Орошение земли: способы, виды технологии, определение, причины необходимости в проекте, средства, и как происходит процесс в дополнение к естественному увлажнению?

При внутрипочвенном орошении поливная вода подводится с некоторой глубины непосредственно в корнеобитаемый слой при помощи увлажнителей различных конструкций. При этом обеспечивается хорошая аэрация почвенного слоя, на протяжении всего вегетационного периода поддерживается заданная влажность почвы без значительных потерь воды.

Внутрипочвенное орошение наиболее эффективно в районах с дефицитом оросительной воды и в первую очередь в хозяйствах, где на орошение можно использовать хозяйственно-бытовые и животноводческие стоки.

Существует несколько разновидностей внутрипочвенного орошения. По напору в сети различают напорные с гравитационно-капиллярным увлажнением, низконапорные с капиллярно-гравитационным увлажнением и адсорбционные (вакуумные) с капиллярным увлажнением почвы. Наибольшее распространение получили низконапорные системы.

Системы внутрипочвенного орошения по продолжительности нахождения увлажнительной сети на участке делятся на стационарные, полустационарные с мобильными инъекционными машинами, стационарно-сезонные (кротовые увлажнители, микропористые увлажнители), временные для одноразового пользования (кротование). Наиболее распространены стационарные системы.

По конструкции увлажнительной сети они бывают с трубчатыми пористыми увлажнителями (гончарные и керамические трубки); трубчатыми перфорированными увлажнителями; инъекционными устройствами (гидробуры, гидропушка для бесконтактной инъекции, культиваторы с полыми сошниками-инъекторами). Наиболее распространены системы с трубчатыми перфорированными увлажнителями.

Элементы техники орошения:глубина заложения увлажнителей (0,4…0,6 м); напор в увлажнителях (0,2…0,5 м); удельный расход увлажнителей (0,02…0,33 л/с на 100 м длины); длина увлажнителей (50…200 м); расстояние между увлажнителями (1,0…3,5 м); продолжительность полива.

На величину элементов техники внутрипочвенного орошения влияют водопроницаемость почв, уклон, сложность микрорельефа, мутность воды. От принятых элементов техники орошения зависит качество полива, которое оценивается равномерностью увлажнения по длине, глубиной неувлажняемого слоя почвы, глубинной утечкой воды.

Длину увлажнителя можно определить по зависимости l= Q/vf, где Q – расход в голове увлажнителя, м³/с; v – скорость впитывания воды в почву, м/с; f – смоченный периметр увлажнителя, м.

Продолжительность полива можно найти по формуле

, (2.47)

где m – поливная норма, м³/га; ω – орошаемая площадь, га; q – расход воды, подаваемой одним увлажнителем, м³/ч; n — количество увлажнителей.

Расход увлажнителя на метр длины q_уд=ah, где a — параметр, зависящий от водно-физических свойств почвы и степени перфорации увлажнителей; h – пьезометрический напор в увлажнителе, м.

Параметр a определяют по зависимости

, (2.48)

где Т — количество тактов водооборота; В – расстояние между увлажнителями, м; t — межполивной период для самого напряженного по водопотреблению месяца, сут; h_р — расчетный напор над осью увлажнителя, м.

Конструкция системы. Система внутрипочвенного орошения состоит из насосной станции, очистных сооружений, распределительной и увлажнительной сети, водовыпускных сооружений, водоотводного аэрационного трубопровода, контрольно-вентиляционных сооружений.

Очистка оросительных вод осуществляется сетчатыми и гравийными фильтрами, а сточных вод – в специальных отстойниках различных конструкций.

В качестве увлажнителей рекомендуется применять полиэтиленовые трубы диаметром 20…40 мм. Длина их принимается 150…200 м. При этой длине увлажнителей обеспечивается равномерное увлажнение почвы. Расстояние между увлажнителями на среднесуглинистых и глинистых почвах принимается для овощных и кормовых культур — 1,25…2 м; для ягодников (малина, смородина) и виноградников — 2,5…3 м; для плодовых насаждений — 3…3,5 м.

Водоотводная аэрационная сеть предназначена для отвода и сброса оросительной воды из увлажнительной и оросительной сети при переувлажнении корнеобитаемого слоя из-за затяжных дождей или при весеннем снеготаянии. Она также выполняет роль аэрационной сети в межполивной период, когда воздух через открытые наблюдательные колодцы (колодцы-стояки) аэрирует почву. Во время полива через эту сеть и открытые аэрационные колодцы свободно уходит вытесняемый водой воздух. Увлажнительные трубопроводы соединяются с оросительной и водоотводной аэрационной сетями с помощью патрубков из гончарных труб.

Капельное орошение.Капельное орошение является особой разновидностью внутрипочвенного орошения, при котором поливная вода по трубопроводам через специальные микроводовыпуски (капельницы) подается малыми расходами (каплями) непосредственно в корнеобитаемую зону растений.

Основные достоинства капельного орошения: экономия оросительной воды; локальное увлажнение почвы только в зоне размещения корневой системы; отпадает необходимость планировки; возможна подача вместе с оросительной водой удобрений и ядохимикатов; незначительные энергозатраты; отпадает необходимость в дренаже.

Основные недостатки: засорение отверстий капельниц примесями и отложениями солей; неравномерность распределения воды при значительных площадях системы; повреждение пластмассовых трубопроводов грызунами; высокие капиталовложения в строительство.

Мировая площадь капитального орошения в 1982 г. превысила 450 тыс. га. Капельное орошение применяют в основном для полива плодовых насаждений и виноградников в Украине, в Молдавии, Таджикистане и др.

К элементам техники капельного орошения относятся: очаг увлажнения; контур увлажнения; расход капельницы; количество и схема расположения точек водоподачи в очаге увлажнения; равномерность распределения оросительной воды капельницами; схема расположения капельниц на орошаемой площади; площадь увлажнения. Очаг увлажнения определяется размерами увлажненного пятна на поверхности почвы и глубиной контура увлажнения, которые зависят от воднофизических свойств почвы, предполивной ее влажности, продолжительности полива, интенсивности испарения.

При капельном орошении увлажняется не вся площадь, а только часть ее. В качестве ориентировочных рекомендаций можно принимать для многолетних насаждений с густотой посадки до 1 тыс. корней на 1 га площадь увлажнения, равную 30% от общей площади. В районах, где орошение дополняет естественные осадки, может увлажняться 20% площади посевов.

Система капитального орошения состоит из следующих основных элементов: водозаборного и напорообразующих узлов, фильтра, устройства для подачи удобрений, пульта управления, магистрального, распределительных и поливных трубопроводов, капельниц, датчика необходимости полива.

Основным конструктивным элементом системы, определяющим ее основные параметры, являются капельницы (табл. 2.7).

Таблица 2.7 — Характеристика основных типов капельниц-водовыпусков

Из поливного трубопровода вода через отверстие поступает в капельницу, где, проходя через решетки и дроссель, подается по выпускным микротрубкам в корневую систему локально в одну или две точки. При работе на мутной воде капельница может самоочищаться, пропуская твердые включения, содержащиеся в воде. После пропуска твердого включения размер отверстий дросселя восстанавливается.

Наиболее простыми сооружениями для частичного осветления воды могут служить бассейны или отстойники. Для задержания частиц диаметром менее 10 мк применяются песчано-гравийные фильтры и фильтры с плавающей пенополистирольной загрузкой (ФПЗ). Такой фильтр представляет собой трубу диаметром 240…1200 мм и высотой до 3 м, заполненную полистирольными плавающими гранулами. Вода подается под напором и, перемещаясь сверху вниз через зернистый слой гранул с большой свободной поверхностью, очищается от грубодисперсных и коллоидных загрязнений. Фильтр легко очищается подачей воды под напором снизу вверх.

Внутрихозяйственная оросительная сеть проектируется, как правило, тупиковой из полиэтиленовых труб диаметром 16…50 мм. Расположение их может быть как подземным, так и наземным. Расстояние между поливными трубопроводами устанавливают в соответствии с шириной междурядий или расстоянием между рядами деревьев. Оно изменяется от 0,7…0,0 для пропашных культур до 4,5…8 м – для плодово-ягодных.

Для систем непрерывного капельного орошения при заданной длине поливного трубопровода расчет сводится к определению наименьшего диаметра труб, при котором обеспечивается равномерная раздача воды. Гидравлический расчет остальных звеньев оросительной системы ведется по обычным формулам гидравлики с использованием известных приемов.

Субирригация(подземное орошение) – это способ увлажнения пахотного слоя почвы за счет капиллярного подпитывания путем подъема и поддержания необходимого уровня грунтовых вод.

Варианты субирригации: шлюзование (подпор) сбросных, дренажных и оросительных каналов; подача оросительной воды по сильнофильтрующим каналам, а также по проложенным на небольшой глубине (0,5…0,6 м) трубчатым увлажнителям; регулирование естественного оттока грунтовых вод; подпитывание артезианскими водами путем прорезывания водонепроницаемого слоя.

Подземное орошение применяется для влаголюбивых растений с глубокой корневой системой на территориях с естественным плоским безуклонным рельефом, однородными, незасоленными, с хорошими капиллярными свойствами почвогрунтами, неглубоким залеганием пресных грунтовых вод. Подземное орошение шлюзованием применяется на осушительно-увлажнительных системах на почвах, подстилаемых хорошо фильтрующими грунтами. В зоне орошаемого земледелия на территориях, сложенных тяжелыми почвогрунтами, при высоком уровне минерализованных вод со слабой отточностью может применяться подземное орошение по дренам-увлажнителям после опреснения почвогрунтов и грунтовых вод. Над зеркалом грунтовых вод в этом случае создается слой пресных вод, которые, перемещаются по капиллярам опресненных почвогрунтов, поступают в корневую систему растений.

2.11. Проектирование в плане оросительной сети

Проектирование в плане магистрального канала и его ветвей оросительной сети (открытая сеть).

Магистральный канал состоит из головного участка, холостой и рабочей частей. Головной участок — это входной водоприемный участок, на котором вода с помощью головного сооружения забирается в ка­нал и при необходимости осветляется от наносов в отстойниках.

Холостая часть — участок канала, подводящий воду от источника орошения к первому распределительному каналу.

Рабочая часть канала делит воду между распределительными каналами.

Расположение в плане магистрального канала зави­сит от геоморфологических ус­ловий местности, от типа во­доисточника и его размещения по отношению к орошаемому массиву, типа водозабора и др.

Основными геоморфологи­ческими типами районов оро­шения в СНГ являются пред­горные, речные водораздель­ные равнины и плато.

Водораздельные равнины и плато характеризуются сравни­тельно малыми уклонами, сложным микрорельефом и ог­раниченными водными ресур­сами.

Здесь главные источни­ки орошения — реки и водохранилища.

Предгорные равнины делят на две части — верхнюю и нижнюю. Верхние части имеют значительные уклоны, а нижние — несколько меньшие. В верхней части источниками оро­шения являются реки, стекающие с гор, а в нижней — верхние участки реки, протекающей по долине.

В со­ответствии с ДБН В.2.4-1-99 для обеспечения условий коман­дования и самотечного распределения воды каналы необходимо трассировать по наиболее высоким отметкам местности. Жела­тельно, чтобы каналы располагались по водоразделам и имели двухстороннее командование. При разбивке сети следует стре­миться к тому, чтобы общая длина каналов была наименьшей, так как в противном случае увеличивается стоимость строитель­ства и эксплуатации и к тому же уменьшается коэффициент по­лезного действия оросительной системы.

Наиболее рационально трассировать канал на местности с уклоном, обеспечивающим получение в нем скорости, близкой к допустимой на размыв, что обеспечивает наименьшую стоимость работ по строительству и эксплуатации канала. При малых уклонах увеличивается попереч­ное сечение каналов и усложняется производство работ. Большие уклоны требуют устройства на каналах перепадов и быстротоков. Так как каналы — это реальные границы земельных участков, то их следует располагать на границах хозяйств, севооборотных, бригадных и других участков (рис. 2.37).

