Проектирование осушительных систем

На севере края часты выходы кристаллических пород, гряды высотой  до 250-280 м. К востоку возвышенности  реже, больше болот. В этом районе лежат  крупные озера Топозеро, Пяозеро, Тикшезеро. Верхне-Кемская впадина — обширное, открытое на восток понижение со средней высотой 100-120 м. В ее пределах находится вторая группа крупных озер — Куйто и Нюк. На водоразделе между ними высоты достигают 230-250 м. Для южной части края характерно чередование различных форм рельефа — моренных заболоченных равнин высотой до 90 м с грядами и холмами, достигающими 200 м высоты. Такое сочетание создает живописнейшие ландшафты. Здесь расположена третья группа крупных озер:Сегозеро, Ондозеро, Выгозеро. Прибеломорская низменность имеет высоту менее 100 м. Рельеф — слабоволнистая заболоченная равнина. В прибрежных районах сохранились террасы и береговые валы. На северных участках морского побережья часты крутые возвышенные берега. Южный озерный край характеризуется сильно расчлененным рельефом (за исключением юго-восточной части), но абсолютные высоты невелики. Здесь расположены озера Янисярви, Ведлозеро, Шотозеро, Сямозеро, Сандал и крупнейшие в Европе озера Ладожское (в старину — Нево) и Онежское (Онего). Район сложен гранитами, кварцитами, диабазами, мраморами. Очень своеобразны области Северного Приладожья и Северного Прионежья. В Северном Приладожье сочетаются крупные (до 150-180 м) и мелкие гряды с грядово-холмистыми заболоченными равнинами. Побережье Ладоги расчленено узкими фиордами и окаймлено многочисленными островами. Восточнее тянутся прибрежные песчаные равнины, переходящие в Олонецкую низменность с высотами 5-50 м. Северное Прионежье отличается резко выраженной линейной расчлененностью. Поднятые узкие длинные участки образуют цепи сельговых гряд. Опущенные участки заняты песчаными и заболоченными равнинами, узкими озерами и губами Онежского озера. На востоке от Онежского озера расположена Водлинская низменность высотой 35-80 м, на которой встречаются отдельные возвышенности.

Климат  Карелии

Климат Карелии умеренно-континентальный  с чертами морского. Зима продолжительная, относительно мягкая. Лето короткое, прохладное. Среднегодовая температура от 0 до +3. Продолжительность безморозного периода на СЗ — 80-90 дней, в Северном озерном крае — 85-100 дней, в Прибеломорье и Южном озерном крае — 105-115 дней, в Приладожье и Прионежье — 120-130 дней. Погода здесь неустойчивая, это обуславливается частыми циклонами, идущими с запада. Больше половины дней в году — пасмурные, наибольшая облачность на побережье Белого моря. Годовое количество осадков колеблется от 450-550 мм на севере до 600-700 мм на юге. Весна на юге наступает в середине апреля, но возврат холодов возможен и в мае, а на севере — до середины июня. Лето начинается в первой половине июня на юге и во второй на севере.

Продолжительность светлого времени суток в среднем по республике составляет 22 часа в июне, 21 час в июле, 16 часов в августе. Средняя июльская температура воздуха  в Прибеломорье 14-14,5°, в Северном озерном крае 14,5-15°, в Южном озерном крае 15,5-16,5°. Преобладают ветра восточных румбов, приносящие затяжные дожди. Порой летом Карелию захватывает северная часть Европейского антициклона и при ясной погоде воздух прогревается до 30°. Однако, такая погода легко может смениться ливневыми дождями и сильными западными или холодными северными ветрами.

Осень с влажными юго-западными  ветрами или ясной, но холодной (вплоть до заморозков в низинах) погодой  приходит на север Карелии во второй половине августа, на юг — в начале сентября.

Растительность

Как почвенный, так и растительный покров Карелии сформировались в  послеледниковый период. В современном растительном покрове тундровые виды сохранились в северных районах и на возвышенностях. Преобладают же в Карелии хвойные леса. Граница между северо- и среднетаежными лесами проходит приблизительно на уровне Сегозера. В северной тайге господствуют сосновые леса, в средней — и сосновые, и еловые. Последние преобладают к востоку от Онежского озера, к югу от р. Шуи и в Северном Прионежье.

Основные хвойные породы — сосна обыкновенная и ель  обыкновенная. На севере встречается  ель финская, на востоке — ель  сибирская. Из лиственных распространены береза пушистая, береза бородавчатая, осина, ольха клейкая. В Южной Карелии встречаются участки широколиственных пород - липы, вяза, клена, черной ольхи. Сосновые леса растут в основном на бедных почвах и образуют несколько типов, различающихся характером почв и растительности нижнего яруса. На равнинах, понижениях, болотах повсеместно встречаются сосняки сфагновые с разреженным низкорослым, тонкоствольным лесом. Здесь развит мощный моховой покров, обилие кустарничков — голубики, багульника, болотного мирта. На более развитых лесных почвах растут сосняки-зеленомошники с густыми высокими деревьями. Редкий подлесок составляет рябина, можжевельник. В кустарничковом ярусе преобладает черника и брусника (на более сухих почвах), нижний составляют зеленые мхи. Травянистых растений мало. На бедных почвах вершин и склонов скал и песчаных озов распространены лишайниковые сосняки (беломошники) Деревья здесь довольно редкие, подлесок практически отсутствует. Напочвенный покров составляют лишайники: ягель, зеленые мхи, вереск, толокнянка, брусника. Ельники произрастают на более богатых почвах. Наиболее распространены густые ельники зеленомошники — почти из чистой ели, иногда с примесью березы и осины. На торфяно-подзолистых почвах по окраинам болот растут ельники-долгомошники и ельники сфагновые. По долинам ручьев логам встречаются ельники болотнотравные, с хилой ольхой в подросте, таволгой и мхами на кочках.

