Противоэрозийные мероприятия

Валы-террасы

На склонах крутизной 4-6° эффективность таких водозадер-живаюших приемов, как лункование и прерывистое бороздова-ние, резко снижается, уменьшается также емкость микролиманов. В этих условиях большое значение для задержания стока приобретает сооружение валов-террас (валов с широким основанием или гребневидных террас) (Степанов, Овчаренко, Захаров, 1980).

Их создают на склонах крутизной не более 6° при невысокой ложбинности склона. Валы-террасы строят по горизонталям местности и привязывают к границам полей и производственных участков. Высота валов обычно 30-60 см, ширина основания — в 8-12 раз больше высоты. Благодаря пологим откосам такие валы легко преодолеваются всеми сельскохозяйственными машинами при обработке почвы, посеве и уборке урожая (рис. 9). Для строительства валов-террас необходимы плуги, грейдеры или бульдозеры. Вначале распахивают всвал полосу на ширину основания вала, а затем почву перемещают на вал грейдером или бульдозером. Концы вала заворачивают вверх по склону под углом 120° и постепенно сводят на нет. После этого вал планируют, выдерживая горизонтальность гребня, и укатывают тяжелыми катками.

Расстояние между соседними валами рассчитывают на сток 10% обеспеченности по двум условиям: неразмываемости пространства между ними и непереполняемости прудка перед валом.

Один погонный метр вала задерживает объем воды (V, м3), равный h2/2I, где h — рабочая высота, м; / — тангенс угла наклона склона. Максимальный расход воды qмакс с полосы склона шириной 1 м равен rσx, где r — интенсивность осадков, м/с; σ — коэффициент стока; х — длина склона (в данном случае расстояние между валами-террасами), м. Тогда объем стока W c полосы шириной 1 м выражается следующим уравнением:

 

 

Если вода не переливается через вал, т.е. выполняется условие W≤ V, то

h2/2I≥ rσxдопТ.

 

Отсюда легко найти допустимое (по условию непереполняемости прудка) расстояние между валами

 

Xдоп≤h2rσT/2I

 

Рассчитав допускаемые по двум условиям расстояния между валами, выбирают меньшее.

Рис. 9. Вал-терраса с широким основанием: 1 — вал; 2 — прудок: h — высота вала; Лр — рабочая высота вала

В условиях избыточного увлажнения на тяжелых маловодопроницаемых почвах делают наклонные террасы, чтобы сбросить избыток воды в залуженные водотоки. Уклон по длине вала в сторону водосброса принимается не более 0,005 во избежание его размыва.

Ступенчатые террасы

Ступенчатые террасы сооружаются в целях интенсивного использования крутых склонов под ценные многолетние культуры с механизированными обработкой почвы и уходом за растениями, задержания поверхностного стока и зашиты почв от эрозии. Они представляют собой непрерывные вытянутые по горизонтали (или с допустимым уклоном вдоль полотна) площадки той или иной ширины. Механизм противоэрозионного действия террасирования основывается на уменьшении скорости движения воды и увеличении поглощения воды почвой. Не каждый склон пригоден для террасирования. На песчаных породах террасы оказываются непрочными, на каменистых и плотных породах они обходятся слишком дорого. На склонах сложной конфигурации, где направление падения склона и его крутизна меняются на протяжении 30^40 м, делать террасы очень трудно.

Ступенчатые террасы состоят из полотна, выемочного и насыпного откосов (рис. 10). Расстояние между насыпным откосом верхней террасы и выемочным откосом нижней террасы называется бермой. В засушливых районах, особенно на орошаемых террасах, по нижнему краю полотна устраивают валы для задержания влаги. В районах избыточного увлажнения (например, на побережье Кавказа) вдоль выемочного откоса прокладывают канаву для отвода избытка воды, при этом полотну террасы придается небольшой продольный уклон. В поперечном сечении полотно террасы может быть горизонтальным, иметь прямой уклон (в направлении склона) или обратный уклон.

Террасы с прямым уклоном (3-6°) экономически наиболее выгодны, так как при их сооружении требуется меньший объем земляных работ, лучше сохраняется плодородие почвы около выемочного откоса. Кроме того, регулированием угла наклона полотна удается сохранить постоянную его ширину при изменении крутизны склона в продольном направлении. Однако на террасах с прямым уклоном часть влаги теряется, поэтому такие террасы имеет смысл устраивать в районах с избыточным количеством осадков и низкой водопроницаемостью почвы.

Горизонтальные террасы наиболее удобны в эксплуатации, однако на склонах меняющейся в поперечном направлении крутизны ширина полотна оказывается непостоянной, что приводит к образованию клиньев.

Террасы с обратным уклоном (3-6°) задерживают наибольшее количество влаги, поэтому их целесообразно сооружать в засушливых районах, при этом полотно террасы должно быть строго горизонтальным в поперечном направлении, а почва достаточно водопроницаема, чтобы избежать формирования стока вдоль полотна террасы. Сооружение таких террас требует максимального объема земляных работ, а плодородие полотна, особенно около выемочного откоса, оказывается низким. Для выравнивания плодородия почвы применяют посев сидератов и внесение навоза и минеральных удобрений.

