Насаждения на откосах и по дну оврагов

Как известно, овраг в своем развитии проходит 4 стадии:

1. Образование промоин глубиной до 1 м.

2. Висячая – когда в вершине оврага образуется перепад, а устье его еще не дошло до местного базиса эрозии.

3. Выработка профиля равновесия.

4. Затухание.

Обычно крутые овраги одновременно могут проходить сразу несколько стадии. Если в вершине еще первая стадия, то в устье может быть уже третья, а то и четвертая.

Насаждения на откосах оврагов обычно создают в том случае, если они прошли угол естественного равновесия, в конце стадии выработки профиля равновесия.

Назначение этих насаждений, кроме закрепления откосов – хозяйственное использование бросовых земель. Сюда вводятся нетребовательные к условиям, способные к вегетативному возобновлению или дающие большое семенное потомство древесные и кустарниковые породы.

2.5.1. Насаждения на откосах оврага

Насаждения на откосах оврагов обычно создают в том случае, если они прошли угол естественного равновесия, в конце стадии выработки профиля равновесия.

Назначение этих насаждений, кроме закрепления откосов – хозяйственное использование бросовых земель. Сюда вводятся нетребовательные к условиям, способные к вегетативному возобновлению или дающие большое семенное потомство древесные и кустарниковые породы.

Предпочтение отдается плодово-ягодным и ценным техническим видам и сортам. Основное назначение этих насаждений – скрепление и защита береговых балок и откосов оврагов от разрушения эрозией, погашение поверхностного стока, а также регулирование таяния снега.

Расчет параметров террас:

- задаемся шириной полотна террас (Воб – 2,5-3,5 м),

- крутизной обратного уклона полотна (ψ = 1-6^о),

- крутизной материнского откоса террасы (β=60-80^о),

- уклон естественного откоса насыпной части террасы (φ=35-50^о),

- коэффициент рыхления (К = 1,1-1,3).

Определяем ширину вреза террасы в материковый склон (Вврз):

Вврз = Воб/(1+√К*sin(β + Ψ)*sin(φ – α)/ sin(φ + α)*sin(β - Ψ )), м

Вврз = 3/(1+√1,2*sin(60^о+1^о)*sin(35^о-15^о)/ sin(35^о+1^о)*sin(60^о-15^о))=

3/(1+√1,2*0,886*0,315/0,591*0,607) = 1,53 м.

Находим площади сечений вреза (Sврез) и насыпи (Sнсп) террасы:

Sврез = (Вврз²*sin(β + Ψ)*sin(φ + α))/2 sin(β – α), м²;

Sврез=(1,53²*sin(60^о+1^о)*sin(35^о+15^о))/(2sin(60^о-15^о))=(2,34*0,886*0,832)/2*0,607=1,42 м².

Sнсп = ((Воб-Вврз)²*sin(φ + Ψ)*sin(α -Ψ))/2sin((φ - α), м²;

Sнсп=((3-1,53)²*sin(35^о+1^о)*sin(15^о- 1^о))/2 sin(35 ^о-15^о)=2,16*0,591*0,241/2*0,315=0,488м².

Вычисляем ширину вреза (l₁ )и насыпи (l₂) террасы по склону:

l₁ = Врез*sin(β+Ψ)/sin(β - α), м;

l₁ =1,53*sin(60^о+1^о)/sin(60^о-1^о) = 1,53*0,883/0,848 = 1,59 м.

l₂ = (Воб – Врез)*sin(φ+ψ)/sin(φ – α.), м;

l₂ = (3-1,53)*sin(35^о+1^о)/ sin(35 ^о- 15^о)=1,47*0,591/0,215 = 4,04 м.

Определяем общую ширину террасы по склону (lоб): l_об = l₁ + l₂, м;

l_об =1,59+4,04 = 5,63 м.

Определяем глубину материкового вреза (h¹): h¹ = Врез*sin β* sin(α + ψ)/ sin (β – α), м;

h¹ = 1,53*sin 60^о*sin(15^о + 1^о)/sin(60^о- 15^о) = 1,53*0,866*0,276 / 0,607 = 0,602 м.

Определяем расстояние между террасами по вертикали (h) и горизонтали (b):

h = (l_об + 1)* sin α, м;

h = (5,63+1)*sin 15^о = 1,72 м.

b = √l_об²- h², м;

b =√5,63²- 1,75² =√31,70 – 3,06 = 5,35 м.

Рассчитываем коэффициент использования склона (Р): Р = В_об/l_об,

Р = 3/5,35 = 0,19.

Определяем густоту посадки общую: Пг = 10000/а*в,

Где а – ширина междурядий, м;

В – шаг посадки, м;

Пг =10000/5,35*1 =1869 шт.

Расчет протяженности террас на склоне.

Количество террас на одном склоне n = H / h, где

h – расстояние между террасами по вертикали – 1,72 м.

n = 15/1,72 = 9 шт.

Определяем глубину оврага в сильноэрозионной части (А): А = l/L*Н, м;

А =60*15/650 = 1,38 м.

Рассчитываем высоту заложения каждой террасы (h₁): h₁ = 15 м

h₂ – h¹ = 15 – 1,72 =13,28 м

h₃ = h₂ - h¹ = 13,28 – 1,72 = 11,56 м

h₄ = h₃ - h¹ = 11,56 – 1,72 = 9,84 м

h₅ = h₄ - h¹ = 9,84 - 1,72 = 8,12 м

h₆ = h₅ - h¹ = 8,12 – 1,72 = 6,40 м

h₇ = h₆ - h¹ = 6,40 – 1,72 = 4,68 м

h₈ = h₇ - h¹ = 4,68 - 1,72 = 2,96 м

h₉ = h₈ - h¹ = 2,96 – 1,72 = 1,24 м

Определяем протяженность каждой террасы:

l₁ = L - l

l₁ = 650 – 60 = 590 м

l _i = h_i/H*L. м

l₂ = 13,28*650/15 = 575,47 м

l₃ = 11,56*650/15 = 500,93 м

l₄ = 9,84*650/15 = 426,4 м

l₅ = 8,12*650/15 = 351,87 м

l₆ = 6,41*650/15 = 277,77 м

l₇ = 4,68*650/15 = 202,80 м

l₈ = 2,96*650/15 = 128,27 м

l₉ = 1,24*650/15 = 53,73 м

Облесит террас нужно с двух сторон склона, поэтому общая длина террас будет равно: ∑ l*2 = 3107,24*2 = 6214,5 м.

Расчет площади насаждений на откосах оврага:

Sнотк = Lовр*в = 6214,5*5,35 = 33248 м² или 3,32 га.

Lовр – протяженность оврага, м;

в- ширина приовражных и прибалочных полос, м.

Определяем потребное количество посадочного материала - лещины

Пк = S*Пг = 3,32*1869 = 6205 шт.

Рис. 4 Поперечный и продольный профили размещения посадочных мест на террасе

Донные насаждения необходимы для предупреждения размывов и подмывов в русловой части оврагов и балок, максимального задержания твердого стока, а также хозяйственного использования малопродуктивных площадей.

Днища оврагов, кроме водотока, полностью подлежат облесению. По широкому дну балок создаются насаждения – илофильтры. Они размещаются с полосами различной ширины, в чередовании с полосами залужении. Можно чередовать 5 –10 метровую лесную полосу с 10-20 метровой полос залужения. Общая длина лесных полос в илофильтрах должна быть не менее 30-40 м, а илофильтры располагаются по дну балок через 250-400 м начиная от устья. Ширина илофильтров в поперечном направлении определяется уровнем проходящего паводка. Кустарниковая ива (10-15 рядов) в чередовании с двумя – тремя рядами древовидных ив, тополей или ольхи высаживаются загущенно и ряды размещаются поперек дна. Черенки кустарников высаживают с размещением 0,5 х 0,5 или 1 х 0,2 м. Древовидные ивы, тополя укорененными черенками или саженцами, ольху – саженцами с размещением 2 х 2, 3 х 1, 3 х 1, 3 х 2, 3 х 3 м.

