СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ И ОБВОДНЕНИЕ

План лекции

7.1. Виды источников орошения и обводнения.

7.2. Регулирование режима источника орошения.

7.3. Поверхностный слой и пути его использования.

7.4. Пригодность воды для орошения.

7.1. Виды источников орошения и обводнения.

Источниками воды для орошения и обводнения могут быть реки в их естественном и зарегулированном состоянии; местный поверхностный сток, поступающий лиманы и пруды; подземные воды, забираемые из шахтных колодцев, буровых скважин, капотажных сооружений.

Для орошения можно также использовать промышленные, хозяйственно-бытовые, шахтные воды и сбросные воды ирригационных систем.

Требования, предъявляемые к водоисточникам: вода должна быть пригодной для орошения сельскохозяйственных культур, а при обводнении - для обеспечения бытовых и хозяйственных нужд; запасы и расходы воды в водоисточнике должны всегда и полностью удовлетворять потребность в воде; водоисточник должен располагаться вблизи орошаемого массива и выше него, чтобы подавать воду самотеком при небольшой стоимости строительства водозаборного сооружения и проводящей сети.

При проектировании оросительных и обводнительных систем необходимо знать водосборную площадь и иметь характеристики (таблицы и графики) уровней, расходов, мутности и минерализации воды в водоисточнике для характерных расчетных лет, устойчивости русла, а также его гидрогеологию и топографию. Зная эти характеристики, можно установить: возможную площадь орошения из водоисточника, необходимость регулирования режима источника орошения, необходимость осветления воды, схемы водозабора и подачи воды на орошаемый массив.

Водоисточник должен полностью обеспечивать потребность в воде за весь период орошения. Если в некоторые периоды водоисточник имеет меньший расход воды, чем требуется на орошение, то режим водоисточника и режим орошния надо согласовать, то есть привести в соответствие друг с другом. Это достигается следующими путями:

1) регулированием водоисточника;

2) приспособлеиием режима орошения сельскохозяйственных культур к режиму водоисточника; при этом сокращают затраты воды на орошение, уменьшая потери воды в каналах, применяя полив без сброса и малыми поливными нормами, используя закрытую сеть и полив дождеванием, выполняя план водопользования, уменьшая площадь посева водотребовательных культур; 

3) одновременным регулированием водоисточника и изменением режима работы оросительной системы.

7.2. Регулирование режима источника орошения

Искусственное изменение расхода водоисточника во времени, осуществляемое водохранилищем или резервуаром, называют регулированием режима водоисточника. В зависимости от продолжительности накопления воды в водохранилище, резервуарах и последующего ее использования регулирование водоисточников может быть суточным, недельным, сезонным (или годичным), многолетним, смешанным.

Суточное регулирование применяют чаще при использовании подземных вод, когда в ночное время воду подают в резервуар, а днем забирают на орошение или водоснабжение расход больший, чем приток.

Суточное регулирование стока воды позволяет использовать всю воду источника на орошение и тем самым увеличить площадь орошения.

Сезонное или годичное регулирование состоит в перераспределении стока в течение одного года. Для этого на реке или балке строят плотины и в образовавшемся регулирующем водохранилище сток полностью или частично задерживают в период паводков и используют его в период орошения. Сезонное регулирование стока применяют, если годовое потребление воды меньше годового стока расчетной обеспеченности (70-97%). Когда фактическое потребление воды больше годового стока расчетной обеспеченности, необходимо многолетнее регулирование, при котором воду запасают в водохранилище в многоводные годы и используют на орошение и обводнение в маловодные годы.

При сезонном регулировании стока емкость водохранилища равна обычно 20-70%, а при многолетнем регулировании – 120-170% среднемноголетнѐго стока. Сток для орошения и обводнения экономически целесообразно регулировать в комплексе с получением электроэнергии.

Регулирование может быть полным или неполным. При полном регулировании всю воду задерживают в водохранилище без сброса воды из него. При неполном регулировании часть воды из водохранилища сбрасывают.

Регулирующее водохранилище можно располагать на реке и в стороне от нее с питанием речной водой через подводящий канал. В оросительный канал вода поступает из водохранилища или одновременно из реки и водохранилища, или из реки, но с пополнением расхода реки из водохранилища через подпитывающий канал. В водохранилище, расположенное на реке, поступают все речные наносы; в водохранилище, расположенное в стороне от реки, поступает только часть речных наносов по подводящему каналу, поэтому оно меньше заиляется, чем водохранилище на реке. Регулирующее водохранилище может наполняться по подпитывающему каналу водой весеннего стока реки и водой, стекающей с прилегающего водосбора.