Террасы нарезают в направлении горизонталей. Для этого склон разбивают на полосы различной ширины в зависимости от запроектированной ширины террасы и крутизны склона. Верхнюю кромку выемочного откоса будущей террасы обозначают колышками, идущими строго по горизонталям. При уклоне 8-10° обычно делают полосы шириной 8-10 м, при уклоне 10-12° — 6-8 м, при 12-14° — 4-6 м и при уклоне 14-16° — 3-4 м (Заславский, Каштанов, 1979). Перед террасированием производится засыпка водороин, промоин и неглубоких оврагов.

В зависимости от способа сооружения террасы могут быть напашными или выемочно-насыпными. На склонах крутизной 6-14° террасы сооружают с помощью плантажных или обычных полевых плугов. При вспашке полос с отвалом вниз по склону почва перемещается с верхнего края полосы на нижний. После 4-5-кратной односторонней вспашки почвы формируется на-пашная терраса с прямым уклоном и изогнутым профилем (рис. 8.10). В верхней части полотна имеется небольшое углубление, в средней — небольшая выпуклость и в нижней — выровненная поверхность. При напашном террасировании не происходит полного сбрасывания верхнего гумусового слоя в насыпной откос, в результате тщательного перемешивания почвы он присутствует в той или иной мере во всех частях террасы.

На более крутых склонах террасирование производят специальными террасерами или универсальными бульдозерами. Террасер представляет собой сменный рабочий орган в виде отвала, который навешивается на универсальную раму впереди мощного трактора. Террасы нарезают возвратно-поступательным движением трактора с террасером. Угол отвала 51° обеспечивает перемещение снятой почвы и грунта вниз по склону под гусеницу трактора, идущую по насыпной части полотна. Количество проходов зависит от почвенно-грунтовых условий и крутизны склонов. С увеличением крутизны склона объем земляных работ увеличивается (Степанов, Овчаренко, Захаров, 1980). 

Рис. 10. Схема строения напашной (а) и выемочно-насыпной (б) ступенчатой

террас: 1 — полотно террасы; 2 — выемочный откос; 3 — насыпной откос; 4 —

берма; α — угол поперечного наклона террасы; β — угол наклона склона

 

Окончательное формирование заданного поперечного профиля террасы и откосов производится при помощи грейдера. Угол выемочного откоса обычно около 50-60°, а крутизна насыпного откоса — 35-40°. После нарезки полотно террас рыхлят специальным рыхлителем и выравнивают дисковыми боронами. В районах с каменистыми почвами сооружают вертикальные откосы террас с каменной кладкой, что обеспечивает наибольший выход полезной площади. Откосы террас засевают многолетними травами или ягодными кустарниками.

Траншейные террасы

 

Рис. 11. Схема траншейной террасы

 

Траншейные террасы (террасы-канавы) используются для борьбы с эрозией и селями при облесении крутых (до 35^0°) склонов. Они состоят из траншей, вытянутых строго по горизонталям и валов из вынутой почвы, расположенных вдоль нижних краев канав (рис. 11). Деревья высаживают в нижней части насыпного откоса, примыкающего к канаве, что обеспечивает   им   относительно лучшие условия.

Распылители стока

Распылители стока создают для рассредоточения потоков воды, концентрирующихся в ложбинах, разъемных бороздах, межах, напашах, у дорог и лесных полос. Распылитель стока представляет собой валик с расположенной перед ним выемкой, перегораживающей понижение под углом 45° к его оси (рис. 8.12). Высота валика обычно 0,3-0,5 м, в сторону нижнего конца распылителя он уменьшается и сходит на нет. Валик имеет треугольное или трапециевидное сечение с заложением откосов 1:1,5.

 

 

Рис. 12. Распылители стока

 

 

Распылители размещают по длине ложбин через каждые 50-100 м. Их устраивают за один или два прохода трактора с навесным плугом, у которого оставляют только два средних корпуса, причем на заднем из них устанавливают удлиненный отвал. Для этих же целей используют плантажный плуг или бульдозер. На дорогах распылители стока создают путем насыпки небольших валиков (10-15 см) с широким основанием (10-15 м) под углом 45° к ее оси. Распылители стока по дороге размещают на расстоянии 100 м один от другого при крутизне 4°, а при меньших уклонах — на расстоянии 150-200 м. Распылители строят весной, когда земля на дороге еще достаточно влажная и не уплотнена (Степанов, Овчаренко, Захаров, 1980).

Водозадерживающие валы (валы Борткевича)

Водозадерживающие валы устраивают на прилегающем к вершине оврага участке склона для приостановки его роста (рис. 13). Валы рекомендуется создавать в условиях спокойного рельефа на водосборах не более 15 га при средней крутизне склона не более 3°. При выраженной ложбинности площадь водосбора не должна превышать 5-8 га, а при крутизне склона 3-6° — 5 га.