Рис. 2.37 — Схема оросительной сети на севооборотном участке:

1- хозяйственный канал; 2 — участковые каналы; 3- временные оросители;

4 — выводные борозды; 5 — поливная сеть

Речные долины в верхней части характеризуются средними уклонами, а в дельтовой части — малыми. Здесь основные источ­ники орошения — реки и их притоки, а также воды местного сто­ка, зарегулированного в балках и реках.

При орошении водораздельных участков вода из рек или водо­хранилищ подается на командную точку насосной станцией (рис. 2.38).

Рис. 2.38 — Схема расположения межхозяйственной се­ти на водораздельной равнине:

1- водохранилище; 2 — насосная станция; 3 — на­порный трубопровод; 4 — регулирующий бассейн; 5 — ма­гистральный канал; 6 — межхозяйственные распредели­тели; 7 — хозяйственные распределители; 8 — внутри­хозяйственные (участковые) распределители

Машинный водоподъем применяют на крупнейших оро­сительных системах юга Украины (Каховской, Ингулецкой, Се-веророгачикской), в Поволжье (Энгельсская, Приволжская, Ком­сомольская) и в других зонах орошения.

Трассу магистрального канала проектируют по повышенным (водораздельным) участкам, а его ветви и распределительные ка­налы — по местным водоразделам для осуществления командо­вания над большей площадью орошения. По возможности следует проектировать каналы двухсторонним командованием.

При орошении предгорных равнин магистральный канал и межхозяйственные распределители располагают вдоль или под острым углом к направлению уклона местности, чтобы подать воду на возможно большую площадь (рис. 2.39 и 2.40).

На оросительных системах, расположенных на террасах реч­ных долин, холостую часть магистрального канала проектируют с минимально допустимым уклоном сначала вдоль реки, а затем с постепенным приближением к массиву орошения (рис. 2.41).

Рис. 2.39 — Схема расположения межхо­зяйственной сети на конусе выноса:

1 — река; 2 — водозабор; 3 — ветви магистрального канала; 4 — межхозяйст­венный распределитель

Рис. 2.40 — Схема расположения про­водящей сети на предгорной равнине:

1 — река: 2 — водозабор; 3 — магист­ральный канал; 4 — межхозяйственные распределители; 5 — хозяйственные рас­пределители

Рис. 2.41 — Схема расположения холостой части магистрального канала:

1 — бесплотинный водозабор; 2 — плотинный водозабор; 3 — ме­ханический водоподъем; 4 — командная точка; 5 — рабочая часть магистрального канала;

6 — подкомандная территория

Это самые распространенные схемы в плане, с которыми сталкиваются раз­работчики при проектировании оросительных систем.

При проектировании и строительстве технически совершенных оросительных си­стем с закрытой внутрихозяйственной сетью, высокопроизводи­тельной дождевальной техникой, автоматизацией водораспределения и полива на крупных земельных массивах магистральный канал и межхозяйственные распределители с большим расходом воды проектируют открытыми в облицованном русле.

Непосред­ственно на севооборотные участки вода подается насосными стан­циями, создающими одновременно напор в сети, необходимый для подключения автоматически работающих машин «Фрегат» (рис.2.42).

Рис. 2.42 — Схема расположения магистрального канала и межхо­зяйственных распределителей при поливе дождеванием из закры­той внутрихозяйственной сети: 1 — река; 2 — насосная станция; 3 — напорный трубопровод; 4 — ре­гулирующий бассейн; 5 — магистральный канал; 6 — межхозяйственные распределители; 7 — насосные станции подкачки

На юге Украины и в Молдавии применяют также рассредото­ченную схему сети на массиве орошения. По этой схеме вместо единого магистрального канала, командующего всем массивом орошения, проектируют несколько самостоятельных каналов, по­дающих воду на отдельные участки орошаемого массива. Это дает возможность снизить затраты на строительство и эксплуатацию оросительной сети и оперативно вводить в эксплуатацию перво­очередные орошаемые участки на массиве. По такому принципу построены рисовые оросительные системы в дельте Дуная.

Оригинальное решение принято при проектировании Ингулецкой оросительной системы в Украине, где в качестве холостой части магистрального канала использовано углубленное на протяжении 80 км русло реки Ингулец, по которому вода от реки Днепр поступает противотоком (антирека), а затем подается на командную точку на высоту 60 м насосной станцией производи­тельностью 30 м³/с.

Проектирование в плане межхозяйственной и внутрихозяйственной сети каналов.

Направление трассы магистрального канала в значи­тельной степени предопределяет расположение межхозяйственной и хозяйственной распределительной сетей. Так, если на речных долинах магистральный канал проходит под острым углом к го­ризонталям, то распределители старшего порядка располагают в направлении наибольшего уклона местности. В зависимости от размеров орошаемой площади и разветвленности оросительной сети это могут быть межхозяйственные каналы при больших пло­щадях массива орошения и хозяйственные — при небольших. От­ходящие от них распределители младшего порядка размещают под небольшим углом к горизонталям (рис. 2.43).

При расположении канала по наибольшему уклону на пред­горных равнинах и конусах выноса распределители первого по­рядка проектируют под острым углом к горизонталям, а второго порядка — в направлении уклона местности (см. рис. 2.40). В условиях сложного рельефа при наличии ложбин, второ­степенных водоразделов магистральный канал проектируют по тем же принципам, но он теряет свою прямолинейность. Распре­делительные каналы трассируют с допускаемыми уклонами по гребням местных водоразделов с двухсторонним командованием (рис.2.44).

Рис. 2.43 — Схема расположения проводящей сети на речной долине

1 — река; 2 — водозабор; 3 — магистральный канал; 4 — межхозяйственные распределители; 5 — хозяйственные распределители

Рис. 2.44 — Схема расположения магистрального канала и межхозяйственной сети на сложном рельефе: 1 — река; 2 — магистральный канал; 3 — межхо­зяйственные распределители; 4 — водосбросные ка­налы; 5 — главный водосбросный канал

В зависимости от рельефа и условий организации территории расположение рабочей части магистрального канала и распреде­лительной сети может быть односторонним и двухсторонним (см. рис. 2.38 и 2.43), узловым и линейным.

На первом этапе проектирования расходы магистрального ираспределительных каналов рассчитывают по данным графика гидромодуля культур на площади, подкомандной каждому ка­налу.

Проектирование хозяйственной и межхозяйственной проводя­щей оросительной сети каналов выполняют на планах в масштабе 1 :10000 или 1 : 5000 с сечением горизонталей через 0,5 м, когда известны площади, состав культур севооборотов, режим ороше­ния и техника полива сельскохозяйственных культур.

Сеть начинают проектировать с нанесения на план границ хозяйств и определения валовой и пригодной под орошение площади, оконтуривая участки, непригодные для орошения по топо­графическим и почвенным условиям. Анализируют рельеф, выде­ляют повышенные и пониженные участки для возможной трас­сировки оросительных и водосборно-сбросных каналов.

Трассы хозяйственных и внутрихозяйственных распределите­лей намечают по самым высоким элементам рельефа. Далее, в за­висимости от характера рельефа и техники полива назначают три-четыре расчетных типоразмера севооборотного поля, используя масштабные шаблоны севооборотов.

Оптимальным для данного типоразмера будет вариант разме­щения полей с их наиболее компактным размещением при наи­меньшем количестве полей неправильной формы.

В заключение окончательно увязывают трассы каналов с гра­ницами хозяйств, полей севооборотов, дорогами и другими ком­муникациями и приступают к разбивке поливных участков в пре­делах каждого севооборота.

Особенности проектирования закрытой (трубчатой) оросительной сети в плане.

Трубчатая (закрытая) оросительная сеть — система трубопро­водов, выполняющих функции каналов.

Трубчатые оросительные системы имеют следующие достоинст­ва: отсутствие потерь воды на фильтрацию и испарение, что обеспечивает высокий КПД системы (0,96—0,98) и повышает оросительную способность источников орошения; высокий коэф­фициент земельного использования; возможность распределения воды по орошаемой площади при сложном рельефе; благоприят­ные условия для осуществления автоматизации работы ороси­тельных систем.

К недостаткам трубчатой оросительной сети (ТОС) относятся: потребность в большом количестве труб, что значительно повы­шает капитальные и эксплуатационные затраты; потребность в электроэнергии на создание нужного напора в трубопроводах при отсутствии или недостаточности естественного напора.

В зависимости от способа подачи воды различают два типа закрытой ороси­тельной сети: с самотечно-напорной закрытой или комбиниро­ванной сетью; с механической подачей воды в закрытую сеть.

В самотечно-напорной сети оросительная вода в трубопрово­дах транспортируется за счет напора, создаваемого естествен­ным уклоном местности. Ее целесообразно строить на участках с уклоном от 0,003 и выше.

Оросительные системы с механической подачей воды приме­няют в тех случаях, когда уровень воды в источнике орошения ниже поверхности орошаемого участка или напор, создаваемый естественным уклоном местности, оказывается недостаточным.

В зависимости от конструкции сети ТОС делят на стационар­ные, полустационарные и передвижные. Стационарная сеть, в ко­торой вода транспортируется по трубопроводам, заложенным в земле, получила наибольшее распространение.

Полустационарная сеть состоит из подземных и передвижных поверхностных трубопроводов. За счет применения передвижных • полевых трубопроводов строительная стоимость этих систем сни­жается, но возрастают эксплуатационные затраты, так как в про­цессе полива трубопроводы необходимо перемещать по полю.

В передвижных системах трубопроводы располагают на по­верхности земли, всю сеть можно разбирать и перемещать на другой участок.

Для устройства трубопроводов в основном применяют асбесто-цементные, напорные железобетонные, напорные железобетонные со стальным сердечником, стальные, чугунные и пластмассовые трубы.

Труб­чатая оросительная сеть (ТОС) состоитиз следующих звеньев: магистральный или главный трубопровод, распределительные трубопро­воды различных порядков и полевые трубопроводы.

По расположению в плане различают следующие схемы труб­чатой оросительной сети: с односторонним распределением воды; с двусторонним; тупиковая; закольцованная (рис. 2.45).

Рис. 2.45 — схемы расположения трубчатой оросительной сети: а — односторонняя; б — двусторонняя; в — тупиковая; г — закольцованная; 1 — насосная станция; 2 — магистральный трубопро­вод; 3 — распределительный трубопровод

Взаимное расположение звеньев ТОС должно быть увязано с организацией орошаемой территории в плане и с техникой полива.

В зависимости от рельефа А. Н. Костяков выделяет две схемы расположения трубопроводов.

В первой схеме магистральный трубопровод (МТ) размеща­ется по наименьшему уклону, распределители первого порядка отходят от МТ под прямым углом по наибольшему уклону, рас­пределители второго порядка отходят от распределителей первого порядка под прямым углом по наименьшему уклону и т. д.

Во второй схеме магистральный трубопровод располагается по наибольшему уклону, а остальные звенья сети — в зависи­мости от этого.

Чаще всего звеном, определяющим выбор схемы расположе­ния закрытой оросительной сети, являются полевые трубопрово­ды, на долю которых приходится 70…80% всей протяженности сети. Расположение полевых трубопроводов по наибольшему укло­ну дает экономию в капитальных затратах, позволяет в большей степени использовать естественный напор в трубопроводах, созда­ет лучшие условия для работы дождевальных устройств.

Полевые трубопроводы рекомендуется проектировать из усло­вий двухстороннего командования.

Расстояния между ними в зависимости от техники полива мо­гут колебаться в пределах 200…900 м и более. Длина полевых трубопроводов обуславливает

расстояние меж­ду распределительными трубопроводами и колеблется от 500 до 3000 м.