На пожарищах, на месте  вырубленных коренных лесов появляются вторичные, в основном смешанные  леса — березовые, осиновые, ольховые с богатым подлеском и травяным ярусом. Среди лиственных пород нередки и хвойные, в основном ель. Именно в смешанных лесах Южной Карелии встречаются редкие здесь липа, вяз, клен. Около 30% площади республики занимают заболоченные земли и болота, составляющие характерную часть ландшафта. Основные их типы следующие. Низинные болота, питаемые грунтовыми водами и поверхностным стоком. Их растительный покров составляют кустарники, осоки, камыш, тростник. Верховые болота, питаемые атмосферными осадками — низкие купола сфагновых мхов с кустарничками голубики, морошки, клюквы, багульника. Переходные болота сочетают черты низинных и верховых. Болота разнообразны и внешне: водоемы, затянутые сверху густым переплетением растений моховые кочковатые болота на водоразделах и заболоченные сосновые леса; серо-зеленые пространства, покрытые болотным мхом с редкими чахлыми березами и соснами и участки белой пушицы, меж которых поблескивают темные лужи, подернутые по краям ряской.

Своеобразна растительность скал. Они, как правило, покрыты пятнами  корковых лишайников черными, серыми, желтыми, красными, коричневыми. Местами  на скалах растут листоватые и кустистые лишайники, мхи. В понижениях, выбоинах, трещинах можно увидеть скальные папоротники и цветковые, растения. 
Растительность пресных водоемов небогата видами. Из прибрежных растений можно отметить камыш, тростник, хвощ топяной, рогоз, несколько видов осок. Из плавающих—малую и желтую кубышки, кувшинку четырехгранную. Морская растительность особенно богата и разнообразна в южной части побережья. Водоросли анфельция, фукус, ламинария являются объектами заготовок.

Карелия богата пищевыми растениями: ягодами и грибами. Из ягод отметим  бруснику, чернику, морошку, голубику. Близ жилых и заброшенных деревень можно встретить заросли малины. В Южной Карелии местами обильна  земляника, смородина. Средние даты начала созревания черники в Северной Карелии колеблются в пределах 20-30 июля, в бассейнах Сегежи, Онды, Выга — 15-20 июля, в южной Карелии — 5-15 июля. Малина поспевает позже на 20 дней, а брусника на месяц. Основной грибной сбор на севере составляют подосиновики и подберезовики, на юге к этому в изобилии добавятся белые, лисички, местами — рыжики и маслята. В Карелии встречаются и ядовитые растения — болиголов, вех ядовитый, волчье лыко.

Реки  и озера Карелии

Отличительной особенностью Карелии являются реки и озёра. Озёра  вытянуты в направлении с северо-запада на юго-восток, что связано со строением  местности и характером рельефа. 
Большинство рек имеет скалистое ложе с порожистым руслом и неровным течением. Участки с бурным течением чередуются с тихими плесами, часто представляющими собой озера. Многочисленные пороги и водопады - распространенное явление на реках Карелии. Крупные реки: Шуя, Суна и др., прорезают целую систему озёр, расположенных на разной высоте и регулирующих сток. 
Реки имеют смешанное питание, но преимущественно снеговое. 
Вскрытие рек на севере Карелии происходит в начале мая, на юге - в конце апреля. 
Озёра занимают площадью около 16,46 тыс.квадратных метра (без Ладожского и Онежского).  
Ладожское озеро - самое крупное озеро в Европе. Площадь его водного зеркала составляет 17,840 квадратных километра, длина 206 км, ширина 130 км.  
Онежское озеро занимает площадью 9890 квадратных километров. Берега  его каменистые, местами песчаные. В северной части озеро сильно расчленено.

Почвы Карелии

Особенности природных условий  Карелии, её умеренно холодный и влажный  климат, сложный рельеф, частая смена  почвообразующих пород определяют большое разнообразие почв. Все почвы подразделены в зависимости от вертикальной зональности на равнинные и горные, по степени увлажнения на: автоморфные, полугидроморфные, гидроморфные.