Валы возводят бульдозером путем сдвигания предварительно вспаханной почвы. В процессе сооружения вала его уплотняют катком. Вал имеет гребень шириной до 2,5 м. Горизонтальность гребня вала проверяют с помощью нивелира. Сухой откос вала (заложение 1:1,5) сооружают круче мокрого (заложение 1:2,5). Высота вала может изменяться в пределах 0,8-1,5 м, чаще всего 1,2 м. Длина вала не превышает 400-500 м при одностороннем сбросе воды. При сбросе воды в двух направлениях — 800-1000 м. Валы размещают по горизонталям местности, концы(шпоры) поворачивают под углом 100-120° к оси вверх по склону.

 

 

Рис. 13. Размещение валов на площади водосбора: пунктир —  граница водосбора

 

Шпоры могут быть закрытыми (глухими) и открытыми, когда для прохода воды в конце шпоры делают водопропуск, выводящий поток по задернованной ложбине в неопасные в эрозионном отношении места. Для лучшего удержания подтекающей воды устраивают перемычки через 50-100 м под прямым углом к оси вала (Степанов, Овчаренко, Захаров, 1980). Расчет расстояния между водозадерживающими валами проводится так же, как и расстояния между валами-террасами.

Для укрепления вала его засевают весной следующего после сооружения года смесью многолетних трав (ежа сборная, тимофеевка, клевер, овсяница луговая), а в пространстве между вершиной оврага и первым валом, а также на дне оврага проводят посадку лесных культур.

Водоотводные валы-канавы (нагорные канавы)

Водоотводные валы-канавы применяются для отвода воды от вершин оврагов в задернованные ложбины или к одной вершине, закрепленной водосбросным сооружением. Их рассчитывают на пропуск наибольшего расхода воды 10%-й обеспеченности. Уклон вдоль водоотводящего вала не должен превышать 0,003-0,005, чтобы избежать размыва, в то же время при меньших уклонах возможно заиление. Технология сооружения водоотводных валов-канав та же, что и водозадерживающих валов. Наиболее часто строят валы-канавы следующих размеров: глубина канавы 0,5-1,0 м, ширина канавы по верху 2-4 м, высота вала 0,4-0,7 м, ширина вала у основания 2,2-4,3 м. Однако не всегда целесообразно совмещать водоотводящие валы с канавами, так как отвод воды лучше осуществлять по задернованному руслу, образованному мокрым откосом вала и прилегающим к нему склоном (Рожков, 1981).

 

3.2. Гидротехнические  сооружения на оврагах

Вершинные водосбросные сооружения

Вершинные водосбросные сооружения служат ддя безопасного сброса воды через вершину на дно оврага. Они создаются в тех случаях, когда  система водорегулирующих мероприятий на водосборе оказывается неэффективной или не может быть применена, а также при подходе вершины оврага к ценным сооружениям. Выделяют три типа вершинных сооружений: быстротоки, перепады и консоли (консольные перепады) (рис. 14). Быстротоки — это сооружения, в которых вода движется непрерывно по их дну. В перепадах и консолях — на одних участках по дну, а на других — падает по воздуху.

 

Рис. 14. Схема головных овражных сооружений: / — быстроток; 2 — двухступенчатый перепад; 3 — консоль

 

Вершинные сооружения строят из разных материалов. Срок службы их  зависит в  основном  от  строительного  материала. Плетневые и фашинные (из связок прутьев) служат 3-7 лет, деревянные — 10 лет, каменные и бетонные — 30-40 лет. Долговечность плетневых и фашинных сооружений зависит от качества растительного материала, лучшим из которых является кустарниковая ива. Живые ивовые прутья после укладки могут прорастать и надолго закреплять вершину. Вершинные сооружения рассчитывают на пропуск расходов от 0,1 м3/с (плетневые) до нескольких кубометров в секунду (деревянные, каменные, бетонные). Очень удобны и экономичны сооружения из сборного железобетона, детали которых либо специально изготавливают на заводах, либо заимствуют из ассортимента, применяемого в дорожном и мелиоративном строительстве. Вершинные сооружения строят на материковом грунте; построение их на насыпи не допускается.

Выбор вида вершинного сооружения определяется:

• глубиной обрыва в вершине оврага,
• водопрочностью грунтов,
• глубиной залегания грунтовых вод.

На глубоких оврагах целесообразно делать быстротоки или консоли; перепады оказываются слишком дорогими, так как на их изготовление идет много материала. При близком залегании грунтовых вод лучше делать легкие сооружения (консоли и быстротоки). Однако консоли очень требовательны к грунтам; на маловодопрочньгх грунтах существует угроза подмыва опоры при увеличении воронки размыва. В связи с этим разработана конструкция висячей консоли.

Наиболее распространенными вершинными сооружениями являются быстротоки. Они состоят из входной части, принимающей поток и направляющей его в сооружение; собственно быстротока — наклоненного под углом 10—15° лотка; водобойной части — водобойного колодца для гашения энергии потока. За ним следует укрепленное камнем дно — рисберма.