У меня на донных участках водоток по ширине русла 2 м, поэтому облесение провожу на 28 - 1 = 27 м дна оврага. Кустарниковые ивы размещаю 0,5х0,5 м, тополь черный 2х2 м.

В моем случае дно оврага которую, надо облесить в продольном направлении составляет 650-60 = 590 м. В продольном направлении по дну оврага чередуем 10 рядов ив кустарниковых и 3 ряда тополя черного с 10 метровым залужением. В одном илофильтре такая комбинация повторяется дважды. А по всей длине оврага такие илофильтры размещаю три, одну после эродированной части, вторую в средней части дна оврага и третью в конце оврага.

На сухих участках высаживают более засухоустойчивые породы – акацию белую, березу, грушу, смородину, шелюгу и др. На задернованных участках готовятся борозды, площадки и ямки, а чаще посадка производится в свежие наносы без предварительной подготовки почвы.

Мелиоративные работы в овражно-балочных системах следует проводить с большой осторожностью. Облесение осуществляется по окончании гидротехнических работ или одновременно с ними.

Рис. 5 Продольный профиль илофильтра

Дно оврага необходимо облесить протяженностью 650 м.

n= (650-60)/200 + 1 = 4 шт.

Значит нужно сделать 5 илофильтров длиной 40 м.

S полос = (Вовр – Вn)*n = (28-1)*4*40 = 0,432 га

Пг и к = 10000*20/40*0,5 = 10000 шт.

Пк и. кт = 10000*0,432 = 4320 шт.

Пг и д = 10000*6/40*2 = 750 шт.

Пк и д = 750*0,432 = 324 шт.

2.6. Гидротехнические мероприятия

Простейшие противоэрозионные гидротехнические сооружения устраиваются в случаях, когда применение только противоэрозионных мероприятий не оказывает эффективного влияния на прекращение процессов линейной эрозии почв, а применение лесомелиоративных мероприятий в связи с длительными сроками до начала эффективного действия не может остановить интенсивный рост промоин и оврагов. Их основное назначение:

1) Прекращение усиленного размыва почв на склонах, применяющих и овражно-балочной сети.

2) Быстрое закрепление интенсивно растущих оврагов и их ответвлений.

3) Защита ценных с/х культур, прудов, водоемов и рек.

По своему назначению простейшие противоэрозионные сооружения делятся на склоновые, береговые и донные. К склоновым относятся водоотводящие валы, земляные водоразделяющие валы, плотные – перемычки.

Водозадерживающие валы применяются для закрепления вершинных, склоновых и крупных береговых оврагов с целью полного задержания весеннего стока на водозаборе, прекращения интенсивного смыва и размыва почвы на крутых склонах, защиты от размыва участков, отведенных под террасирование, создания дополнительного увлажнения склонов, используемых под защитные лесные насаждения. Водозадерживающие валы размещают вдоль горизонталей. Для эффективности работы вала в весенний период его очищают от снега, льда, ила, ремонтируют разрушенные участки водостоков. При невозможности задержать весь объем воды рекомендуются водоотводящие валы. Отводимая вода направляется в задернованные балки, ложбины или специальные сбросные сооружения. Уклон отводящих каналов не должен быть выше критической величины (по размыву) и находится в пределах 0,5 – 0,3^о. Водонаправляющие валы можно насыпать бульдозером. Чтобы обеспечить лучшее задержание откосов и гребней валов, их засевают травами.

Простейшие противоэрозионные гидротехнические сооружения устраивают в тех случаях, когда применение только противоэрозионных агротехнических мероприятия не оказывает эффективного влияния на прекращение процессов линейной эрозии почв, а применение лесомелиоративных мероприятий, в связи с длинным сроком до начала эффективного действия, не может остановить интенсивный рост промоин и оврагов.

Строительная высота вала в зависимости от объема стока, рельефа местности, фильтрационной способности грунтов, площади изымаемых под вал сельскохозяйственных угодий устанавливается от 1,2 до 2 м. Рабочая высота вала h всегда меньше примерно на 25%. В курсовом проекте строительную высоту применяю 2 м, а рабочую1,5 м. Ширину вала по гребню с учетом полной механизации применяю равной 2,5 м. Заложение мокрого откоса 1:2, а сухого 1:1.