7.3. Поверхностный сток и пути его использования

Поверхностный сток (далее просто сток) разделяется на склоновый, русловый и речной, а в зависимости, от происхождения - сток весеннего снеготаяния (для рек - сток половодья) и дождевой.

Сток, который образуется в рассматриваемом районе, называют местным. Склоновый и русловый стоки обычно относятся к местному стоку. Особенность местного стока состоит в том, что для его использования не нужно специального разрешения органов водной охраны, в то время как на использование речного стока такое разрешение необходимо.

Наиболее рационально и экономично использовать местный сток для орошения, задерживая его непосредственно на сельскохозяйственных полях и превращая в почвенную влагу, которая используется растениями во время вегетации для создания урожая. Этого можно достичь снегозадержанием, вспашкой поперек склона с прерывистым бороздованием, лункованием пашни, повышением водопроницаемости почвы путем введения травопольных севооборотов, улучшением структуры почвы, внесением навоза.

Сток задерживают на полях также при лиманном орошении. Лиманом называют мелководный водоем значительной площади. Лиманы бывают естественные и искусственные. Искусственные лиманы образуют с помощью водозадерживающих валиков, но в отличие от чека планировку поверхности почвы внутри лимана не проводят, поэтому глубина воды в нем может изменяться от нуля в верхней части лимана до некоторого максимального значения - в нижней (у вала). В соответствии с этим глубина лимана характеризуется средней величиной.

Местный сток, который не удалось аккумулировать в почве на полях, можно использовать для орошения после его задержания в прудах и водохранилищах, устраиваемых на балках и в других понижениях рельефа. Для этого строят водоподпорные сооружения - плотины, которые образуют водохранилища. Мелководное водохранилище площадью не более 1 км² называют прудом. Плотины прудов обычно возводят из местных материалов, часто земляные из суглинистого грунта. В плотинах из супесчаного грунта (для уменьшения фильтрации через тело плотины и ее основание) устраивают ядро и зуб или замок. Чтобы фильтрационные воды не выходили на низовой откос, отсыпают дренажную призму. Земляную плотину строят, отсыпая почву слоями 20-30 см и уплотняя ее бульдозерами или катками. Применяют также средства гидромеханизации.

Основная часть площадей нашей страны орошается из рек. Речной сток в нашей стране весьма велик, однако распределен неравномерно.

На юге, западе и востоке страны заметную роль в питании рек играют дожди, а на юге - еще и ледники, которые обеспечивают благоприятный для орошения гидрологический режим (наибольшие расходы воды - летом). Однако большинство равнинных рек страны характеризуется преимущественно снеговым типом водного питания и соответственно значительным по расходам и объемам воды весенним половодьем. Период орошения здесь совпадает с летней меженью рек, когда наблюдается низкая их водность. Поэтому сток многих рек в районах орошения зарегулирован в водохранилищах.

Регулирование стока средних и крупных рек выполняют по типу многолетнего, когда общее наполнение водохранилища происходит в многоводные годы, а его полная сработка до УМО - в маловодные. Для регулирования стока таких рек в целях орошения, энергетики, судоходства, рыборазведения строят крупные комплексные гидроузлы, объединяющие несколько гидротехнических сооружений. Основное сооружение гидроузла - плотина. Плотины могут быть водоподъемные и водохранилищные. В крупных гидроузлах помимогрунтовых применяют также бетонные гравитационные, коптрфорсные, арочные, а также каменные н каменно-грунтовые плотины.

При строительстве крупных водохранилищ следует учитывать нежелательность затопления земель. Поэтому наиболее целесообразно строить водохранилища в горах. На равнинных территориях зону возможного мелководья ограждают дамбами и устраивают вдоль них специальный дренаж.

7.4.  Пригодность воды для орошения

Пригодность воды для орошения иногда устанавливают по соотношению содержания в ней отдельных видов растворимых солей. Вопрос этот имеет значение главным образом при использовании на орошение подземных вод, отличающихся более или менее значительной минерализацией.

Степень допустимости применения соленых вод на орошение зависит не только от содержания солей, но и от ряда других условий.

