Защитная плотина — это небольшая, иногда временная плотина , возводимая поперек низины , дренажной канавы или водного пути для противодействия эрозии путем снижения скорости потока воды. [1] Защитные плотины сами по себе не являются новым типом технологии; скорее, это древняя техника, датируемая вторым веком нашей эры. [2] Защитные плотины обычно, хотя и не всегда, реализуются в виде системы из нескольких плотин, расположенных на равных интервалах по всей интересующей территории. [3]
Плотина, установленная в канаве , канаве или канале, прерывает поток воды и выравнивает уклон канала, тем самым снижая скорость. В свою очередь, это препятствие вызывает инфильтрацию и уменьшает эрозию . [1] Их можно использовать не только для замедления скорости потока, но и для распределения потоков по канаве, чтобы избежать предпочтительных путей и направить потоки к растительности. [4] Хотя некоторое осаждение может происходить за плотиной, плотины в первую очередь не выполняют функцию улавливающих осадок устройств. [5]
Например, на реке Граливдо в Эфиопии увеличение гидравлической шероховатости за счет защитных дамб и потерь при передаче воды в отложенных отложениях является причиной задержки стока в достижении нижней части речных русел. Сокращение пикового расхода стока было больше на участке реки с защитными дамбами и растительностью (минус 12%), чем на участке без очистки (минус 5,5%). Сокращение общего объема стока также было больше на участке реки с защитными дамбами, чем на участке без очистки. Реализация защитных дамб в сочетании с растительностью снизила пиковый расход и общий объем стока, поскольку большая часть стока просочилась в отложения, отложенные за защитными дамбами. Поскольку защитная плотина оврагов реализована на больших территориях северной Эфиопии, это способствует пополнению подземных вод и увеличению базового стока реки. [6]
Традиционно защитные дамбы устанавливались в двух средах: по дну канала и на холмистых склонах. [7] Защитные дамбы в основном используются для контроля скорости воды, сохранения почвы и улучшения земель. [8] Они используются, когда другие методы контроля потока, такие как облицовка канала или создание биодолин , нецелесообразны. [9] Соответственно, они обычно используются при деградации временных каналов, в которых постоянная стабилизация нецелесообразна и невозможна с точки зрения распределения ресурсов и финансирования из-за короткого срока службы. Они также используются, когда задержки в строительстве и погодные условия не позволяют своевременно установить другие методы контроля эрозии. [10] Это обычно наблюдается в процессе строительства крупных постоянных дамб или контроля эрозии. Таким образом, защитные дамбы служат временными механизмами контроля уровня вдоль водных путей до тех пор, пока не будет установлена решительная стабилизация, или вдоль постоянных долин, которые нуждаются в защите перед установкой неразмываемой облицовки. [11]
Многие контрольные плотины имеют тенденцию образовывать ручьи . В условиях низкого расхода вода либо просачивается в землю, испаряется , либо просачивается через плотину или под нее. В условиях высокого расхода – наводнения – вода течет по конструкции или через нее. Крупно- и среднезернистые отложения из стока имеют тенденцию откладываться за контрольными плотинами, в то время как более мелкие зерна протекают через них. Плавающий мусор также задерживается контрольными плотинами, что повышает их эффективность в качестве мер контроля качества воды.
В засушливых районах контрольные дамбы часто строятся для увеличения пополнения подземных вод в процессе, называемом управляемым пополнением водоносного горизонта. Таким образом, зимний сток может храниться в водоносных горизонтах, из которых вода может быть взята в сухой сезон для орошения, поения скота и питья. Это особенно полезно для небольших поселений, расположенных вдали от крупных городских центров, поскольку контрольные дамбы требуют меньшей зависимости от техники, финансирования или передовых знаний по сравнению с крупномасштабной реализацией плотин. [12] [2]
Защитные дамбы могут использоваться в сочетании с лиманами для остановки и сбора поверхностного стока воды.
Как стратегия стабилизации горных потоков, строительство контрольных дамб имеет давнюю традицию во многих горных регионах, начиная с 19 века в Европе. Крутые склоны затрудняют доступ тяжелой строительной техники к горным потокам, поэтому контрольные дамбы были построены вместо более крупных плотин. Поскольку типичный высокий склон вызывает высокую скорость потока, террасная система из нескольких близко расположенных контрольных дамб обычно необходима для снижения скорости и, таким образом, противодействия эрозии. Такие консолидирующие контрольные дамбы, построенные на террасах, пытаются предотвратить как вертикальное, так и вертикальное врезание в русла каналов, а также стабилизируют прилегающие склоны холмов. Они также используются для смягчения опасности наводнений и селевых потоков. [13]
В британских законах о планировании, заявлениях и ограничениях задерживаются работы по смягчению последствий наводнений. Этому можно противодействовать, устанавливая временные испытательные плотины в водотоках, которые затем можно контролировать и оценивать. Однако для этого требуется поддержка землевладельцев. TTD оказались отличным способом принятия быстрых мер после наводнения и способом вовлечения сообществ в защиту от будущих наводнений.