При выборе трассы трубопровода стремятся обеспечить свободный до­ступ к нему как при строительстве, так и при эксплуатации. Коли­чество пересечений трубопровода с железнодорожными линиями, дорогами должно быть по возможности минимальным.

Не следует допускать значительных переломов в профиле тру­бопровода, поскольку они вызывают дополнительные напряжения в трубах и основании, для восприятия которых требуется строить специальные сооружения.

Для предупреждения заиления трубопроводов их полностью опоражнивают от воды на неполивной сезон.

При пересечении трубопроводов ТОС с другими вертикальное расстояние между ними принимают не менее 0,2 м.

Трубопроводы ТОС укладывают на естественный грунт. В ка­честве естественного основания могут служить песчаные, гравелистые или глинистые грунты (рис. 2.46). В грунтах, подвержен­ных в значительной степени вспучиванию, трубопроводы уклады­вают на песчаную подушку высотой не менее 20 см.

Рис. 2.46 — Способы укладки напорных трубопроводов:

а — на естественном основании; б — на песчаном основании; 1 — траншея;

2 — труба; 3 — утрамбованная засыпка; 4 — песчаное основание

Систем. Размеры закрытых трубопроводов и каналов

Конструкция оросительной системы зависит от комплекса при­родных условий района и задач проектируемого увлажнения сель­скохозяйственных культур. В засушливой зоне и зоне недоста­точного увлажнения орошаются практически все возделываемые культуры за исключением сравнительно небольших богарных уча­стков. Здесь оросительные системы стационарного типа имеют большую площадь, оросительная сеть, кроме магистральных ка­налов, не имеет холостых участков, наличие коллекторно-дренажной сети обязательно. Такие системы обслуживают несколько хозяйств, обеспечивая получение высоких и гарантированных уро­жаев различных сельскохозяйственных культур.

В зоне неустойчивого увлажнения оросительные системы име­ют ряд специфических особенностей. Здесь орошение является дополнением к естественным осадкам. Орошаются отдельные уча­стки, которые составляют лишь некоторую часть посевной пло­щади, оросительная и дренажная сети характеризуются большой разветвленностью и значительной протяженностью холостой час­ти. Чаще всего здесь сооружают оросительные системы полуста­ционарного, а иногда и передвижного типа.

Выбор конструкции системы во многом зависит от рельефа местности. При сложном рельефе обычно проектируют трубчатые оросительные системы с закрытой коллекторно-дренажной сетью. Большие уклоны обуславливают необходимость применения ме­роприятий против размыва каналов (быстротоки, перепады, креп­ление русел).

Конструкция оросительной системызависит и от источника орошения, его расположения по отношению к орошаемой пло­щади. Тип водоисточника определяет конструкцию водозаборного сооружения, протяженность магистрального канала, необходи­мость в отстойнике. Для повышения водообеспеченности ороси­тельной системы и коэффициента полезного использования воды в некоторых случаях создают регулирующие водохранилища.

В состав оросительных систем необходимо включать рыбозащитные и рыбопропускные сооружения: сетки с рыбоотводами, рыбоходы, рыбоподъемники, рыбопропускные шлюзы. На современном этапе в условиях государственной собствен­ности на землю и воду особое внимание уделяют рациональному использованию природных ресурсов. В связи с этим местополо­жение, границу и конструкцию оросительной системы определяют с учетом наиболее полного использования территории под ороше­ние и ориентации хозяйств, их количества, размеров севооборот­ных участков. Современные оросительные системы должны обес­печивать применение наиболее прогрессивных высокопроизводи­тельных способов и техники полива. Решение вопросов технического совершенствования и поиск оптимального сочетания параметров базируется на рассмотрении совокупности случайных и закономерных событий, проис­ходящих на оросительной системе по множеству вариантов. Наи­более рациональный путь решения вопросов поиска оптимального варианта состоит в математическом моделировании происходящих на системе процессов, связанных с выращиванием сельскохозяй­ственных культур, последующим компьютерным анализом всех рассматриваемых вариантов. Автоматизация процесса полива, использование АСУ и сове­тующих систем значительно повышают конструктивную надеж­ность и оперативность оросительных систем, производительность труда, обеспечивают рациональное использование водно-земель­ных ресурсов и создают условия для выращивания гарантирован­ных урожаев сельскохозяйственных культур.

Расходы в закрытой сети.

Расчетный расход распределительного трубопровода при поверхностном по­ливе определяется по формуле

, (2.49)

где — расчетная максимальная ордината укомплектованного графика гидромодуля, л/с на 1 га; — площадь севооборотного участка нетто, га.

Расчетный расходполевого трубопровода определяют по фор­муле

, (2.50)

где т- поливная норма, м³/га; — площадь поля (участка), поливаемая из полевого трубопровода, га; t — продолжитель­ность полива сельскохозяйственной культуры (принимается по укомплектованному графику гидромодуля), сут.

При поливе поливными или дождевальными машинами пред­варительно составляют график их работы на севооборотном уча­стке. По укомплектованному графику работы поливных или дож­девальных машин устанавливают их количество, расстановку и схему перемещения на полях, а также максимальный расход на севооборотный участок.

Расчетный расходполевого трубопровода принимают равным суммарному расходу поливных или дождевальных машин, одно­временно работающих на данном поле: ,

где — расход дождевальной (поливной) машины, л/с; п — количество одно­временно работающих дождевальных (поливных) машин.

Максимальный расчетный расходраспределительного трубо­провода, подающего воду на севооборотный участок, равен сум­ме расходов, одновременно получающих из него воду полевых трубопроводов.

Гидрав­лический расчет трубопроводов заключается в подборе их диа­метров по расчетным расходам воды, определении путевых и местных потерь напора для установления необходимого полного напора в голове и по участкам оросительной системы.

На основании расчетных расходов и оптимальных скоростей движения воды в трубопроводах предварительные диаметры их подбирают по формуле

, мм, (2.51)

где Q — расчетный расход трубопровода, м³/с; v — скорость движения воды в трубопроводе, м/с.

После этого подбирают ближайший стандартный диаметр тру­бы. Если подобранный диаметр значительно отличается от расчетного, необходимо определить новые расчетные скорости, соот­ветствующие окончательно принятому диаметру.

Увеличение скорости позволяет уменьшить диаметр труб, их стоимость, повысить транспортирующую способность поток, и самоочищаемость труб от наносов. Однако при этом возрастает необходимый напор, что требует большей мощности наносов и повышает опасность разрушения трубопроводов от гидравличе­ского удара.

Увеличение давления в трубопроводе при снижении скорости движения воды в нем для потока без нарушения его сплош­ности по теории

Н. Е. Жуковского можно определить по формуле

, (2.52)

где и — средние скорости в трубопроводе до и после закрытия задвижки, м/с; а — скорость распространения ударной волны в трубопроводе (500…1425 м/с), q — ускорение свободного падения, м/с².

Расчетный напор в начале трубопровода:

H=H Σhl Σh_φ H_св,

(2.53)

где — геодезическая^— разность отметок в начале и в кон­це расчетного участка трубопровода, м; — потери напора на I расчетном участке по длине трубопровода, м; — потери на­пора на преодоление местных сопротивлений по длине трубопро­вода, м; обычно местные потери в оросительных трубопроводах составляют 5…10% путевых, ; — свободный напор в гидранте в расчетной точке трубопровода, м.

Расчетный напор для разветвленной закрытой оросительной сети определяют по трассе трубопроводов, подводящих воду к наиболее удаленному и имеющему наибольшую отметку поверх­ности земли гидранту.

Потери напоров находят отдельно для каждого участка рас­четной трассы трубопровода с разными расходами и диаметрами. Общие потери напора по расчетной трассе трубопровода получа­ют, суммируя потери на отдельных ее участках.

Потери по длине определяют по формуле

, (2.54)

где l — длина участка трубопровода, м; D — диаметр труб, м; v — скорость движения воды в трубе м/с; — коэффициент гидрав­лического сопротивления.

Закрытые оросительные системыконструктивно выполняются в основном в виде труб круглого сечения. Ниже приведены размеры для трубных закрытых систем выполненных из различных материалов.

Асбестоцементные трубы: на­порные асбестоцементные трубы диаметром 100… 500 мм с толщиной стенки 55… 105 мм и длиной 5 м.

Железобетонные напорные трубы со стальным сердечником: диаметром 250 . . . 600 мм, длиной 5 и 10 м с толщиной стенки 40,5 … 47,5 мм.

Стальные электросварные спиралешовные тонкостенные трубы с защитным покрытием на основе лака этиноль:диаметром 200 . .. 400 мм с толщиной стенки 1,8… 4,0 мм, длиной 5, 6, 9 и 12 м

Стальные электросварные тонкостенные трубы с внутренним цементно-песчаным и наружным битумным или этинолевым по­крытием: диаметром от 219 до 530 мм.

Чугунные трубы: Диаметр чугунных труб 65… 1000 мм. Длина труб от 2 до 6м.

Пластмассовые трубы: длиной 6, 8, 10 и 12 м.

Расходы в открытой сети

Расчетные расходы каналов оросительной сети определяют на основании режима орошения сельскохозяйственных культур и потребности в воде отдельных хозяйств, а также режима источ­ника орошения.

Если источник орошения полностью обеспечивает потребность хозяйств в воде, то каналы работают в соответствии с графиком режима орошения. При несоответствии режима водоисточника режиму орошения предусматривают введение водооборота, т. е. подачу воды в отдельные звенья оросительной системы по оче­реди, что ухудшает водообеспеченность почв и нарушает сроки поливов. На оросительных системах принята следующая номенклатура расчетных расходов воды: максимальный, минимальный и фор­сированный (ДБН В.2.4-1-99).

Максимальный расход — это наибольший расход воды, который пропускает канал длительное время в соответствии с максимальной ординатой графика гидромодуля.

Минимальный расход — это наименьший расход воды, который требуется пропустить по каналу согласно расчетному графику гидромодуля и расчетному плану водоподачи и водо­оборота.

Форсированный расход — это увеличенный нормальный расход, который требуется пропустить по каналу короткое время в особых условиях эксплуатации.

Расходом нетто канала называют расход воды в концевой его части, а расходом брутто — расход в голове канала с учетом потерь воды по его длине.

Расходом нетто системы называют расход, подаваемый на по­ля, а расходом брутто — расход в голове магистрального канала.

Основным расчетным расходом является расход канала, пода­ваемый на севооборотный участок. Его определяют по уком­плектованному графику водоподачи или вычисляют по зависимос­ти

, (2.55)

где — максимальный расход нетто на сево­оборотный участок, л/с; q — максимальная ордината укомплек­тованного графика гидромодуля, л/с на 1 га;

— площадь сево­оборотного участка нетто, га.

Расходы всех остальных каналов оросительной сети вычисля­ют через с учетом общесистемного плана водопользования.

Если расход на севооборотный участок больше 250 л/с, то он распределяется между двумя или более участковыми каналами.

Расходы всех звеньев оросительной сети в пределах севообо­ротного участка должны быть увязаны последовательно от млад­ших звеньев к старшим с учетом потерь:

; (2.56)

Если из хозяйственного распределителя осуществляется пода­ча воды по отдельным каналам на участки, занятые монокульту­рой, садами, виноградниками, на приусадебные участки, то рас­ход его определяют по зависимости

(2.57)

Расход межхозяйственного распределителя равен сумме расходов хозяйственных каналов, получающих из него воду:

Расход магистрального канала: ^·

Расчетные расходы оросительной сети каналов при дождева­нии определяют на основании графика поливов, учитывающего количество и параметры дождевальной техники. Расходы времен­ных оросителей назначают в соответствии с расходом дождеваль­ной машины. Количество оросителей, одновременно работающих на поле, а следовательно, и дождевальных машин, определяют при составлении графика поливов. Для этого получают продол­жительность полива поля одной дождевальной машиной по зави­симости, сут.

t= (2.58)

где т — расчетная поливная норма, м³/га; — площадь поля севооборота, занятая данной культурой, га; — коэффициент, учитывающий потери воды на испарение при дождевании (затра­ты воды на создание микроклимата в процессе дождевания); — расход дождевальной машины, л/с; — коэффициент использования времени суток.

Максимальный расход участкового канала в этом случае ра­вен сумме расходов одновременно работающих дождевальных машин (временных оросителей) на поле: ·

Минимальный расход воды старших оросительных каналов определяют как сумму расходов участковых распределителей. Для обеспечения условий незаиляемости каналов расход воды в них должен быть не менее 40% максимального.

При изменении условий водооборота, состава культур или пло­щади под влаголюбивыми культурами, а также в сильно засуш­ливые периоды возникает необходимость в пропуске форсиро­ванных (повышенных) расходов воды по каналам. Форсирован­ный расход воды необходимо принимать равным максимальному расходу, увеличенному на коэффициент форсировки к_ф: для меж­хозяйственных и хозяйственных распределителей при расходе воды менее 1 м³/с — =1,2; то же от 1 до 10 м³/с — =1,15, а свыше 10 м³/с — =1,1. Расходы внутрихозяйственных распре­делителей и временных оросителей, работающих поочередно, не форсируются.

Поперечное сечение и продольный профиль канала должны обеспечивать бесперебой­ную подачу воды на поля, неразмываемость и незаиляемость их русла, минимальную фильтрацию, возможность строительства су­ществующими машинами и механизмами. Уровень воды в стар­ших каналах должен командовать над уровнем воды в младших, а во временных оросителях при поверхностном способе полива — над поверхностью орошаемого поля.

Конструкция каналов в земляном русле определяется: расходом канала; требуемой величиной командования канала; характером грунта, в котором он прокладывается; назначением канала и рас­положением его на местности; формой поперечного сечения; га­баритами рабочего органа механизмов, применяемых для про­кладки каналов.

Форму поперечного сечения каналов выбирают в зависимости от их размеров, характера грунтов основания и способа произ­водства работ. Формы каналов показаны на рис. 2.47.

Рис. 2.47 — Формы поперечного сечения каналов:

а — трапецеидальная; б — прямоугольная; е- полигональная; г- параболи­ческая; д, е- составная; ж — треугольная; з — ложбинообразная

Каналы средней и малой пропускной способности, как прави­ло, имеют трапецеидальную форму.

Каналы прямоугольного сечения с креплением дна и стенок проектируют редко (например, на косогорах, в сыпучих или силь­но фильтрующих грунтах).

Каналы глубиной более 4… 5 м часто строят с полигональ­ной формой сечения, устойчивой и гидравлически более выгодной, чем трапецеидальная.

Сечения параболической формы неудобны для выполнения, но во всех других отношениях являются наилучшими.

Сечения составной формы целесообразны в тех случаях, когда по каналам в течение краткого периода времени пропускаются большие расходы, а в остальное время — малые.

Треугольная форма сечения характерна для выводных борозд и временных оросителей. Этим же каналам для удобства прохо­да через них сельскохозяйственных машин может придаваться ложбинообразный профиль.

По условиям производства работ с учетом рельефа каналы разделяют на четыре типа: в выемке, полувыемке-полунасыпи; в насыпи; на косогоре.

Каналы в выемке (рис. 2.48). На участках, где не требуется обес­печения командования над поверхностью земли, а также в случаях, когда уклон канала принимают меньше, чем уклон мест­ности по его трассе, каналы предпочтительнее строить в выемке.

Рис. 2.48 — Сечения каналов в выемке: 1 — кавальер; 2 — берма

Каналы в полувыемке-полунасыпи приведены на рисунке 2.49. При прохождении каналов в глубоких выемках для предупреждения случайных деформаций откосов и возможности механизиро­ванной очистки канала устраивают бермы. Ширину бермы прини­мают равной d=(t-H)/2, где t-H ~ глубина выемки над бер­мой, но не менее 1м.

Рис. 2.49 — Поперечные сечения каналов в полувыемке-полунасыпи :

1 — выемка; 2 — насыпь с послойным уплотнением; 3 — отвал или кавальер; 4 — срез­ка растительного слоя; 5 — наружный резерв; 6 — внутренний резерв

Каналы в насыпи (рис. 2.50) применяют, когда трасса канала проходит по пониженным местам рельефа или по плоскому без­уклонному рельефу и требуется обеспечить командование над орошаемой территорией.

Рис. 2.50 — Сечения каналов в насыпи:

а —

без насыпного дна;

б —

с насыпным дном

Расстояние между подошвой откоса дамбы и бровкой внешнего резерва грунта должно быть не менее 1,5 м при глубине резерва до 0,5 м и не менее 3 м при глубине резерва 0,5 м и бо­лее. Воду из внешних резервов отводят в водосбросную сеть.

Канал на косогоре (рис. 2.51). При проектировании каналов на косогорах с крутизной ската до 20° поперечное сечение канала, проложенное в глинистых грунтах, необходимо принимать таким, чтобы поверхность земли проходила через точку пересечения от­коса с форсированным уровнем воды в канале. Для повышения устойчивости дамбы рекомендуют придавать ступенчатое очертание линии сопряжения тела дамбы с основанием. При этом с верховой стороны косогора предусмотрена берма шириной не ме­нее 1 м.

Рис. 2.51 — Сечения каналов на косогорах

При устройстве каналов на косогорах с крутизной ската 20° и более поперечное сечение канала надлежит принимать полностью в выемке с устройством с верховой стороны косогора бермы шири­ной не менее 3 м.

Откосы постоянных каналов оросительных систем заклады­вают с учетом устойчивости откосов существующих каналов, эк­сплуатируемых в аналогичных условиях. При отсутствии таких аналогов величины заложения откосов каналов глубиной до 5 м принимают в соответствии с данными, приведенными в табл. 2.8, а более глубоких каналов — на основании расчетов в соответствии с рекомендациями СНиП.

Фильтрация воды из трапецеидальных каналов, работающих без подпора, будет минимальной при наиболее выгодном соот­ношении между шириной канала по дну b и его глубиной h, оп­ределяемой по формуле .

Наибольшей пропускной способностью при заданной площади поперечного сечения обладают каналы, имеющие гидравлически наивыгоднейшее сечение.

Таблица 2.8 — Заложение откосов каналов H<5м

Для предварительного выбора размеров канала необходимы: глубина наполнения: , где А — коэффициент, равный 0,7…1,0; отношение ширины по дну к глубине наполнения:

, (2.59)

где т — коэффициент заложения откоса.

В практике принимают: b=(l…2)h при Q<1 м³/с; b=(1… 3)h при Q = l…3 м³/c и b=(2…6)h при Q = 3…5 м³/с.

Ширину канала по дну стандартизуют и принимают: 0,4; 0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 2,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 6,0 м и т. д.

Источники орошения

Источниками воды для орошения и обводнения могут быть реки в естественном и зарегулированном состоянии, местный поверх­ностный сток, подземные, сточные, дренажно-сбросные и морские воды.

К водоисточникам предъявляют такие требования: вода долж­на быть пригодна для орошения, а при обводнении — для обес­печения бытовых и хозяйственных нужд; запасы и расход ее в водоисточнике должны полностью удовлетворять нуждам оро­шения.

Пригодность воды для орошения определяется взаимодействи­ем различных факторов. Важнейшие из них следующие: общее содержание солей в воде; химический состав воды; механический состав и водно-физические свойства почвы, содержание и состав солей в почве; дренированность территории. Для большинства сельскохозяйственных растений безвредна вода с минерализацией до 1 г/л.

Источник орошения должен обеспечивать потребность в воде в течение всего поливного сезона. Если в отдельные периоды водо­источник имеет меньший расход, чем требуется для полива, то его режим следует согласовать с режимом орошения путем регу­лирования, приспособления режима орошения культур к режиму водоисточника, одновременного регулирования водоисточника и изменением режима работы оросительной системы.

Оросительную способность водоисточника (F, га) определяют по формуле

, (2.60)

где W — объем воды, забираемой для орошения, м³; η — КПД оросительной системы; — средневзвешенная оросительная норма, которую находят как:

(2.61)

Здесь M₁, M_2,…, — оросительные нормы брутто отдельных культур, входящих в севооборот, м³/га; α₁, α₂,…, α_п — содержа­ние культур в севообороте, %.

В зависимости от условий формирования водного режима, а следовательно, характера гидрографа, а также рельефных усло­вий водосбора реки делят на равнинные и горные.

Равнинные реки имеют малые уклоны и занимают более низкое положение по отношению к окружающей территории. Орошение из равнинной реки обычно производится с помощью насосных станций или устройства плотины.

Воды основных равнинных рек (Волга, Дон, Днепр и др.) пресные, содержат мало наносов, питаются за счет грунтовых вод и осадков. Наибольший расход проходит по ним весной в период таяния снегов, когда потребность в орошении незначитель­на. Использовать эти паводковые воды можно путем устройства водохранилищ, вода из которых в летнее время используется для орошения и обводнения. Разновидность равнинных — степные реки. Источником пита­ния для них служат в основном зимние атмосферные осадки. Мак­симальные расходы в степных реках наблюдаются весной, сокра­щаясь до нуля в летний период. Для использования их стока не­обходимо сооружать водохранилища. Горные реки имеют большие уклоны, содержат значительное количество наносов (до 4 кг/м³), питаются за счет снегов и лед­ников, поэтому основной паводок на них бывает в самое жаркое время года — летом, что позволяет наиболее полно использовать их на орошение без строительства водохранилищ.

При орошении из реки с незарегулированным стоком сравни­вают гидрограф реки 85…90%-ной обеспеченности с расходами, необходимыми для орошения. Если в отдельные периоды расходы на орошение равны расходам реки, то обеспечить оросительную систему водой самотеком можно только при плотинном водоза­боре. Если расходы на орошение превышают расходы в реке, то устраивают регулирующие водохранилища или резервуары. В за­висимости от продолжительности накопления воды и последующе­го ее использования регулирование может быть суточным, недель­ным, сезонным (годичным), многолетним.

Суточное и недельное регулирование применяют чаще всего при использовании подземных вод, когда в ночное время воду накапливают в резервуарах или бассейнах, а днем забирают на орошение или водоснабжение. Сезонное или годичное регулиро­вание состоит в перераспределении стока в течение одного года. Для этой цели на реке создают водохранилище, в котором в пе­риод паводка сток полностью или частично задерживается, и используют его в поливной период. Сезонное регулирование приме­няют в том случае, когда годовое потребление воды меньше годо­вого стока расчетной обеспеченности (70…97%).

Многолетнее регулирование стока применяют в тех случаях, когда потребление воды превышает сток расчетной обеспеченности. При этом воду запасают в водохранилище в многоводные годы, а используют на орошение и обводнение в маловодные годы.

При сезонном регулировании стока объем водохранилища при­нимают равным 20…70%, а при многолетнем — 120…170% среднемноголетнего стока.

Регулирующее водохранилище располагают на реке или в сто­роне от нее с питанием речной водой через подводя­щий канал (рис. 2.52). Они могут наполняться по подпитывающему каналу водой весеннего стока реки и водой, стекающей с водосборной площади. Водохранилища, расположенные в стороне от реки, по­лучают только часть речных наносов, поэтому они меньше заиляются.

Рис. 2.52 — Схемы расположения регулирующих водохранилищ:

1 — магистральный канал; 2 — подводящий канал; 3 — подпитывающий канал; 4 — водохранилище

Орошение подземными водами.