Рис. 6 Поперечное сечение водозадерживающего вала

Н – строительная высота

h- рабочая высота

а – ширина гребня

в – ширина основания вала.

Расчет валов ведут в зависимости от того, какой сток преобладает в данной местности (весенний паводковый или ливневый). В условиях нашей области, где основное развитие водной эрозии происходит под действием весенних паводков, расчет вновь ведут на среднемноголетний слой весеннего стока. Количество весеннего стока определяем по формуле:

Q=F*h*p*K, где

F – водосборная площадь, м²;

h- толщина слоя снега, м;

р- плотность снега;

К – коэффициент стока.

Q = 200000*0,11*0,4*0,3 = 2640 м³.

После определения количества воды, которое может поступить в вершину оврага, переходим к расчету количества воды, задерживаемой одним погонным метром вала. Для этого используем следующие формулы:

S₁ = ½ ((а + в) Н – в² - tg L + tg β / tg L + tg β);

S₁ = ½(h (tg L + tg β / tg L * tg β) – в) (h – в tg L * tg β / tg L + tg β), где

S₁ – площадь сечения вала, м²;

S₂ – площадь пруда без учета выемки грунта, м²;

а – ширина вала по верху, м;

в – ширина вала по низу, м в = а + 3Н = 2,5 + 3 * 2 = 8,5 м

tg L = i – уклон местности

tgß = Н / 2Н =2 /2*2 =0,5 крутизна мокрого откоса;

q - количество воды, задерживаемое одним погонным метром вала, л на 1 погон м;

Н – строительная высота вала -2 м;

h - рабочая высота вала, 1,5 м, т.е. 75% от Н;

1,1 – коэффициент разрыхления.

В нашем случае

S₁ = ½ [(2,5+8,5)*2 – ((8,5)²*0,1*0,5)/0,1+0,5]=8 м²

S₂ = ½ [(1,5*((0,1+0,5)/(0,1*0,5))-8,5)*(1,5 - (8,5*0,1*0,5)/(0,1+0,5)] = 3,75 м²

Дальше определяем длину вала:

q = (S₂ + S₁ / 1,1) * 1 = 3,75 + 8 / 1,1 = 10,68

L = Q / q = 2640/ 10,68 = 247 м

После этого рассчитываем размеры водообхода (открытой шпоры). Для этого сначала определяем секундный расход воды на водосборе для весеннего паводкового стока:

С = Q / 3600 * 4 = 2640 / 3600 * 4 = 0,18 м³/сек.

Для того, чтобы не допускать перелива воды через гребень вала (что может привести к его разрушению) секундный расход воды на водосборе должен быть равен или несколько больше секундного на водосборе, т.е.

С_в ³ С С_в = Р * V, где

Р – площадь поперечного сечения водного потока на водообходе, равная (С + d) / 2 * l

V – допустимая скорость течения воды на водообходе, которая для одернованного водообхода равна 0,6 – 0,8 м/с.

Зная, что толщина слоя воды на водообходе может быть не больше 0,1 м, из выражения l+С+d / 2 = С / V, получим l = C / 0,1*V = 0,18 / 0,1 * 0,8 = 2,25 м

Если шпора открыта, то ширина водообхода в каждой шпоре будет равна:

l / 2 = 2,25/2 = 1,125 м

Разбивку валов начинают с пометки нивелиром средник точек профиля канавы. Необходимо стремиться, чтобы первая канава с валом была по возможности длиннее. При изменении загонов между соседними валами расчет задерживаемой воды должен быть уточнен соответствующим образом. В местах спрямления трассы канавы с валом, нужно при устройстве вала следить, чтобы гребень был строго горизонтальным. Поэтому в ложбинах общая высота вала будет несколько больше запроектированной, а на повышениях – меньше.

После спрямления спроектированной по местности линии, отмечают середину канавы и вала, затем приступают к земляным работам. Место, отведенное под насыпку вала, предварительно разрыхляют на глубину 20-25 см, что способствует большей связанности тела вала с грунтом. Затем роют котлован, разный по величине дна канавы (35 см). Бока канавы выравнивают до установленных размеров. Из вынутой земли делают вал, отступают от канавы на 0,4 м, т.е. оставляя берму. Для задержания воды концы вала отводят вверх под углом 30-40^о на расстояние, равное длине пруда.

Насыпать вал надо тонкими слоями (не более 10 см) утрамбовывая каждый слой. Поверхность утрамбованной земли должна иметь небольшой уклон к оси вала. Насыпать вал следует выше запроектированной высоты на 10-15%, учитывая осадку. После окончания земляных работ нужно тщательно одерневать внутренние и наружные откосы вала против них, по которым может пойти вода.

Для прекращения донных размывов на всех типах оврагов применяются простейшие донные сооружения в виде плетневых, фашинных, деревянных и каменных запрудов. Они устраиваются при закреплении небольших оврагов и, особенно, их отвершков при наличии полового уступа вершины (не более 1,5 – 2 м). Основное назначение простейших донных сооружений – прекратить дальнейший размыв и углублений дна путем уменьшения скорости потока за счет повышения шерховатости русла и задержания продуктов выноса.

Выбор типа запруд определяют исходя из наличия лесных строительных материалов, расхода и напора воды, величины перепада и инженерно-геологических условий дна оврага в местах размыва.

Плетневые и фашинные запруды целесообразно применять при водосборной площади до 50 га. Каменные запруды применяются при водосборной площади более 50 га или защите особо ценных объектов.

При строительстве хворостяных (плетневых и фашинных) запруд предпочтение следует отдавать плетневым в один или два ряда, как наиболее простым и дешевым. Хворостяные запруды строятся из свежего ивового хвороста и кольев поздней осенью или ранней весной, когда обеспечиваются условия для их хорошей приживаемости. Строительство каменных перепадов целесообразно при наличии местного камня. Кладку в этих случаях необходимо вести на цементном растворе. Недопустимо применять каменные запруды на илистых грунтах и в местах, где возможны оползни.

Технология строительства

Хворостяные запруды необходимо выполнять в плане с прогибом навстречу потоку (стрела прогиба составляет 0,1 – 0,05 длины запруды, диаметр кольев 6-10 см). С целью недопущения размыва откосов запруды должны быть врезаны в оба откоса примерно на 1 м. Выбрав место поперек дна, прокапывают канаву глубиной 0,5 м. Высота кольев около 135 см.

Запруды сооружают после закрепления вершины действующего оврага. Каскад донных запруд уменьшает скорость потока, задерживает твердые наносы и полностью предотвращает рост оврага. Дно приобретает устойчивый уклон, иногда ступенчатого профиля, происходит задержание откосов и облесение их естественным путем.

Рис. 7 Поперечное сечение донной запруды

Рис. 8 Донная запруда, вид сверху

Расчет числа запрудов производится по формуле Ландальта:

n= A-B * i / h, где

А – наибольшая глубина оврага в сильно эродированной его части, м;

В – горизонтальное положение дна оврага, м;

i- максимальный угол падения, допускаемый для данного оврага;

h- высота запруды, м.

Рис. 9 Продольный профиль оврага

Наибольшая глубина оврага в сильно эродированной части определяется по рисунку.

Н – максимальная глубина оврага, м;

L - длина оврага, м;

l- длина вершинной эродированной части оврага, м.

А сильно эрозионная часть = Н * l / L = 15 *60 / 650 = 1,38 м;

Количество ступенчатых запрудов:

n = 1,38/0,5 = 2,76 или округляем до 3 шт.

Расстояние между запрудами: m = l / n, где

l- длина наиболее эродированной вершинной части оврага, м;

n- число запруд.

m = 60 /3 = 20 м

Однако при этом надо обеспечить допустимое расстояние между запрудами в пределах 15 – 20 м при уклоне дна свыше 20^о и 20 – 30 м – при уклоне до 20^о. Если же это расстояние будет больше, то надо пересмотреть число запруд в сторону их увеличения.