Перед установкой защитной дамбы инженеры осматривают участок. Стандартная практика требует, чтобы площадь водосбора составляла десять акров или меньше. [3] [9] Водный путь должен иметь уклон не более 50% и иметь минимальную глубину до коренной породы 2 фута (0,61 м). [14] Защитные дамбы часто используются в естественных или искусственных каналах или низменностях. Их никогда не следует размещать в живых потоках, если это не одобрено соответствующими местными, государственными и/или федеральными органами. [14]
Защитные плотины изготавливаются из различных материалов. Поскольку они обычно используются как временные сооружения, они часто изготавливаются из дешевых и доступных материалов, таких как камни, гравий, бревна, тюки сена и мешки с песком. [9] [15] Из них бревенчатые и каменные защитные плотины обычно являются постоянными или полупостоянными, а защитные плотины из мешков с песком строятся в основном для временных целей. Кроме того, существуют защитные плотины, которые строятся с использованием каменной наброски или деревянных досок. Эти плотины обычно реализуются только в небольших открытых каналах, которые дренируют 10 акров (0,04 км 2 ) или меньше; и обычно не превышают 2 фута (0,61 м) в высоту. [16] Сплетенная проволока может использоваться для строительства защитных плотин, чтобы удерживать мелкий материал в овраге. Обычно она используется в средах, где овраг имеет умеренный уклон (менее 10%), небольшую площадь водосбора и в регионах, где потоки паводков обычно не переносят крупные камни или валуны. [17] [15] Почти во всех случаях противоэрозионные покрытия, которые являются биоразлагаемыми открытыми покрытиями, используются в сочетании с контрольными плотинами. Эти покрытия помогают стимулировать рост растительности на склонах, береговых линиях и дне канав.
Плотины-заградители обычно имеют высоту менее 2–3 футов (0,61–0,91 м). [18] А центр плотины должен быть как минимум на 6 дюймов (0,15 м) ниже ее краев. [9] Этот критерий вызывает эффект водослива, что приводит к повышению уровня поверхности воды выше по течению для некоторых, если не для всех условий потока. [19]
Для того, чтобы эффективно замедлить скорость воды, чтобы уменьшить эрозию и защитить канал между плотинами в более крупной системе, расстояние должно быть спроектировано правильно. Плотины должны быть расположены так, чтобы носок плотины, расположенной выше по течению, был равен высоте гребня плотины, расположенной ниже по течению. [20] Это позволяет воде застаиваться между плотинами и существенно замедляет скорость потока. [5]
Защитные плотины являются высокоэффективной практикой для снижения скорости потока в каналах и водных путях. В отличие от больших плотин, защитные плотины реализуются быстрее, экономически эффективны и имеют меньший масштаб. Благодаря этому их реализация обычно не приводит к перемещению людей и сообществ, а также не уничтожает природные ресурсы, если они спроектированы правильно. [21] Более того, плотины просты в строительстве и не зависят от передовых технологий, что позволяет использовать их в сельских общинах с меньшими ресурсами или доступом к техническим знаниям, как это было в засушливых районах Индии в течение некоторого времени. [21]
Защитные дамбы по-прежнему требуют обслуживания и практики удаления осадков. Их становится сложнее реализовать на крутых склонах, поскольку скорость выше, а расстояние между дамбами должно быть сокращено. [5] Защитные дамбы, в зависимости от используемого материала, могут иметь ограниченный срок службы, но при правильной реализации могут считаться постоянными. [5]
Плотины требуют регулярного обслуживания, поскольку обычно являются временными сооружениями, не рассчитанными на долгосрочное использование. Плотины следует осматривать каждую неделю и после сильных дождей. [5] Важно, чтобы щебень, мусор и листья были удалены с верхней по течению стороны плотины. [9] Обычно это делается, когда осадок достигает высоты половины первоначальной высоты плотины. [9]
Когда участок окончательно стабилизирован и защитная дамба больше не нужна, ее полностью удаляют, включая компоненты, смытые ниже по течению, а оголенные участки стабилизируют. [5]
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )