Рекультивация выработанных торфяных площадей

Техническая рекультивация нарушенных земель осуществляется с использованием следующих видов: а) водных (гидротехнических); б) химических; в) структурно-проективных; г) тепловых.

Выбор методов и способов технической рекультивации проводится в соответствии с современным состоянием нарушенных земель и принятым направлением использования этих земель после рекультивации.

Основной состав работ по технической рекультивации выработанных торфяников для сельскохозяйственных целей:

Предварительное мелиоративное обустройство территории, включающее предварительное осушение и выравнивание поверхности выработанного месторождения.

Строительство новой или реконструкция существующей осушительной сети.

Культуртехнические работы с применением различных структурно-проективных способов (планировки, известкования, землевания и т. д.).

4.2 Обоснование методов и способов технической рекультивации выработанных торфяников

4.3.1 Расчет регулирующей сети

Регулирующая сеть проектируется в виде открытых осушителей. Расстояние между дренами определяется по формуле С.Ф. Аверьянова (расчетная схема приведена на рис.

, ( 1 )

; ( 2 )

t - глубина осушителя ( t = 1,3 м);

а - норма осушения, а = 0,6;

Нд - действующий напор, равный 0,5 (Нн + Нк) = 0,5 ( Нн + t - а );

Нн - начальный напор, который может быть: больше глубины дрены ( слой воды над поверхностью земли - Нв), равен t (уровень совпадает с поверхностью) и меньше t (уровень грунтовых вод ниже поверхности земли);

Принимаем Нн = t + Нв = 1,3 + 0,01 = 1,31 м,

тогда Нд = 0,5 (Нн + t - а) = 0,5 (1,31 +1,3 - 0,6) = 1,005 м;

Нк - напор в конце расчетного периода

Нк = t - а = 1,3 - 0,6 = 0,7 м;

К - приведенный коэффициент фильтрации (исходные данные, раздел 2) слоя мощностью (t + S)

( 3 )

S - расстояние от осушителя до водоупора

S = ( h1 + h2 + h3 ) - t, м;

d - расчетный диаметр дрены для открытых осушителей

d = 0,5 b + h = 0,5 ??0,4 + 0,15 = 0,35 м;

где b - ширина канала по дну, b = 0,4 м;

h - наполнение канала в межень, h = 0,15 м;

g - среднесуточный приток к осушителям за расчетный период

(4)

Нр - слой воды (м), который должен быть отведен за расчетный период

Нр = Нв + ? а + Н0 - еТ,

где Нв - слой воды, оставшийся на поверхности после схода талых вод, Нв = 0,01 м;

- приведенный коэффициент водоотдачи (исходные данные, раздел 2):

; ( 5 )

е - суточный слой испарения за расчетный период (табл.1), в среднем равный 0,001 м/сут;

Н0 - сумма осадков, выпавших за расчетный период (табл.1), в среднем равная 0,01 м;

Т = 10 - 15 сут. - расчетный период, за который должен быть отведен слой воды Нр.

Расчет по формуле (1) ведется методом итераций, т.е. последовательным приближением, но при этом должно выполняться условие

1 ,

где Вп - принятое для расчета (2) расстояние между дренами;

Вр - рассчитанное по формуле (1) расстояние между дренами.

если разница между предполагаемым и полученным В больше 10 % то расчет проводим еще раз до получения сходимости.

Если в ходе расчетов расстояние между открытыми осушительными каналами получено менее 40 м, то целесообразно переходить на проектирование закрытого дренажа, сделав об этом соответствующую запись в конце раздела.

4.3.2 Проектирование осушительной сети в плане и в вертикальной плоскости

Проектирование осушительной сети в плане и в вертикальной плоскости проводится по рекомендациям СНиП 2.06.03-85 и другой технической литературы:

длина осушителей должна быть 700 - 1500 м, однако допускается уменьшение длины при осушении окраин массива (при рекультивации длина осушителей определяется расстоянием между валовыми каналами);

уклон дна осушителей должен быть не менее 0,0003;

сопряжение осушителей с проводящими каналами следует назначать под прямым углом или близким к нему;

уклон дна проводящих каналов следует принимать не менее 0,0003, а при осушении без уклонных территорий - 0,0002;

сопряжение в плане проводящих каналов между собой необходимо проводить под углом не менее 900 или близким к нему;

дно осушителей, впадающих в гидравлически не рассчитываемые проводящие каналы, должно быть выше дна принимающего канала на 10 см;

дно гидравлически не рассчитываемого проводящего канала (в данной работе валовый канал) при впадении в гидравлически рассчитанный (МК) должно быть на 10 см ниже меженного уровня принимающего канала;

Регулирующая сеть в плане (рис. ) проектируется с учетом осушающего действия проводящих каналов (при грунтовом типе водного питания):

открытые коллекторы - (2 - 3) В;

магистральные каналы - (2,5 - 3,5) В.

Схема вертикального сопряжения элементов осушительной сети показана на рис….

Схема составляется по расчетному створу, указанному на плане номерами отметок 1, 3, 6, 9, 12. Значения этих отметок определяются методом интерполяции на плане, отметки 2, 4, 5, 7, 8, 10, 11, 13 рассчитываются, например:

1)2 = 1 - t, 2)4 = 2 - iос lос, где уклон осушителя принимаем равным уклону поверхности земли (iп = (1 - 3) / lос), если последний больше минимального (0,0003) и равным минимальному, если он меньше минимального, 3)5 = 4 - 0,1 и т.д.

4.3.3 Проводящая сеть

Гидравлический расчет проводящей сети проводим по результатам гидрологического расчета (СНиП 2.01.14-83) с учетом сельскохозяйственного использования осушаемой территории и создания оградительной дамбы.

Рекультивируемый участок предполагается использовать под зерно-кормовой севооборот с озимыми, поэтому в качестве расчетного расхода проводящей сети принимаем максимальный расход, соответствующий паводку 5% обеспеченности.

Параметры каналов определяются по формулам равномерного движения воды или с применением линейки Ф.М. Пояркова.

В данной работе при небольшой площади осушения гидравлический расчет выполняем только магистрального канала, параметры валовых (проводящих) каналов назначаем конструктивно, исходя из условий вертикального сопряжения элементов осушительной сети и устойчивости русла. В результате расчета должно быть обеспечено движение воды исходя из условий неразмываемости и незаиляемости русла канала.

Исходные данные для гидравлического расчета канала:

Канал трапецеидального сечения.

Заложение откосов(m) при строительной глубине(h):

торф слаборазложившийся, глина, суглинок средний и тяжелый при h1,5м - m=1.0, при h=1.5-3.0м - m=1.5 -2.0;

торф средней степени разложения и хорошо разложившийся, суглинок легкий, супесь, песок при h1.5м - m=1.5-2.0, при h=1.5-3.0м - m=2.0-2.5;

шероховатость русла n=0.03- 0.035;

минимально допустимая ширина канала по дну b=0.6м;

максимально допустимая скорость воды в канале из условия неразмываемости:

-глина - 1.2 м/с, супесь - 0.7 - 0.8 м/с, торф - 0.7 - 1.1 м/с;

-суглинок средний - 1.1 м/с, песок - 0.5 - 0.7 м/с;

минимальная скорость воды из условия незаиляемости Vmin=0.2 м/с.

4.3.4 Гидрологический расчет

Расчетные расходы воды в каналах транспортирующей сети определяются по расчетным створам: в устье канала, выше впадения каждого проводящего канала, в местах изменения уклона дна (для обоих уклонов), на участках с постоянными уклонами при изменении площади водосбора более чем на 20 %.

В связи с тем, что эти вопросы подробно изучаются в курсе мелиорация земель (раздел «Осушение земель»), поэтому в данной работе определение расчетных расходов проводим по замыкающему створу, т. е. вся площадь водосбора приводится к устью МК.

Максимальный сток весеннего половодья для водосборов площадью от 1 до 20000 км2 для европейской части России при отсутствии данных наблюдений рекомендуется определять по формуле:

, (6)

где Qmax - расчетный максимальный расход весеннего половодья обеспеченности

Р%, м3/с;

qmax - модуль максимального расчетного расхода воды, м3/с/км2;

А - площадь водосбора до расчетного створа (определяется по исходным данным: А = К(F1 + F2)), км2;

А1 - дополнительная площадь водосбора, учитывающая снижение редукции, км2, А1 = 1 (везде кроме Волго-Вятского района, где А1 = 2);

К0 - параметр, характеризующий дружность половодья (таблица 6);

n - показатель степени редукции (таблица 6);

hp%% - расчетный слой суммарного весеннего стока (без срезки грунтового питания), мм, ежегодной вероятности превышения Р%, определяемый в зависимости от коэффициента вариации Сv и отношения Сs/Cv этой величины, а также среднего многолетнего слоя стока h0, устанавливаемого по рекам-аналогам или интерполяцией;

- коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров слоя стока и максимальных расходов (таблица 6);

Таблица 6

Значения , n и К0 для Европейской территории России

Расчетный слой суммарного весеннего стока h р% определяется в зависимости от среднемноголетнего слоя стока h0, коэффициента вариации слоя стока Сv и коэффициента асимметрии Сs. Значения этих параметров для нечерноземной зоны России приведены в таблице 7.

Таблица 7

Гидрологические характеристики водосборных бассейнов

- коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды рек, зарегулированных озерами (????и водохранилищами (?');

2 - коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды в залесенных и заболоченных бассейнах.

Значения коэффициента вариации Сv действительны при площади водосбора более 200 км2. Для бассейнов с площадями водосборов менее 200 км2 к табличным значениям Сv вводится поправочный коэффициент ( ??, учитывающий повышение коэффициента вариации на малых бассейнах (табл. 8).

Таблица 8.

Значения коэффициента ?

Для перехода от среднего многолетнего слоя стока h0 с 50 % обеспеченности к расчетному слою суммарного стока hр % обеспеченности р = 5 %, вводится модульный коэффициент перехода К, величина которого зависит от Р % и Сs (табл. 9).

Слой стока заданной обеспеченности

( 7 )

Таблица 9

Значения коэффициента К при Сs = 2Cv (условия НЧЗ России) и Р = 5 %

При определении коэффициента необходимо иметь данные о наличии озер и водохранилищ на территории водосбора. Принимаем, что водохранилищ в бассейне реки нет, тогда коэффициент ? будет учитывать только озерность территории бассейна, т.е. ??????

?, ( 8 )

где С - параметр, величина которого зависит от среднемноголетнего слоя стока h0:

- при при h0 = 100...50 мм, С = 0,2...0,3;

- при h0 = 50...20 мм, С = 0,3...0,4; при h0 < 20 мм, С = 0,4;

f 'оз - относительная озерность, выраженная в долях.

Озерность, выраженная в %, приведена в таблице 7. При степени озерности менее 2 % () влияние озер не учитывается, т.е. принимается ??

Коэффициент ? определяется по формуле:

, ( 9 )

где fл - степень залесенности бассейна, % ;

fб - степень заболоченности бассейна, %.

В таблице 10 приведены величины поправочных коэффициентов 2, полученные в зависимости от показателя ??

Таблица 10

Величины поправочных коэффициентов 2

Бытовые расходы являются расходами наибольшей повторяемости в течение периода сельскохозяйственных работ. Бытовой сток формируется главным образом за счет поступления в каналы грунтовых вод.

Бытовые расходы определяются по зависимости:

, ( 10 )

где q - модуль бытового стока, который независимо от площади водосбора изменяется в пределах 0,002 - 0,005 м3/с/км2.

4.3.5 Водоприемник

Водоприемником осушаемого участка является река Шурумка, которая течет вдоль юго-западной части торфоразработок на расстоянии 200-500м. Берега реки заняты лугами, кустарниками ивы и ольхи. Ширина реки 20-30м, глубина воды 1.5-4.8м.

В разделе 1.2 сказано, что водоприемник создает подпор уровней воды в магистральном канале во время весенних и летне-осенних паводков. В результате территория месторождения затапливается сроком более 20 суток.

Для борьбы с затоплением проектом предусматривается строительство оградительной дамбы на расстоянии 100-200м (охранная зона) от берега реки.

Для обеспечения нормальной работы регулирующей сети (своевременное понижение грунтовых вод на заданную глубину) принимаем осушительную сеть с механической откачкой, которая включает оградительную дамбу, пруд-накопитель и насосную станцию (зимний польдер).

4.3.6 Расчет оградительной дамбы

Оградительную дамбу строим для защиты выработанных торфяников первой и второй очереди (рис. ) от затопления максимальными паводками весеннего половодья (зимний польдер).

Высотная отметка гребня дамбы (рис. )

Нг = Нр + hн + h + а , ( 11 )

где Нр - расчетная отметка паводкового уровня водоприемника с учетом изменения его после обвалования (для сооружений четвертого класса капитальности (менее 50 тыс.га осушения) принимается уровень весеннего половодья 5% обеспеченности - Нр = Qмкбыт. + 4.0м);

h - высота ветрового нагона, h=0.1м;

а - конструктивный запас, для зимнего польдера - а=0.5м;

hн - высота наката ветровой волны на верховой откос дамбы

hн = 3.2 С К tq , ( 12 )

где С - высота волны, м

С = 0.0208 Vв5/4 L1/3 , ( 13 )

где Vв - максимальная скорость ветра, м/с (Vв = 15-20м/с);

L - длина разгона ветровой волны, км (L=2-4км);

К - коэффициент, зависящий от материала крепления откоса (грунтовый - 1.0, с каменной наброской - 0.77), для расчета принимаем К=1.0;

tq - параметр заложения откоса дамбы

tq= 1/m1 , ( 14 )

где m1 - коэффициент заложение верхового откоса дамбы (табл. 11)

Таблица 11

Коэффициенты заложения одернованных откосов пойменных дамб высотой до 3 м

Для строительства дамбы используется грунт из местного карьера. Месторождение карьера строительных материалов представлено супесью (см. исходные данные).