Допустимое содержание солей в воде при прочих одинаковых условиях может быть превышено в следующих условиях:

1) на хорошо проницаемых почвах, не подстилаемых близко водоупорным слоем или безотточными грунтовыми водами, где не происходит накопления солей;

2) если применяются небольшие оросительные нормы и поливы даются малыми нормами, но более часто, чтобы не вводить в почву много солей и в то же время не создавать в верхних слоях почвы высокой концентрации почвенного раствора;

3) если применяется хорошая агротехника, позволяющая создавать и поддерживать комковатую структуру почвы и накоплять в почве атмосферную влагу, снижающую концентрацию солей (травопольный севооборот с большим процентом трав, применение навозного и зеленого удобрений, зябь и др.);

4) если в данной местности после оросительного сезона выпадают осадки, достаточные для естественной промывки накопляющихся в почве солей.

Если соли, вносимые с соленой оросительной водой, не имеют естественной промывки, приходится прибегать к искусственной промывке почвы.

При соблюдении указанных условий в крайних случаях допускают орошение водой с содержанием солей до 5-6 г /л.

Очень соленые грунтовые воды при необходимости употребления их на орошение надо по возможности разбавлять пресной речной водой.

Имеет значение и температура оросительной воды. В случае применения на орошение очень холодной грунтовой или артезианской воды сильное охлаждение почвы может оказаться вредным для некоторых культур; в этих случаях очень холодную воду летом следует предварительно несколько прогревать в открытых бассейнах.

Но не всегда орошение оказывает на почву благотворное воздействие. Отрицательное воздействие воды на почву бывает в том случае, когда она не отвечает предъявленным к ней требованиям. Качество оросительной воды обычно оценивается тремя показателями: температурой, наличием взвешенных частиц, минерализацией. Отрицательное воздействие на растение оказывает низкая температура воды в источнике, особенно при высокой температуре воздуха.

В этом случае на оросительных системах обычно предусматривается устройство бассейнов, обеспечивающих прогревание холодной воды.

Взвешенные частицы, содержащиеся в водах рек, оседая, улучшают агрегатное состояние почвы, так как в процессе их осаждения происходит аккумуляция углекислого кальция и обогащение почвы органическим веществом. Это способствует созданию комковатой структуры почвы. Наиболее мелкие фракции наносов содержат значительное количество питательных веществ и имеют агрохимическую ценность.

Раньше считали, что минерализация оросительной воды не должна превышать 1-1,5 г/л, и при этой концентрации солей орошение проводили со всеми мерами, предотвращающими возможность засоления почвы. Теперь на орошение различных сельскохозяйственных культур используют минерализованные воды. Для большинства растений безвредна вода с минерализацией 2-5 г/л, а для солеустойчивых 10-12 г/л. Токсичной вода считается при наличии 15-20 г/л растворимых солей.

Пригодность минерализованной воды для орошения определяете взаимодействием различных факторов. Важнейшие из них: общее содержание солей в воде; химический состав воды; механический состав и водно-физические свойства почвы; содержание и состав солей в почве; климат; дренированность территории; способ орошения; агротехника; особенности орошаемой культуры.

Единой оценки качества воды для орошения быть не может из-за взаимодействия большого количества факторов на процессы, протекающие в почве при орошении. Н. Н. Антипов-Каратаев и Г.А. Кадер в качестве критерия пригодности воды для орошения используют показатель величины ионного обмена К:

К= rСа+rМg / rNa+ 0,238 *S,

где К - коэффициент ионного обмена;

rСа, rМg, rNa - эквивалентное содержание химических элементов в воде;

S - минерализация воды, г/л.

Воду считают непригодной для орошения при К ≤ 1 и пригодной при К > 1. При отношении Na/(Са + Мg)≥ 4 возможно осолонцевание почвы за счет поглощения ионов натрия. Особенно опасно в воде наличие соды, токсичность которой проявляется при концентрации в четыре раза меньшей, чем для гидрокарбоната натрия. Орошение водой повышенной минерализации допустимо только при наличии дренажа.

При использовании для орошения сточных вод необходимо также выявить качественное и количественное наличие в них специфических веществ (смол, фенолов, нефтепродуктов, свинца и др.) и сравнить их с допустимыми концентрациями.

ЛЕКЦИЯ 8