватель РВК-2,0 в агрегате с трактором Т-130МГ. Для уборки камней с поля применяют камнеуборочные машины КУМ-1,2 и УКП-0,6 в агрегате с трактором ДТ-75 М и МТЗ-80.

Пни выкорчевывают, просушивают, перетряхивают, освобождают от земли, вывозят с участка, измельчают в технологическую щепу и изготавливают ДСП. Подбор и измельчение выполняют МТП-82 в агрегате с Т-250, К-701.

Уборку кустарника выполнять кусторезами КФ-2.8 в агрегате с Т-130МБГ. Мелкий кустарник измельчать фрезерными машинами МТП-44А и ФКН-1,7 в агрегате с Т-130 МБГ.

Уничтожение кочек выполняют кочкорезами КПД-2 с фрезерными рабочими органами в агрегате с трактором Т-130МБГ.

Первичную вспашку следует выполнять на глубину 35-45 см плугами ПБН-75 и ПБН-100А в агрегате с тракторами Т-150 и Т-130МБГ.

Первичную обработку минеральных почв с включениями камней можно выполнять бороной БДМ-4 на глубину до 30 см в агрегате с К-701 и Т-130МБГ.

Для глубокого рыхления тяжелых почв желательно применять ВР-80 и РВШ-0,8 в агрегате с Т-170 и Т130МБГ. Глубокое рыхление нужно выполнять при влажности почв 70-80% НВ, когда почва хорошо крошится, после выполнения всех работ перед залужением. По закрытому дренажу глубокое рыхление проводят выше уровня закладки дренажа на 20-30 см.

Она подразделяется на глубоко-строительную, выполняемую бульдозерами и скреперами; отделочную и послеосадочную, выполняемую грейдерами, и эксплуатационную, выполняемую ежегодно длиннобазовыми планировщиками.

Технологические требования к выполнению планировки: снять плодородный слой и сбуртовать его за пределами планируемого участка; разрыхлить слой, подлежащий планировке; выполнить планировку; разровнять по поверхности спланированного участка плодородный слой.

Для восстановления плодородия почвы, нарушенного при планировке, на каждый сантиметр неплодородного слоя нужно внести по 10 т/га органических удобрений. То же самое необходимо делать и при углублении пахотного слоя.

Для повышения уровня плодородия до верхнего предела нужно вносить по 60-100 тонн на гектар органических удобрений в течение 3-4 лет.

А для поддержания бездефицитного баланса гумуса нужно ежегодно вносить на каждый гектар суглинистых почв 10-15 т, супесчаных - 14 -17 т и песчаных - 18-20 т, т.е. при разовой норме 100 т/га внесение органических удобрений нужно повторять каждые 5 лет.

Для нейтрализации кислотности почвы требуется проводить известкование. Расчет доз извести должен быть выполнен по гидролитической кислотности и формулам:

а) Драсч=5*Г*Н*А,

б) Дфакт: =(Драсч*106) /(К(100-Б)*( 100-В)),

где Драсч. - расчетная доза действующего вещества (СаСОз), т/га;

Дфакт - фактическая доза известкового материала, т/га; Г - гидролитическая кислотность, мг-экв/100г почвы;

Н - глубина, известкуемого слоя, м (=0,5 м);

А - объемная масса этого слоя, г/см³ (=1,3-1,4 для мин. почв; =0,4 для торфа);

К - содержание СаСОз в известковом материале, (=80%);

Б - содержание в известковом материале частиц диаметром более 1 мм, (=10%);

В - содержание влаги в известковом материале, (=10%)

Внесение минеральных (фосфорно-калийных) удобрений можно проводить еще до известкования. Особенно это важно для фосфоритной муки, которая лучше растворяется в почве при повышенной кислотности почвы.

Возможные дозы минеральных удобрений, соответствующие данному уровню плодородия даны ниже. Азотные удобрения, в дозах N 240-300 кг д.в./га, лучше вносить в год выращивания культуры и дробно, а фосфорные (Р205) по 150-200 кг д.в/га и калийные (К20) по 180-220 кг д.в./га лучше вносить с осени.

Залужение. Критерием завершенности мелиоративных работ на участке считается посев предварительных культур и получение плановой урожайности не менее 8-10 тысяч кормовых единиц с гектара, что соответствует 40-50 т/га зеленой массы однолетних и многолетних трав, 60-70 т/га кормовой свеклы и 8-10 т/га зерна.

В качестве предварительной культуры лучше всего использовать многолетние травы, потому что они могут 5-6 лет расти на одном месте и давать по два полноценных урожая в год; доосушают участок и выравнивают его плодородие за счет корневой системы; являются лучшим предшественником для большинства культур и способствуют быстрому введению и освоению любых севооборотов.