Орошение подземными водами широко развито в отдельных странах мира. В США подземными водами орошается 40%, а в Индии — 30% орошаемых земель. В СНГ подземными вода­ми поливают около 10% орошаемой площади, в основном на юге Украины, в Армении, Азербайджане, Туркмении.

Подземные воды делятся на верховодку, грунтовые и арте­зианские.

Верховодка — временный водоносный горизонт, образующий­ся на линзах и прослойках слабопроницаемых пород при проса­чивании атмосферных осадков, поверхностных и поливных вод.

Грунтовые воды залегают на первом от поверхности земли во­донепроницаемом или слабопроницаемом водоупоре.

Артезианские воды залегают в водопроницаемых грунтах, за­ключенных между водонепроницаемыми слоями и находятся под напором. В артезианских скважинах уровень воды поднимается выше отметки вскрытия и часто выше поверхности земли. Встре­чаются они чаще всего в предгорных районах и в пределах рав­нинных впадин. Обычно эти воды слабо минерализованы и имеют дебит 25…100 л/с и более.

Качество подземных вод оценивают по их физическим свой­ствам (температура, прозрачность, вкус, запах, цвет, электропро­водимость, радиоактивность), химическому составу (минерализа­ция, содержание ионов НСОз, CI, SO₄, Ca, Mg, Na, реакция воды рН, жесткость, агрессивность, наличие железа, газов, микроком­понентов), содержанию органических веществ и по бактериоло­гическому составу.

Для орошения пригодна вода с температурой не ниже 14 °С.

По минерализации подземные воды делят на пресные (до 1 г/л), слабоминерализованные (1…3 г/л), солоноватые (3…10 г/л), соленые (10…25 г/л), сильносоленые (25…50 г/л), и рассолы (более 50 г/л). По своему химическому составу вода должна быть доступна для растений и не вызывать засоления и осолонцевания почвы. Химический состав определяют с помощью анализов. Пригодность воды для орошения оценивают по общей минерализации, содержанию натрия и соотношению его с каль­цием и магнием.

При использовании для орошения солоноватых и соленых вод их следует разбавлять пресными и поливать только хорошо дре­нированные почвы, применяя промывной режим орошения.

Достоинства использования подземных вод для орошения — получение воды на месте без строительства дорогостоящих водо­заборных и проводящих сооружений. Однако не всегда подзем­ные воды годятся для поливов из-за малого дебита и высокой минерализации. Для орошения пригодны воды с дебитом скважин не менее 15 л/с.

Типы водозабора для орошения зависят от характера подзем­ных вод. В предгорных районах грунтовые воды можно вывести на поверхность с помощью горизонтальных подземных галерей. При залегании подземных вод на

глубине до 40 м устраивают шахтные, а при большей глубине — трубчатые колодцы (рис. 2.53).

Рис. 2.53 — Схемы шахтного (а) и трубчатого (б) колодцев: 1 — шахта; 2 — крепление шахты; 3 — водоносный слой; 4 — водоприемная часть; 5 — водоприемные отверстия; 6 — донный фильтр; 7 — оголовок; 8 — устье колодца; 9 — эксплуатационная колонна; 10 — фильтр (рабочая часть); 11 — отстойник; 12 — надфильтровая труба с сальником

Орошение подземными во­дами имеет такие особенности: незначителный дебит скважин; в воде отсутствуют наносы; темпера­тура воды ниже 12°С; водоисточник расположен рядом с орошаемым участ­ком, площадь которого обычно состав­ляет 15…100 га.

Как показал опыт, при орошении подземными водами наиболее целесообразно создавать крупные орошаемые участки пло­щадью 400…600 га. Для более полного использования подземных вод и увеличе­ния площади орошения необходимо устраивать регулирующие ре­зервуары (бассейны) суточного и сезонного регулирования. Если объем воды, который дает скважина или группа скважин, больше объема воды, требуемого для орошения за тот же период, то уст­раивают резервуары суточного регулирования, наполняемые в перерывах между поливами.

Если суточный объем воды из скважины или группы скважин меньше суточного расхода воды, необходимого для орошения, то сооружают резервуары сезонного регулирования.

Регулирующие резервуары позволяют не только увеличить размеры орошаемой площади, но и аэрировать и подогревать под­земные воды перед поливом. При большой емкости регулирующие бассейны превращают в крупные водохранилища годового регу­лирования.

В целях охраны от истощения, восполнения запасов осуще­ствляют искусственное пополнение запасов подземных вод за счет самотечной или напорной инфильтрации.

Самотечная инфильтрация предполагает: затопление обвало­ванной площади; устройство специальных бассейнов с водопро­ницаемым дном и густой сетью мелких каналов; использование русел постоянных и временных водотоков, выработанных шахт, карьеров.

Орошение местным стоком

Местный сток образуется за счет весенних талых и ливневых вод, стекающих с водосборных площадей в потяжины, лощины, балки, овраги и реки, а также в озера и замкнутые понижения.

В обширных и засушливых степях северной части Казахстана, Поволжья, западной степной части Сибири местный сток явля­ется единственным и наиболее надежным источником орошения и обводнения.

Наиболее эф­фективным является комплексное использование местного стока и подземных вод, когда в зависимости от почвенных, гидрологи­ческих условий и рельефа местности создаются пруды и водо­хранилища, осуществляются агротехнические приемы, задержи­вающие местный сток непосредственно на полях, одновременно решаются задачи водоснабжения, обводнения и рыборазведения.

Для этого составляют бассейновые схемы комплексного исполь­зования вод местного стока. При составлении схемы рассчитывают баланс водных ресурсов бассейна на расчетный год. Потребление воды подсчитывают в соответствии с количеством водопотребителей и нормами водопотребления. Приток воды находят гидроло­гическим расчетом. Полезный объем воды, который может быть использован водопотребителями, определяют для конкретных ус­ловий бассейна водохозяйственными расчетами в соответствии с нормами проектирования.

Выбор места для пруда, сооружений и орошаемого участка. Прудом считается водоем, образуемый плотиной, емкость которого не превышает 2 млн. м³. Водоемы, создаваемые плотинами, но имеющие большую емкость, называют водохранилищами; они представляют собой более капитальный комплекс сооружений.

Для проектирования прудов проводят необходимые полевые изыскания. Гидрологические изыскания проводят для выяснения есте­ственного режима водотока, изменения уровней и расходов воды, режима наносов и зимнего режима, определения водосборной пло­щади.

Пруд располагают на небольшом расстоянии от основного по­требителя. При использовании воды для орошения необходимо, чтобы положение створа плотины обеспечивало самотечную пода­чу воды на орошаемый участок. Если самотечный забор воды из пруда невозможен, то положение створа плотины выбирают таким образом, чтобы длина напорного трубопровода, подающего воду от насосной станции к орошаемому участку, и высота подъема воды были наименьшими. В процессе гидрологических расчетов вычерчивают топографическую характеристику водоема (рис. 2.54), определяют потребность хозяйства в воде, характер­ные объемы воды в пруду и соответствующие им отметки уровней, а также сбросной расход.

Рис. 2.54 — Характеристики пруда:

а — основные элементы пруда; б — схема для подсчетов объемов пруда;

в — топографическая характеристика пруда

При самотечном отводе воды из реки в оросительную сеть применяют два основ­ных типа водозаборных сооружений: бесплотинный и плотинный; при напорном орошении – машинное орошение и подземное орошение.

Бесплотинный водозабор устраивают в тех случаях, когда уровни и расходы воды достаточны для самотечной подачи воды в систему. Забирают они обычно до 20% расхода реки и соору­жаются на устойчивых вогнутых берегах рек, чтобы уменьшить поступление наносов в каналы. Наиболее совершенны бесплотинные водозаборы с головными регуляторами. На головных участках магистральных каналов пе­ред регуляторами можно сооружать отстойники и боковые сбросы. В боковой отвод поступает большое количество донных наносов, поэтому боковой сброс может удалить значительное количество наносов из канала. Основные схемы речных бесплотинных водозаборов показаны на рис. 2.55.

Плотинный — лучший тип речных водозаборов, позволяющий забирать из реки часть или весь расход. Плотинные водозаборы строят на устойчивых участках рек с трудноразмываемыми бере­гами и дном. Некоторые схемы плотинных водозаборов показаны на рис. 2.56.

Рис. 2.55 — Схемы речных бесплотинных во­дозаборов:

1 — магистральный канал; 2 — головной регу­лятор; 3 — сброс; 4 — отстойник;

5 — сброс­ное сооружение; 6 — подпорное сооружение

Рис. 2.56 — Плотинные водозаборные узлы сооружений: а — с временной плотиной; б — карманного типа; в — ферганского типа; г — с фронтальным водозабором; д — с наносоперехватывающими галереями; е — с отстойником; 1 — головной регулятор; 2 — магистральный канал; 3 — временная плотина; 4 — промывной шлюз; 5 — карман; 6 — водоподъемная плотина; 7 — раздельная стенка; 8 — наносопромывочная галерея; 9 — водоподпорное сооружение; 10 — отстойник

Около 80% оросительных систем в СНГ сооружено с беспло­тинным водозабором, 10% — с плотинным, 5% — с машинным оро­шением и 5% — с использованием для орошения подземных вод.

Сооружения на оросительных системах

Сооружения на каналах.

В зависимости от назначения гидротехнические сооружения на каналах подразделяют на шесть групп: водовыпускные, регули­рующие расходы воды; водоподпорные (перегораживающие), ре­гулирующие уровни воды; сопрягающие, предназначенные для со­пряжения бьефов; водопроводящие, предназначенные для транс­портирования воды через препятствия; наносоулавливающие — для задержания наносов; водомерные.

Сооружения на каналах различают типовые, имеющие оди­наковую конструкцию, и индивидуальные. Первые строят по ти­повым проектам, а вторые — по индивидуальным.

Как типовые, так и индивидуальные гидротехнические соору­жения делят на монолитные, сборные и комбинированные, откры­тые и закрытые (трубчатые), регулируемые и нерегулируемые (с затворами и без них).

Водовыпуски (регуляторы) располагают в голове всех рас­пределителей и временных оросителей для регулирования подачи воды в них из каналов старшего порядка.

На каналах с большими расходами и малыми гидравлически­ми перепадами строят шлюзы-регуляторы одно- и многопролетные. Для пропуска малых расходов при большом гидравлическом перепаде (0,5 м и более) применяют трубчатые водовыпуски.

Водовыпуски строят с переездом и без переезда и оборудуют плоскими или сегментными рабочими затворами. Схемы водовыпусков показаны на рис. 2.57.

Рис. 2.57 — Схемы водовыпусков:

а — открытый; б — открытый с перепадом; в — открытый с быстро­током;

г — трубчатый; д — трубчатый, совмещенный с перепадом

Водоподпорные (перегораживающие) сооружения предназна­чены для поддержания в каналах необходимых командных уров­ней воды и представляют собой водовыпуски с затворами, кото­рыми полностью или частично перекрывают водный поток и тем самым создают подпор уровня воды в канале. Проектируют их на старших каналах за водовыпусками в младшие каналы. Это дает возможность обеспечить подачу воды в младшие каналы в порядке очередности без значительного уве­личения высоты дамб и сброса воды из старшего канала.

Роль водоподпорных сооружений могут выполнять оборудо­ванные затворами сопрягающие, проводящие и сбросные сооружения.

Сопрягающие сооружения. Когда при трассировании канала скорости течения оказываются больше допустимых на размыв, применяют сопрягающие сооружения-перепады и консольные сбро­сы (рис. 2.58).

Перепад — это гидротехническое сооружение, выполненное в виде ступеней для сосредоточенного падения воды в канале. Га­шение энергии падающей воды осуществляется в водобойном ко­лодце. В зависимости от уклона и длины склона проектируют одноступенчатые и многоступенчатые перепады. В конце сбросных каналов проектируют консольные перепады, которые располагают на участках с крутым склоном или у обрыва, где из-за превыше­ния допустимой скорости нельзя применять быстроток.