2. Технологическая себестоимость и экономическая эффективность

полезащитных полос

Для составления расчетно-технологической карты на создание полезащитных полос используем существующие нормы выработки и утвержденные тарифные ставки. В хозяйстве на лесокультурных работах оплата рабочим и трактористам осуществляется из расчета с 6 по 10 разряд сдельной тарифно-квалификационной сетки. Тарифный фонд заработанной платы находим как сумму затрат по всем видам работ. В приложении дается расчет производственной себестоимости полезащитных полос. Сюда включаются расходы так же на содержание тракторов, стоимость посадочного материала.

Из расчетной технологической карты видно, что на создание одного гектара полезащитных полос расходуется 13934,53 руб.

Для определения экономической эффективности создаваемых лесных полос подсчитываем экономическую эффективность производных мероприятий на ближайшее 70 лет с учетом повышения урожайности сельскохозяйственных культур под влиянием защитных полос в среднем на 1 га 2 ц. Общую экономическую эффективность рассчитываем по формуле: Эоб. = Д*Р, где Эоб. – общая экономическая эффективность в руб. за соответствующий период действия полос.

Д – доход, полученный от повышения урожайности с/х культур;

Р – затраты на создание полезащитных полос от изъятия земель под полосы. Доходную часть рассчитываем по формуле: Д=Ф*П*З*А, где

Ф – площадь сельхозугодий находящихся под полезащитными полосами

П – прибавка урожая 2 ц/га;

З – закупочная стоимость 1 ц зерна 1000 руб.;

А – срок амортизации полос, 70 лет.

Д = 2023,31*2*1000*70 = 283263400 руб.

Для учета затрат связанных с уборкой, переработкой, вывозкой, хранением полученной прибавки урожая, а также амортизационных отчислений на основные средства, доходная часть в дальнейших расчетах уменьшают на 15% - 240773890 руб.

Расходы, связанные с содержанием полезащитных полос, и потери от изъятия земель под них, определяется по формуле: Р = Ф_п*У*З*А₁+С, где

Ф_п – площадь пашни, изъятия под п.к. 38,0 га;

У – средняя урожайность с/х культур до изъятия земель 12 ц/га;

З – закупочная цена 1 ц. зерна (1000 руб.)

А₁ – возраст полосы, 80 лет;

С – затраты на создание и выращивание полос, 529512 руб.

Р = 38*12*1000*80+529512 = 37009512 руб.

Э_об = Д – Р = 240773890 – 37009512 = 233764378 руб.

Э_год = Э_об/А = 233764378/70 = 3339491 руб.

Срок окупаемости полезащитных полос определяется по формуле:

Q = Р/Э_г = 37009512/3339491 = 11 лет.

Годовая экономическая эффективность от полезащитных полос с 1 га определяется по формуле: Э_г/га = Э_г / Ф = 3339491 / 2023,31 = 1650,51 руб.

Таким образом создание полезащитных полос окупится за 11 лет и годовая экономическая эффективность от полезащитных полос составит 1650,51 руб.

Заключение

Цель работы – углубить полученные теоретические знания по данной дисциплине, развить творческий подход к организации защитных полос, привить практические навыки, научить применят навыки и знания, полученные по другим дисциплинам лесохозяйственной.

В данной работе запроектированы полезащитные лесные полосы; стокорегулирующие лесные полосы; насаждения по откосам и дну оврага с обоснованием схемы размещения, типа культур, ассортимент древесно-кустарниковых пород. Рассчитана технологическая себестоимость и экономическая эффективность.

Литература

1. «Лесные культуры»: Учебник для ВУЗ-ов. Г.И. Редько, А.К. Родин и др. М., Лесная промышленность, 1980. – 368 с.

2. Проектирование агромелиоративных мероприятий: Методические указания к выполнению курсовой работы по лесной мелиорации для студентов специальности 31. 12/ Сост. Н.Д. Васильев. – Йошкар-Ола: МарПИ, 1989. – 48 с.

3. Защитное лесоразведение: Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальности 260400. – Йошкар-Ола: Мар ГТУ, 1998. – 48 с.

4. «Лесные культуры и мелиорация». Для ВУЗ-ов по специальности «Лесное хозяйство» /В.В. Ошевский изд. 2-ое М.: Лесная промышленность. 1974 г. – 374 с.