Вследствие значительной протяженности республики Карелии  с севера на юг наблюдается смена  биоклиматических подзон. Граница между северной и средней подзонами проходит около 63 градусов северной широты. Резкой смены типов почв по подзонам не наблюдается. Это обусловлено широким распространением почвообразующих пород легкого механического состава, общность химический и физических которых перекрывает изменение климатических показателей. 
Всё же некоторые различая существуют: 
1)почвы северной подзоны имеют укороченный профиль. Активными процессами почвообразования затронута самая верхняя часть почвообразующих пород. В почвах средней тайги почвообразовательные процессы активно протекают до глубины 1м на лёгких породах и до 1.5 м на суглинистых отложениях. 
2)в почвенном покрове северной подзоны большее участие принимают подзолисто-болотные и торфяно-болотные почвы. Подзолы и иллювиально-гумусовые занимают не только понижения, но и плоские вершины моренных гряд. 
3)в северной части Карелии, где отдельные гряды достигают высоты 600 м над уровнем моря, выражена вертикальная зональность. Подзолы иллювиально-железисто-гумусовые на высоте 400-500 м сменяются горно-подзолистыми почвами, а выше 500м – горно-тундровыми почвами. Горные почвы в Карелии не изучены. 
4)вдоль побережья Белого моря распространены своеобразные маршевые почвы, характеризующиеся высоким содержанием органического вещества и низкой кислотностью. 
5)в почвах южной Карелии в определенных условиях развивается гумусово-аккумулятивный процесс, что приводит к формированию подзолистых вторично-дерновых почв.

    Прионежский район (именно на этой территории по задаче требуется осушить участок) входит в Южную зону. Зона имеет наиболее благоприятные агроклиматические и экономические условия для развития земледелия. Период со среднесуточной температурой выше 5^оС длится 145-155 дней в году, сумма положительных температур 1900^оС, безморозный период-110-130 дней, в год выпадает 600 мм осадков. Почвы преимущественно подзолистые, дерново-подзолистые и торфянистые, разной окультуренности. Освоенность зоны в сельскохозяйственном отношении 5,7%. Здесь сосредоточена основная часть сельскохозяйственных угодий, пашни и земель мелиоративного фонда. Производится около 60% валовой сельскохозяйственной продукции. В Южной Карелии сосредоточено более 85% сельскохозяйственных угодий, в том числе более 95% осушенных, из них площадь освоённых торфяников превышает уже 30%.

Раздел 3. Выбор метода и способа осушения.

Текст задачи выглядит следующим образом:

 В Прионежском районе РК планируется осушить под травяно-пропашной севооборот участок площадью 260 га. Участок расположен на озерно-ледниковой равнине, торфяник подстилается песками. Почвы торфяные. Водное питание болота смешанного типа: атмосферное и грунтовое. Запас воды в снеге, вероятность превышения которого 10%, равен 200 мм.

 Участок, предназначенный для осушения, покрыт кочками на 30%; кустарником на 60%; крупными деревьями на 10% , густота которых 100 шт/га.

К заданию прилагается  схема в масштабе 1:5000

Так как наиболее перспективным  методом осушения почв при атмосферно-грунтовом  типе питания и использовании  участка под севообороты с  пропашными культурами является закрытый дренаж, то им мы и будем пользоваться в данном проекте.

В настоящее время  пластмассовый  дренаж получает широкое распространение  при осушении болотных  и  избыточно  увлажнённых почв в Литовской, Латвийской, Эстонской, в Нечерноземной зоне (Московская, Рязанская, Костромская, Калининская  и другие области). Пластмассовый  дренаж изготовляют из поливинилхлорида (ПВХ) или полиэтилена (ПЭ).

Ввиду лёгкости пластмассовый  дренаж обычно  укладывают в  торфяные и минеральные почвы без стеллажей. Полиэтиленовые трубы легки и  транспортабельны, процесс укладки  таких труб поддаётся механизации. Трубы в бухтах широко применяют  при бестраншейном способе укладки  дренажа. К недостаткам полиэтиленового  дренажа относятся: относительно высокая  стоимость материала, дефицитность, хрупкость труб из поливинилхлорида при низких температурах и их склонность к химическому заилению.

Раздел 4. Расчет параметров осушительной системы

1. Слой  воды, который необходимо отвести  дренажём рассчитывается по уровню  водного баланса

W=S•(1-ß)+µα

Подставив данные получим:

W=0,22•(1-0,8)+0,15•0,6=0,13м.

2. Приток  воды к дрене рассчитывается  по формуле:

q=W/τ

q=0,13/10 =0,013^м/_с

3. Модуль  дренажного стока рассчитывается  по формуле:

q_др=116•q

q_др=116•0,013=1,508≈1,5 ^л/_га•с

4. Уклон.

Средняя величина уклонов для осушаемого участка определяется по формуле:

Iср=z(0,5(l₀+l_n)+l₁+l₂+…+l_n-1)/F

Iср=1(0,5(102+100,5)+102+100+100,5)/260000=0,0022≈0,002

5. Средняя  глубина заложения дрен рассчитывается  по формуле:

h_ср=a+c+d_в+∆h_min

h_ср=0,6+0,2+0,07+0,26•1,3=1,13

так как  h_ср< h_min, то за глубину заложения берем h_min=1,1м.