Рис. 2.58 — Схемы сопрягающих сооружений: а- быстроток; б — многоступенчатый перепад; в — консольный сброс

Быстроток — это бетонный наклонный лоток, соединяющий два канала, расположенных на разных уровнях. Лоток соединяется с верхним каналом входом в виде раструба, а с нижним — выхо­дом в виде водобойного колодца.

Сопрягающие сооружения располагают на старшем канале за водовыпусками в младшие каналы, чтобы обеспечить самотеч­ную подачу воды в последние.

Водопроводящие сооружения предназначены для транспорти­рования воды на участках пересечения каналов с естественными(балки, овраги, реки) или искусственными (каналы, дороги, на­сыпи) препятствиями. К ним относятся дюкеры, акведуки, лотки, водопропускные трубы, туннели.

Дюкерами называют напорные трубопроводы, устраиваемые для транспортирования воды под каналами, дорогами, реками, балками и др. Основные части дюкера — входной и выходной ого­ловки и напорные трубы (рис. 2.59).

Акведук представляет собой лоток на опорах для переброски воды через местные понижения рельефа (овраги, долины). Он состоит из входного и выходного оголовков и лотка с опорами.

Его применяют в случаях, когда естественные отметки расположены на 1…20 м ниже дна канала.

Рис. 2.59 — Схемы водопроводящих сооружений:

а — дюкер; б — акведук

Бетонные и железобетонные лотки устраивают вместо кана­лов на косогорных участках для уменьшения объема выемки грун­та с нагорной стороны и на участках, где наблюдаются оползневые и просадочные явления.

Водопропускные трубы применяют при пересечении каналов с насыпями дорог, каналов, а также для пропуска под каналом поверхностных вод. Для устройства их обычно используют круг­лые железобетонные трубы заводского изготовления. Трубы под дорогами называют трубами-переездами.

Туннели на оросительных системах строят при пересечении каналами больших возвышенностей, при переброске воды из бас­сейна одной реки в бассейн другой. Для переезда через каналы строят мосты.

Наносоулавливающие сооружения в виде отстойников служат для задержания песчаных наносов и недопущения их в ороси­тельную сеть из источника орошения. Это расширенные и углуб­ленные участки канала, в которых поток существенно уменьшает скорость, благодаря чему происходит выпадение наносов.

Узлы сооружений. Для удобства эксплуатации и удешевления строительства отдельные сооружения на каналах объединяют в узлы (рис. 2.60). ). В этом случае общей для всех сооружений, вхо­дящих в узел, является понурная часть и водоподпорная стенка по фронту водозаборных отверстий.

Рис. 2.60 — Схемы узлов сооружений на оросительных ка­налах:

1 — водовыпуски; 2 — водовыпуски с переездом; 3 — мост; 4 — дорога; 5 — водоподпорное сооружение; 6 — сброс; 7 — дюкер

Для обеспечения нормальной работы трубчатой сети предусматривают установку специальной арматуры и сооружений: фасонных час­тей, гидрантов-водовыпусков, регуляторов расхода и давления, вантузов и клапанов, компенсаторов, предохранительной арма­туры, промежуточных и концевых сбросов.

Арматуру и устройства размещают, как правило, в специаль­ных колодцах.

Фасонные части. При устройстве на трубопроводах ответвле­ний, поворотов, переходов от одного диаметру к другому и уста­новке арматуры применяют стальные фасонные части: тройники, крестовины, переходы, колена, патрубки, рассчитанные на дав­ление до 1,6 МП а.

Тройники устанавливают в местах ответвления трубопровода младшего порядка от трубопровода старшего.

Крестовины монтируют в местах ответвления двух трубопро­водов младшего порядка от трубопроводов старшего порядка.

Переходы устанавливают в местах смены диаметров трубо­провода, а отводы — в местах поворота трубопровода. Отвод с углом 90° называют коленом.

Патрубки применяют для соединения трубопроводов с регули­рующей, запорной и другими видами арматуры на сети.

Гидрантами-водовыпусками на системах с подзем­ными трубопроводами называют сооружения или устройства для подключения к трубопроводам поливных шлангов, дождеваль­ных машин или разборных наземных трубопроводов. Их разделя­ют на наземные и подземные и обычно располагают на полевых трубопроводах.

По условиям применения все гидранты делят на пять типов: гидрант-водовыпуск, гидрант концевой, гидрант со сбросом кон­цевой, гидрант с вантузом, гидрант концевой с вантузом (рис.2.61).

Регуляторы расхода. Для регулирования расходов и напоров, а также выключения из работы тех или иных трубопроводов наи­более часто применяют задвижки и дисковые затворы.

Задвижки устанавливают в начале полевых трубопроводов и в начале распределительных, ответвляющихся от трубопроводов старшего порядка, а также на гидрантах-водовыпусках.

Вантозы и клапаны для выпуска и впуска воздуха. Вантузы предназначены для автоматического удаления воздуха из трубо­провода в период его заполнения и эксплуатации, а также для автоматического впуска воздуха в трубопровод при образовании вакуума. Их устанавливают в повышенных точках перелома про­дольных профилей трубопроводов и в конце при положительных уклонах.

Клапан для впуска и защемления воздуха предназначен для предотвращения образования вакуума при опорожнении трубо­провода, а также для смягчения процессов гидравлических уда­ров, возникающих при аварийном отключении насосных станций.

Рис. 2.61 — Типы гидрантов для подключения к трубопроводам закрытой ороси­тельной сети дождевальных машин «Волжанка», «Днепр»

Регуляторы давления. Для достижения хорошего качества по­лива и сохранности современных дождевальных машин и арма­туры на сети необходимо поддерживать оптимальное давление воды на входе в машину, соответствующее ее технической харак­теристике.

Поэтому для автоматического поддержания постоянного рас­четного давления в полевых трубопроводах, по которым произ­водится подача воды к дождевальным машинам, и перед дожде­вальными машинами устанавливают регуляторы давления РДУ и РД.

Регулятор давления марки РДУ предназначен для снижения и стабилизации давления «после себя», ограничения давления «до себя».

Регулятор давления марки РД предназначен для стабилиза­ции давления «после себя» и является наиболее распространен­ным типом арматуры этого вида.

Компенсаторы — устройства, которые воспринимают линей­ные температурные деформации на участках трубопровода, сты­ковые соединения которого не компенсируют осевых перемеще­ний, вызываемых изменением температуры воды, воздуха, грунта, а также на трубопроводах в условиях возможной просадки грунта.

Предохранительная арматура. Против гидравлического удара применяют специальные предохранительные клапаны и устрой­ства, рассчитанные на определенное давление в трубопроводе (КХГ-120, ПСУ-100 и др.).

Промежуточные и концевые сбросы. Для опорожнения трубо­проводов на зимний период и в случае ремонта устраивают опорожнивающие колодцы, концевые сбросы и гидранты-опорожнители.

Опорожнивающие колодцы сооружают в пониженных местах по трассам распределительных трубопроводов. В этом месте на распределительном трубопроводе предусматривают подключение сбросного трубопровода’ диаметром 100 мм с задвижкой, через который сбрасывают воду в сбросной канал или естественное по­нижение местности.

Если распределительный трубопровод проходит через замкну­тое понижение местности, то вода из него сбрасывается в спе­циальный так называемый «мокрый» колодец, из которого отка­чивается передвижными насосами.

Полевые трубопроводы опорожняются от воды путем ее откач­ки через гидранты-опорожнители.

Упоры. Для предотвращения раскрытия стыков в асбестоцементных, железобетонных и чугунных трубопроводах в местах, где возникает давление в направлении от трубопровода — на поворотах, концах трубопровода, в местах деления потока (на тройниках), переходах от большего диаметра к меньшему, уста­навливают упоры из монолитного бетона.

Колодцы. Для размещения водопроводной арматуры на ороси­тельной сети сооружают колодцы. Распределительные (смотровые) колодцы предназначены для регулирования подачи воды в поле­вые и распределительные трубопроводы. Колодцы размещают в начале полевых и на распределительных трубопроводах. В ко­лодцах предусмотрены задвижки.

Сбросные колодцы служат для опорожнения трубопроводов и их промывки.

Все колодцы выполняют из сборных железобетонных блоков-колец диаметром 100, 150 и 200 см.

Засоленными называют земли, содержащие избыточное коли­чество легкорастворимых солей, которые угнетают сельскохозяй­ственные культуры и приводят к снижению урожая и его каче­ства. Наиболее, вредными водно-растворимыми солями являются: Na₂C0₃, Na₂S0₄, NaCl, MgCl₂ и др. Засоление почв в СНГ рас­пространено на площади более 100 млн. га.

Наиболее существенным источником солей в почве являются солесодержащие осадочные породы. Подземные воды, растворяя соли осадочных пород, обогащаются ими. Минерализованные воды по капиллярам поднимаются в поверхностные слои почвы. Испа­ряясь, эти воды оставляют здесь соли. Образование солей в почве за счет заболоченных осадочных пород называют первичным засолением, а засоление за счет минерализованных грунтовых вод, поднимающихся по капиллярам, — вторичным. Вторичное засо­ление и заболачивание часто наступает и вследствие неправиль­ного орошения. Наиболее засолены земли в засушливых степных районах, в приморских и сухих дельтах. Сюда в первую очередь относятся дельты Волги Дуная, Урала, Куры, Амударьи, Сырдарьи и др.

Засоленные почвы делят на солончаки и солончаковые почвы, солонцы и солонцеватые почвы.

Солончаки — это засоленные почвы, содержащие максимум легкорастворимых солей в верхних (0 … 30 см) горизонтах. Обыч­но содержание солей в них превышает 2% массы. Классификация солончаков и солончаковатых почв по типу и степени засоления приведены в табл. 2.9 и 2.10. Тип засоления определяется составом анионов и катионов. Солончаки и солончаковатые почвы подда­ются рассолению при помощи промывки.

Таблица 2.9 — Классификация почв по степени засоления в зависимости от типа засоления (В. А. Ковда, В. В. Егоров)

Таблица 2.10 — Типы засоления почв

Солонцами называют почвы, в поглощенном комплексе кото­рых содержится обменный натрий. Эти почвы обладают неблаго­приятными физико-химическими свойствами. Они отличаются вы­сокой плотностью, трещиноватостью в сухом состоянии, а при увлажнении сильно набухают, водопроницаемость их снижается, увеличивается щелочность, почва становится вязкой и липкой.

Обычная промывка не приводит к их рассолению. В зависимости от содержания натрия в почвенном поглощаю­щем комплексе различают следующие виды солонцов и солонцеватых почв: слабо-солонцеватые — с содержанием натрия менее 10% емкости поглоще­ния; среднесолонцеватые 10…20%, сильносолонцеватые 20. . .30% и со­лонцы — более 30% емкости погло­щения.

По составу солей различают содовые и хлоридно-сульфатные солонцы с преобладанием сульфата натрия. По генезису засоление почвы делят на реликтовое (остаток-прошлых эпох) и современное.

При анализе процессов соленакопления следует учитывать глу­бину залегания и минерализацию грунтовых вод, а также начало-физиологической токсичности солей.

При близком залегании минерализованных грунтовых вод об­разуется постоянный восходящий ток воды, которая, испаряясь, отлагает в почве соли. Количество солей определяют по формуле

S = q·c·t, (2.62)

где S — количество солей, отлагающихся в почве, кг/га; q — объем испаряющейся воды в сутки, м³/га; с — содержание солей в испаряющейся воде, кг/м³; t — продолжительность испаре­ния, сут.

Глубину уровня минерализованных грунтовых вод, при кото­рой начинается засоление почвы, называют критической глубиной (рис. 2.62).

