Процессы, связанные со строительством и

Эксплуатацией каналов

 

Большинство каналов так или иначе изменяет и нарушает природную экологическую обстановку территории, по которой они проложены. В зависимости от целей постройки и воздействия гидрогеологические условия подразделим каналы на два типа.

1. Дренажные каналы: строятся для отвода лишней воды и снижения уровня грунтовых вод.

2. Оросительные каналы: строятся для подачи воды на территории, требующие полива. К этому же типу отнесем судоходные каналы и крупные магистральные каналы, служащие для транзитной передачи больших масс воды на значительные расстояния.

Дренирование и снижение уровня грунтовых вод. На значительных площадях нашей страны, находящихся в гумидной зоне, наблюдается неглубокое залегание уровня грунтовых вод.

Неглубоким будет считаться положение уровня грунтовых вод (чаще менее одного метра), препятствующее сельскохозяйственному или инженерному освоению данной территории. В случае необходимости снижение уровня грунтовых вод осуществляется с помощью дренажных канав и каналов схема воздействия дрены на грунтовые воды показана на рисунке 2.23.

Рис. 2.23. Снижение уровня грунтовых вод (УГВ) за счет дренажа:

а) – УГВ в естественных условиях; б) – УГВ после устройства дренажа

 

Дрена закладывается на глубину ниже уровня грунтовых вод и сооружается с уклоном для отвода воды в ближайший водоток. Уровень грунтовых вод оказывается «привязанным» к уровню воды в дрене, в нем возникает значительный уклон, вызывающий движение воды в сторону дрены и движение подземных вод теперь заканчивается разгрузкой воды в дрену.

С течением времени происходит постепенное снижение уровня грунтовых вод до тех пор, пока не наступит некоторое равновесие между инфильтрационным питанием подземных вод и разгрузкой их в дрену. Помимо грунтового стока дренажные канавы удаляют также воды атмосферных осадков. В случае необходимости сооружается целая сеть дренажных канав и каналов, и удается достичь снижения уровня грунтовых вод на всей заданной территории.

Зарастание происходит по откосам и дну каналов всех типов, не имеющих твердой облицовки. Густая растительность появляется повсеместно, уменьшая начальное сечение канала, но создавая дерновый слой препятствующий развитию склоновых процессов на откосах канала. При необходимости службы эксплуатации занимаются окашиванием растительности.

Просадочность берегов каналов. Сразу после сооружения канала в отдельных местах его откосов начинают развиваться обычные склоновые процессы эрозии, осыпания, оползания, оплывания и т.п.

Скорость развития этих процессов всецело зависит от высоты откоса и состава грунтов, в которых он проложен. Наиболее уязвимыми являются берега, оросительных каналов, сооруженных в просадочных лессовых породах (рис. 2.24).

В результате подачи воды происходит замачивание сухих лессовых грунтов, слагающих откосы канала. В отдельных местах это вызывает просадку берегов небольшими блоками размером около метра. Лессовая порода размягчается и размывается водой, ширина канала увеличивается, глубина уменьшается.

Рис. 2.24. Схема просадки берегов канала в лессовых отложениях:

а) профиль до просадки; б) профиль после просадки

 

Подпор грунтовых вод, фильтрационные потери, засоление подземных вод и грунтов. Все эти процессы зачастую имеют место на площадях, непосредственно прилегающих к оросительным каналам. Оросительные каналы сооружаются на территориях с недостаточным увлажнением, одним из следствий чего является глубокое залегание уровня грунтовых вод, составляющее несколько метров и более (рис. 2.25 а).

Рис. 2.25. Схема подпора грунтовых вод вблизи оросительного канала:

а) - УГВ в естественных условиях; б) – УГВ после заполнения канала

 

Сразу после заполнения канала водой под ним начинается интенсивный процесс формирования зоны насыщения за счет инфильтрации воды и заполнения свободных пор грунта.

 

Постепенно зона насыщения под каналом распространяется вниз, достигает уровня грунтовых вод и начинает расширяться в стороны (рис. 2.25 б).

Расширение постепенно достигает некоторого предела и приостанавливается, когда инфильтрационные потери становятся равны грунтовому стоку. Вновь сформированный уровень грунтовых вод имеет значительные уклоны и выпуклую вниз параболическую форму, а соответствующий процесс получил название подпора грунтовых вод.

Связанные с ним фильтрационные потери признаны крайне неблагоприятным обстоятельством.

Помимо процесса подпора грунтовые воды пополняются за счет инфильтрации части воды, подаваемой на орошение непосредственно на сельскохозяйственных площадях.

Суммарные потери воды могут приводить к подъему грунтовых вод на глубины менее трех метров, которые считаются критическими по возможности процесса испарения подземных вод. В результате капиллярного поднятия по глинистым породам подземные воды оказываются непосредственно вблизи поверхности земли и в условиях аридного климата интенсивно испаряются. В итоге происходит увеличение концентрации солей, растворенных в подземных водах и накопление солей в почвенном слое грунта.

По истечении ряда лет накопленное количество солей в почвах становится ощутимым и начинает оказывать угнетающее воздействие на растительность, особенно на культуры сельскохозяйственного производства.

Одновременно происходит увеличение минерализации подземных вод, вплоть до того, что в отдельных местах пресные грунтовые воды замещаются солоноватыми. Напомним, что даже пресные грунтовые воды аридной полосы сами по себе имеют повышенную по сравнению с гумидной полосой минерализацию.

Данные процессы получили название засоления почвогрунтов и подземных вод. В естественных природных условиях данным процессам противодействуют естественные процессы инфильтрации пресных дождевых и талых вод, которые растворяют и уносят лишние соли. В условиях же недостатка влаги и искусственного повышения уровня грунтовых вод процесс засоления при всей нежелательности может иметь место.

В мелиоративной практике нашей и других стран разработаны успешные методы борьбы и предотвращения названных неблагоприятных процессов. Это - прогрессивные методы орошения, оптимизация поливных норм, устройство противофильтрационных облицовок и покрытий и многие другие, рассматриваемые в основных курсах направления «Природообустройство».