Поэтому залужение участка и получение плановых урожаев можно считать завершающим этапом всех мелиоративных работ на участке.

Для залужения лучше всего использовать смеси многолетних трав в следующих соотношениях и нормах высева в кг/га семян 100% хоз.годности:

тимофеевка луговая 6

овсяница луговая         5

кострец безостый         10

лисохвост луговой       5

клевер луговой   5

клевер ползучий 5

ВСЕГО      36

Подсевать многолетние травы лучше под покров однолетних трав, которые убираются рано (в конце июля) и полностью, после чего создаются благоприятные условия для роста и развития многолетних трав.

Перечисленный выше комплекс работ по определению видов потребных мелиораций и окультуриванию участка вполне соответствует требованиям, предъявляемым к:

· освоению мелиорированных земель;

· созданию долголетних культурных пастбищ;

· и овоще - кормовых севооборотов.

После окультуривания участка и посева предварительных культур (в данном случае - многолетних трав) ввести на участке севооборот, соответствующий ранее установленному количеству полей на участке при проектировании осуши тельно-оросительной системы.

Севооборот должен включать не менее 50% полей с многолетними травами; остальную площадь могут занимать однолетние травы, овощные и кормовые культуры. Пропашные культуры должны располагаться в севообороте не более двух лет подряд.

Примерная схема 12-польного севооборота в пойме может быть:

1) однолетние травы с подсевом многолетних трав;

2-7) многолетние травы 1-VI гл. используемые на: сенаж, сено, травяную муку, семена и выпас 2 года;

8 и 9) картофель и морковь;

10) однолетние травы на зеленый корм;

11-12) капуста и кормовая свекла.

Расчеты необходимые для проектирования осушительной системы

Вычисление общей площади и возможного количества полей на участке

Общая площадь составляет 208 га.

Количество полей – 8 (4 поля по 23 га, 4 поля по 28 га)

Подбор дождевальных машин для орошения участка

Для орошения можно применить среднеструйные дождевальные машины - ДКШ – 64, ДФ – 120.

Схема севооборота с предварительными культурами.

1. Однолетние травы с подсевом многолетних трав

2. Многолетние травы I года пользования на сенаж

3. Многолетние травы II года пользования на сено

4. Многолетние травы III года пользования на выпас

5. Картофель

6. Морковь

7. Капуста

8. Кормовая свекла

Программирование урожаев по водному и питательному режимам

Чтобы получать запланированные урожаи культур при наименьших затратах, необходимо, согласно законам земледелия, создать для растений оптимальные сочетания и значения факторов жизни растений. В природе такие условия встречаются редко, поэтому человек должен сам регулировать эти факторы.

Определение возможной урожайности культур при естественном увлажнении и дополнительной потребности в поливной воде для получения плановой урожайности

1. Е_план = У_план * К, м³/га

2. М_орос = Е_план – Е_ест , м³/га

3. Е_ест = W_прод+W_ос+W_гр, м³/га

4. W_прод = 100*Н*А(В_нв-В_вуз), м³/га

5. W_ос=Р*а*10, м³/га

6. W_гр=W_гр-сут*Д_вег, м³/га

7. m = 100*H*A(В_нв-В_ппв), м³/га

8. n = M/m, раз

9. У_ест = Е_ест/К, т/га

Где Е_план - плановое суммарное водопотребление, м³/га

У_план – плановая урожайность культур, т/га

К – коэффициент водопотребления, м³/т

М – оросительная норма, м³/га

Е_ест – возможное суммарное водопотребление за счет естественного увлажнения, м³/га

W_прод - запас продуктивной влаги к началу вегетации, м³/га

W_ос – количество воды, поступившее с осадками за вегетационный период, м³/га

W_гр – количество воды, поступившее из грунтовых вод за вегетационный период, м³/га

m – поливная норма, м³/га

n – количество поливов, раз

У_ест – возможная урожайность при естественном увлажнении, т/га

Н – глубина исследуемого слоя почвы, м

А – объемная масса исследуемого слоя почвы, г/см³

В_нв – влажность почвы, соответствующая наименьшей влагоемкости, в процентах от массы АСП

В_вуз – влажность почвы, соответствующая влажности устойчивого завядания, в процентах от массы АСП

а – коэффициент использования осадков = 0,6-0,8

Р – сумма осадков за период вегетации культуры, мм

W_гр-сут – суточный расход воды из грунтовых вод (м³/га. сут), зависящий от глубины залегания грунтовых вод и механического состава почвы

Д_вег – продолжительность вегетационного периода культур, суток

10 – коэффициент пересчета осадков из мм в м³/га

В_ппв – предполивная влажность почвы, в % от НВ