Рис. 2.62 — Критическая глу­бина залегания уровня грунтовых вод:

Н_о — высота капиллярного подъема воды; h_а — глуби­на активного слоя почвы;

1 — поверхность почвы; 2 — ка­пиллярная кайма; 3 — уро­вень грунтовых вод

В условиях орошения ее определяют по формуле

, (2.63)

где — критическая глубина залегания уровня минерализованных грунтовых вод, м; — высота капиллярного подъема воды, м; — глубина активного (корнеобитаемого) слоя почвы, м; критическая глубина колеблется от 1,5 м для лег­ких почв до 3,5 м для почв тяжелого механического состава.

Критическую глубину (см) можно определять и в зависимости от среднегодовой температуры воздуха:

, (2.64)

где t — среднегодовая температура воздуха, °С.

Для улучшения засоленных земель применяют различные ме­тоды мелиорации; основные из них — строительные, физические, биологические, химические, эксплуатационные и гидротехнические.

К строительным методам относятся: борьба с потерями воды на фильтрацию; применение техники полива, исключающей пита­ние грунтовых вод; недопущение затопления орошаемых земель паводковыми водами.

Физические методы включают: глубокую вспашку, глубокое рыхление и пескование.

Эти способы обработки почвы позволяют увеличить водо- и воздухопроницаемость почв. Глубокую вспаш­ку на глубину 40…60 см применяют на слоистых почвах, где чередуются слабо- и сильнопроницаемые слои, а также в местах, где на небольшой глубине от поверхности солонцеватых почв за­легают гипсосодержащие горизонты. Глубокая вспашка способ­ствует раздроблению и захоронению солонцового горизонта и одновременно обогащает его кальцием.

Глубокое рыхление осуществляется на глубину 60…90 см и заключается в создании при помощи рыхлителей открытых ще­лей, способствующих повышению водопроницаемости почвы.

При подмешивании к почве песка существенно изменяется ме­ханический состав почвы, улучшаются условия выщелачивания солей. Обычно пескование (200…500 т песка на 1 га) сочетается с глубокой вспашкой и промывкой.

К биологическим методам относится возделывание сельскохо­зяйственных культур в качестве мелиорантов при освоении засо­ленных почв, а также внесение органических удобрений. Культура-мелиорант должна обладать способностью мобилизовать пи­тательные вещества и вовлекать минеральные элементы в биоло­гический круговорот. Этим условиям наиболее отвечают люцерна и донник. Своей мощной корневой системой они обогащают поч­ву азотом, перехватывают капиллярную воду из глубоких слоев и тем самым способствуют снижению уровня грунтовых вод.

При внесении органических удобрений в почву улучшается их водопроницаемость, усиливается образование углекислоты, что благоприятно влияет на почвы, особенно солонцовые.

Химические методы — нейтрализация сво­бодной соды и замена поглощенного натрия ионами кальция в солонцовых почвах. В качестве химических мелиорантов чаще всего используют: гипс (CaS0₄), известь (СаСОз) и кислотные серосодержащие вещества — серная кислота (H₂SO₄), сера (S), сульфат железа (FeS0₄). Эти вещества вступают в реакцию с почвенными карбонатами и образуют гипс, являющийся источни­ком растворимого кальция. Наиболее часто для мелиорации солонцовых почв использу­ется гипс.

Схема реакции вытеснения погло­щенного натрия почвы кальцием гипса

(2.65)

Сера — инертное вещество до тех пор, пока не окислится почвенными микроорга­низмами до серной кислоты. Однако замедленная реакция окис­ления и повышенная кислотность вокруг частичек серы ограничи­вают ее применение как мелиорирующего вещества.

К эксплуатационным мероприятиям относятся: строгое выпол­нение плана водопользования системы при круглосуточном поли­ве; нормирование водоподачи; соблюдение режимов орошения сельскохозяйственных культур; повышение КПД оросительной системы.

Гидротехнические методы мелиорации являются наиболее эф­фективными и включают промывку засоленных почв на фоне дре­нажной сети.

Эффективность промывки зависит от водно-физических свойств почвы, степени ее засоления и глубины залегания грунтовых вод. Осуществляют ее путем подачи на засоленные земли определен­ного объема воды (промывной нормы), которая растворяет соли и вытесняет их в виде раствора в грунтовые воды, перехватывае­мые и отводимые дренажной сетью.

Промывная норма — это количество воды, необходимое для удаления избыточных солей в расчетном слое почвы на площади 1 га.

В последние годы в основу расчета промывок засоленных зе­мель принимают теорию физико-химической гидродинамики. При этом основное уравнение конвективной диффузии и массопереноса солей для наиболее простого случая имеет следующий вид:

, (2.66)

где t — время; х — расстояние от поверхности почвы; V — фак­тическая скорость движения воды по порам почвы; п — содержа­ние солей в точке х; —параметр переноса солей (коэффи­циент конвективной диффузии).

На основании этого уравнения для условий неустановившегося режима выведена зависимость для первой стадии промывки, а затем С. Ф. Аверьяновым предложено уравнение для определения промывной нормы:

, (2.67)

где х — расчетная глубина опреснения, м; t — продолжительность промывки, сут; т — пористость почвогрунтов в долях от объема; А — параметр, зависящий от исходного засоления почвы, мине­рализации оросительных вод и др.

Если влага в почве движется, то соли передвигаются в ней не только благодаря разности концентраций (диффузионная состав­ляющая потока солей), но и за счет переноса их водой (конвек­тивная составляющая). Такой процесс называют конвективной диффузией, которая в уравнении С. Ф. Аверьянова учитывается коэффициентом D*, изменяющимся при характерных для капи­тальных промывок скоростях фильтрации в пределах (1…10)×10^-3 м²/сут.

Промывки различают капитальные и эксплуатационные. Задача капитальных промывок — первичное удаление солей из расчетного слоя почвы до допустимых пределов. Эксплуатационные промывки должны поддерживать допусти­мое содержание солей в расчетном слое после капитальных про­мывок. Промывная норма колеблется в широких пределах: от 1500 до 12000 м³/га и более.

Технология промывки. Промывку почвы проводят обычно в два периода. В первый период происходит увлажнение расчетного слоя почвы до наи­меньшей влагоемкости, при этом соли, находящиеся в почве, переходят в раствор. Вторую подачу воды проводят через 4…5 дней после первой. Во второй период происходит дальнейшее растворение солей в почве и вытеснение их из промываемого слоя почвы в грунтовые воды, а затем в дренажную сеть.

Для метрового слоя промывная норма состав­ляет: на легких почвах 700…900м³/га, на средних 900…1100 и на тяжелых 1100…1500 м³/га. Каждая последующая доза воды подается после просачивания предыдущей. При промывных нормах более 8000 м³/га промывку проводят в течение двух, а при очень больших нормах — трех лет. Если расчетная промывная норма достигает 15000 м³/га, то в условиях пойменных и дельтовых территорий она может соче­таться с возделыванием риса с затоплением. Такой опыт освоения засоленных земель накоплен в России (дельта Волги) и на Украине (дельта Дуная).

Новые методы рассоления:

— промывка почв омагниченной водой (магнитомелиорация). Исполь­зуется для промывки вода, предварительно обработанная в маг­нитном поле. При этом растворимость со­лей в почве значительно возрастает, что способствует сокращению продолжительности промывки. При промывке почв омагниченной водой с минерализацией до 1 г/л дополнительный вынос солей составил в опытах ВолжНИИГиМ 10…20%;

— совместное воздействие маг­нитного поля и химического мелиоранта (серной кислоты): коэф­фициент фильтрации возрастал в 8-10 раз, вынос со­лей — на 40%;

— комбинированное воздействие постоянного электрического тока (электромелиорации) и промывки. Под воздействием электрического тока улучшаются физические свойства почвы, повышается водопроницаемость, солеотдача, фильтрация. Обычно катоды располагают в дрене, а аноды — в междренье. Плотность тока в метровом слое почвы должна быть порядка 0,5… 1 мА/см². Затраты электроэнергии 2… 8 тыс. кВт·ч на 1 га. Электромелиорация ускоряет процесс капитальной промывки в три-четыре раза, обеспечивая экономию воды в два раза.

Дренажные и оросительные системы следует рассматривать как единый комплекс, направленный на коренное улучшение и сохранение оптимального водно-солевого режима. Основное назначение дренажа — создание условий для пониже­ния уровня грунтовых вод, устойчивого опреснения засоленных земель путем проведения промывок и поддержания водно-соле­вого режима почвогрунтов, исключающего реставрацию засоления в период эксплуатации оросительной системы.

Дренаж на орошаемых землях — это комплекс гидротехниче­ских сооружений (дрен, коллекторов, насосных станций), пред­назначенных для сбора и отвода почвенных и грунтовых вод.

Типы дренажа. При мелиорации засоленных земель на ороси­тельных системах применяют горизонтальный, вертикальный и комбинированный дренаж.

Горизонтальный дренаж может быть открытый и закрытый.

Открытый дренаж состоит из глубоких каналов, проходящих в выемках, а закрытый — из труб, проложенных на определенной глубине, которые принимают почвенные и грунтовые воды и тран­спортируют их с помощью коллекторов в водоприемники.

В зависимости от назначения и расположения дрен на орошае­мой территории дренаж бывает систематический, выборочный, ловчий и береговой. Систематический дренаж представляет собой систему открытых или закрытых горизонтальных дрен, располо­женных равномерно по орошаемой площади. Выборочный дре­наж — это система дрен, предназначенных для дренирования отдельных, в основном пониженных, орошаемых участков. Ловчий головной дренаж перехватывает и отводит поверхностный и грун­товый поток, поступающий на орошаемую территорию. Береговой дренаж предназначен для перехвата подземного потока со сто­роны реки или водохранилища с целью предупреждения подтоп­ления орошаемой территории.

При опреде­лении глубины закладки дрен закрытого горизонтального дренажа исходят из условия, что уровни грунтовых вод в середине междренья в течение вегетационного периода должны находиться на глубине не меньше критической (рис. 2.63).

Закрытые дрены делают из гончарных труб длиной 33 см и диаметром 50…150 мм, керамических длиной 70 см, асбесто-цементных безнапорных длиной 4м, бетонных и железобетонных безнапорных труб, а также труб из различных полимеров — по­лиэтилена, полихлорвинила, поливинилхлорида.

В гончарные, керамические и бетонные трубы длиной до 70 см вода поступает через зазоры в стыках. При длине труб >70 см устраивают дополнительную перфорацию в виде щелей или круг­лых отверстий, суммарная площадь которых составляет 0,5% по­верхности трубы. Ширина щелей 3… 7 мм, а диаметр отверстий 5… 10 мм. Наибольшее распространение получили гончарные, керамические и асбестоцементные трубы.

Пластмассовые трубы выпускают гладкостенные и гофриро­ванные диаметром 50…100 мм и длиной 5…300 м с перфора­цией в виде продольных щелей или круглых отверстий. В послед­ние годы начали применять гибкие витые дренажные трубы из жесткого поливинилхлорида диаметром 100 мм.

Рис. 2.63 — Схема понижения уровня грунтовых вод горизонтальным дрена­жом: 1,2 — уровень грунтовых вод соответствен­но до и после строительства дренажа; 3 — горизонтальные дрены; — глубина заложения дренажа; — критическая глубина залегания грунтовых вод; — остаточная глубина залегания грунтовых вод; — глубина наполнения дрены

На рис. 2.64 приведены гибкие витые дренажные трубы из поливинилхлорида. Вода в полость такой трубы поступает через спиральные зазоры между смеж­ными витками полосы.

Рис. 2.64 — Витая дренажная труба

Минимальные уклоны открытых дрен принимают 0,0005, а за­крытых —

— 0,001 … 0,002. Стыки трубок обсыпают щебнем, гра­вием или песчано-гравийными смесями, создавая фильтр. В каче­стве дренажных фильтров применяют также маты из стекловаты и базальтового волокна, стеклохолст, техническую марлю и стеклосетку.