Исходя из материала тела дамбы, принимаем верховой откос - m1 = 3.0, a низовой - m2 = 2.5.

Ширину гребня дамбы для строительства дороги с одной полосой движения (категории II-с) назначаем 8м с учетом обочины, ширина дорожного полотна 4.5 м.

4.3.7 Определение параметров насосной станции и объема пруда-накопителя

Насосная станция

Для зимнего польдера принимается раздельный или полураздельный тип осушительной насосной станции (рис. ).

Наиболее распространенным является полураздельный тип насосных станций, поэтому его и принимаем для условий примера. Здание насосные станции устанавливается внутри польдера.

Расчетный расход откачки насосной станции для зерно-кормовых севооборотов с озимыми принимают 5% обеспеченности.

Расчетный расход откачки насосной станции (м3/с)

Qн.с. = (Qпг + Qф + Qгн) , ( 15 )

где n - коэффициент использования суточного времени, принимается равным 0.80 - 0.96;

Qпг - расчетный приток воды к насосной станции, соответствующий максимальному расходу весеннего половодья 10% обеспеченности на нулевом пикете магистрального канала ( ПК0 на МК - 3ий расчетный створ ), м3/с;

Qгн - расход воды от грунтово-напорного питания ( Qгн = 0 ),м3/с;

Qф - фильтрационный приток воды, поступающий через дамбу по контуру польдера ( м3/с )

Qф = Q0 ( H1 - H0 ) L , ( 16 )

где Q0 - удельный фильтрационный расход для 1 км дамбы при напоре H1 - H0 = 1.0м; зависит от проницаемости грунтов: в слабопроницаемых грунтах (суглинок) - 0.03 м3/с/км, в сильнопроницаемых (супесь) - 0.05 м3/с/км;

H1 - превышение уровня воды в водоприемнике над поверхностью земли ( H1 = Нр - ПК0мк), м;

Н0 - превышение уровня воды в водоприемнике над поверхностью земли, при котором фильтрационные воды выходят на поверхность польдера ( Н0 = 0.2Н1 ), м;

L - длина дамбы, L = 6 - 7 км.

Количество агрегатов насосной станции определяется по таблице 12.

Таблица 12

Количество агрегатов на насосной станции

Для обеспечения равномерного режима работы насосов устраиваем пруд - накопитель с полезным объемом

Wп = 0.25 tц Q , ( 17 )

где Wп - полезный объем пруда - накопителя, м3;

tц - наименьшая продолжительность цикла работы насоса ( при ручном управлении - tц = 6 - 12 час, при автоматическом - tц = 0.5 - 1 час ),с;

Q - подача расчетного насоса (Q = Qнс/ nа ), м3/с.

Глубину мертвого объем пруда-накопителя принимаем 1.0 м.

4.4 Мероприятия по увлажнению рекультивируемых земель

Мероприятия по увлажнению рекультивируемых торфяников принимаются на основе анализа природно-климатических условий, а также с целью обеспечения противопожарной безопасности торфяного месторождения.

Для условий примера в разделе 4.2 сделан вывод о необходимости увлажнения торфяных почв в период недостатка влаги для сельскохозяйственных культур.

Регулирование влажности почвы в корневой зоне растений проводим способом шлюзования. Шлюзование применяется на участках с выровненной поверхностью и хорошо проницаемыми почвами и грунтами (коэффициент фильтрации должен быть не менее 0.8 - 1.0 м/сут.) для обеспечения увлажнения не более чем за 6 - 10 суток.

Подачу воды в истоки валовых каналов осуществляем из пруда - накопителя с помощью передвижной насосной станции ( СНП ) и разборных трубопроводов типа РТШ. Подпор воды в каналах создаем с помощью шлюзов - регуляторов. Схема увлажнения торфяных почв представлена на рис. .

Продолжительность увлажнения - время, в течение которого произойдет повышение грунтовых вод от первоначальной глубины ( h1 ) до заданной ( h2 ), обеспечивающей увлажнение корнеобитаемой зоны растений, рассчитывается по формуле (рис. )

Tувл. = , ( 18 )

где Тувл. - продолжительность увлажнения, сутки;

K - приведенный коэффициент фильтрации, м/сут;

- коэффициент, учитывающий глубину залегание водоупора (формула 2);

h0 - подпорный уровень воды в канале, м;

h1, h2 - глубина грунтовых вод посредине между каналами до и после создания подпора, м;

Sо = B/2 - половина расстояния между каналами - увлажнителями (раздел 4.3.1), м;

W - норма увлажнения в м3/ 1 п.м. длины канала

W = , ( 19 )

где m - поливная норма ( m = 300 м3/га );

L - длина каналов приведенная на 1 га, L = 10000/B, м.

4.5 Культуртехнические работы