Основной параметр при расчете дрен – расстояние между дренами.

Для расчета расстояний между дренами в однородных грунтах исполь­зуют уравнение С. Ф. Аверьянова (рис. 2.65, а)

(2.68)

где L — расстояние между дренами, м; — коэффициент фильт­рации, м/сут;

H — остаточная глубина залегания грунтовых вод в середине междренья, м;

Т — расстояние от горизонта воды в дрене до водоупора, м; q — интенсивность инфильтрации, м/сут; α — коэффициент висячести дрены

При глубине закладки дрен 3 м и глубоком залегании водо­упора (20…30м) расстояние между дренами находится в пре­делах от 200 м (для тяжелых грунтов) до 500…600 м (для лег­ких грунтов).

При определении расстояния между дренами, заложенными в слоистых грунтах можно исполь­зовать формулу В. М. Шестакова (рис. 2.65, б)

(2.69)

где L — расстояние между дренами, м; — расчетная длина зоны деформации несовершенного дренажа, м; Т — суммарная проводимость водоносного пласта у дрены, м²/сут; — расчетная величина инфильтрационного бугра, м; W — интенсивность инфильтрации, м/сут.

В случае, когда дрены заложены в однородных грунтах, под­стилаемых напорным пластом (рис. 2.65, в), расстояние между дренами определяют по формуле С. Ф. Аверьянова

(2.70)

(2.71)

где В — расстояние между дренами, м; Т — глубина залегания водоносного пласта, считая от горизонта воды в дренах, м; — напор в водоносном пласте над горизонтом воды в дренах, м; — превышение поверхности грунтовых вод между дренами над вер­хом дрены, м; — интенсивность инфильтрационного питания, м/сут; — коэффициент фильтрации грунта, в котором заложен дренаж, м/сут.

Рис. 2.65 — Расчетные схемы для определения расстояний между дренами:

а — однородные грунты; б — слоистые грунты; в — однород­ные грунты, подстилаемые напор­ным пластом; 1 — уровень грун­товых вод; 2 — дрена; 3- поверхность водоупора

Гидравлический расчетколлекторно-дренажной сети проводят на пропуск нормального и максимального расходов.

Расчетные расходы дрен и коллектора их диаметры и скорости движения воды определяют гидравлическим расчетом по формуле равномерного движения воды при безнапорном режиме на про­пуск нормального расхода при полном наполнении дрены. Расход (Q) дрены и коллектора нормальный или максимальный:

Q = qω_др (2.72)

где q: q_СРили q_M — или среднее или максимальное значение модуля дренажного стока, соответственно, за вегетационный период, л/с с 1 га; — площадь, обслуживаемая дреной, га.

Модуль дренажного стока принимают следующим: для сугли­нистых грунтов — 0,24…0,45 л/с с 1 га; песчаных — 0,28…0,7 л/с с1 га. Скорость движения воды в дренах принимается в пределах 0,3…1,2 м/с.

Гидравлический расчет трубчатых дрен и коллекторов при полном их наполнении производят по формулам

;

(2.73)

(2.74)

где Q — расход дрены или коллектора, м³/с; d — внутренний диаметр, м;

v — скорость движения воды, м/с; i — гидравличе­ский уклон; с — коэффициент Шези, принимаемый в зависимости от диаметра и коэффициента шероховатости дрен и коллекторов.

Скорость движения воды в трубчатых дренах и коллекторах принимают в пределах 0,15…1 м/с. Гидравлический расчет открытых коллекторов заключается в определении ширины по дну, заложения откосов, глубины напол­нения, уклона, скорости движения воды. На основании гидрав­лического расчета строят продольные профили дрен и коллек­торов.

Особенности применения вертикального дренажа при рассолении почв.

Вертикальный дренаж применяют в том случае, когда под верхней толщей почвогрунтов, характеризующихся небольшим значением коэффициента фильтрации, залегают породы с большой водопроницаемостью. Вертикальный дренаж предназначен для откачки и отвода подземных вод буровыми скважинами-колодцами диаметром 30…70 см, глубиной 20…150 м, закрепленными обсадными трубами с отверстиями для поступления воды (рис. 2.66). Вслед­ствие откачки воды насосами уровень грунтовых вод понижается, образуя воронку диаметром 2R. Вертикальный дренаж по сравнению с горизонтальным имеет ряд преимуществ: возможно глубокое понижение уровня грунто­вых вод, потери полезной площади незначительные, дренажные воды можно использовать для орошения. Основные недостатки: потребность в электроэнергии, насосно-силовом оборудовании, зна­чительные эксплуатационные расходы.

Рис. 2.66 — Схема пониже­ния уровня грунтовых вод вертикальным дренажем:

1 и 2 — уровень грунтовых вод до и после откачки; 3 — скважины; R — радиус действия скважины

Поэтому вид дренажа (горизонтальный или вертикальный) определяют на основании технико-экономического сравнения раз­личных вариантов. Различают систематический, выборочный, ловчий и береговой вертикальный дренажи.

При систематическом дренаже скважины размещают сравнительно равномерно по всей дренируемой пло­щади, учитывая границы севооборота, удобство отвода или ис­пользования откачиваемых вод. При выборочном дренаже сква­жины размещают на неблагоприятных по природным условиям участках орошения.

Ловчий дренаж в виде одного или нескольких рядов скважин, расположенных по фронту грунтового потока, применяют для перехвата грунтовых вод.

Береговой вертикальный дренаж также представляет собой ряд скважин, размещенных вдоль реки или водохранилища, пред­назначенных для защиты орошаемой территории от подтопления.

По конструктивным особенностям различают: вертикальный дренаж, состоящий из самоизливающихся скважин; дренаж из скважин, оборудованных насосами для откачки подземных вод; дренаж из лучевых горизонтальных дрен, проложенных в хорошо проницаемых грунтах и объединенных одной вертикальной скважиной с водоподъемным оборудованием.

В зависимости от конкретных гидрогеологических и почвенно-мелиора-тивных условий массива можно выделить три случая при­менения вертикального дренажа: 1) использование на орошение пресных напорных подземных вод с одновременным рассолением земель (рис. 2.67, а); 2) предотвращение подъема минерализован­ных грунтовых вод на землях нового орошения (рис. 2.67, б); 3) замена минерализованных грунтовых вод пресными фильтра­ционными (рис. 2.67, в).

Рис. 2.67 — Принципиальные схемы применения вер­тикального дренажа

(по Н. М. Решеткиной): а — использование на орошение пресных напорных под­земных вод с одновременным рассолением земель; б — предотвращение подъема минерализованных грунтовых вод; в — замены минерализованных грунтовых вод пресными фильтрационными

При сильном засолении земель и слабой водопроницаемости почвогрунтов вертикальный дренаж применяют в сочетании с мелким открытым временным дренажем на период проведения капитальных промывок. Обычно одна скважина вертикального дренажа обслуживает 50…100 га, а дебит ее колеблется в пределах 30…200 л/с. Конструктивно скважина состоит из: водоприемной части, обо­рудованной фильтром; обсадной колонны, по которой транспор­тируется дренажная вода; насосно-силового оборудования. Выбор конструкции фильтра зависит от гранулометрического состава и мощности водоносного пласта, химического состава воды, дебита скважины, хозяйственного значения скважин, вели­чины водозабора.

Наиболее простую конструкцию фильтра — перфорированную трубу со щелевыми или круглыми отверстиями и редко обмотан­ной сеткой применяют в гравелисто-песчаных грунтах и крупно­обломочных породах. В мелкозернистых грунтах, кроме перфорированной трубы, не­обходимы искусственные фильтры: гравийная засыпка, блочные пористые фильтры и др. Длина фильтра должна быть на 2…5 м меньше мощности дренируемого пласта и может достигать 40…45 м.

При строительстве скважин применяют цельнотянутые сталь­ные трубы. Скважины вертикального дренажа оборудуют установками с артезианскими и погружными насосами, реже эрлифтами. Насосные установки вертикального дренажа оснащают конт­рольно-измерительной аппаратурой, позволяющей замерять и фик­сировать количество воды, поданное насосной установкой; коли­чество электроэнергии, затраченное на подачу воды; уровень грунтовых вод и пьезометрического напора.

Особенности комбинированных дренажей при рассолении почв.

Комбинированный дренаж — это сочетание горизонтальных дрен с вертикальными разгрузочными скважинами. Устраивается в том случае, когда верхний слабопроницаемый слой мощностью до 15 м подстилается и подпитывается водоносным напорным го­ризонтом мощностью 10… 15 м с хорошей водопроницаемостью. Горизонтальные дрены обеспечивают понижение уровня грунто­вых вод и отводят за пределы дренированной территории воду из скважин-усилителей (рис.2.68).

Рис. 2.68 — Схема комбинированного дренажа:

1 — канал-дрена; 2 — скважина; 3 — водоприемная часть скважины; 4 — водоносный слой с напорными водами; 5 — депрессионная кривая

Наличие скважин-усилителей увеличивает расстояние между горизонтальными дренами до 250…350 м. Расстояние между скважинами принимают в пределах 50… 150 м и закрепляют их металлическими, асбестоцементными или пластмассовыми трубами. Для усиления действия комбинирован­ного дренажа может быть использовано вакуумирование.

Особенности вакуумных дренажей при рассолении почв.

В районах речных долин, представляющих собой двухслойный пласт с верхним слоем суглинков небольшой мощности, применение глубоких горизонтальных или вертикаль­ных дренажей становится неэкономичным или технически трудно-выполнимым. В этом случае целесообразно сооружать вакуумный дренаж.

По принципу действия вакуумные дренажные системы подраз­деляют на системы вакуумирования грунтов и системы вакуум­ного водоотбора.

Горизонтальный вакуумный дренаж устраивают так, как обыч­ные системы горизонтального дренажа. Разница состоит в том, что сеть не имеет смотровых колодцев, а оборудована вакуумны­ми колодцами, в которых создается разрежение вакуумным насо­сом (рис. 2.69). Дрены применяют асбестоцементные, пластмас­совые и пористые. Стыки между трубами перекрываются муфта­ми. Перфорацию на трубах выполняют только в их нижней части.

Вертикальный вакуумный дре­наж представляет собой систему скважин или трубчатых колодцев объединенных коллектором, из которого раздельно откачивают воду и воздух.

Рис. 2.69 — Схема горизонтального вакуумного дре­нажа: 1 — горизонтальные дрены; 2 — вакуумный насос; 3 — вакуумный колодец; 4 — всасывающая труба; 5 — цент­робежный насос

Основное достоинство вакуум­ного дренажа — увеличение ин­тенсивности отвода грунтовых вод с мелиорируемых территорий и ускорение процесса промывки засоленных почв.

Двухъярусный дренаж

Для повышения эффективности действия промывки, достижения равномерного рассоления почв устраивают двухъярусный дренаж. Верхний ярус укладывают бестраншейным способом из пластмассовых труб на глу­бине 1,5…2 м, а нижним ярусом является постоянный закрытый дренаж, рассчитанный на нагрузку эксплуатационного периода. Нижний ярус интенсифицирует процесс промывки, выравнивает нисходящие скорости промывных токов и обеспечивает равномер­ное опреснение почвогрунтов. Дренаж верхнего яруса можно использовать в качестве за­крытых оросителей в вегетационный период. Вода из оросителей идет на подпитывание зоны аэрации и частично на создание дре­нажного стока из дрен нижнего яруса. Опыт строительства двухъярусного дренажа накоплен в Узбе­кистане.

Мобильный дренаж

При промывке соли, находящиеся в почвогрунтах, обычно вы­мываются на большую глубину, а затем постепенно отводятся дренажем за пределы системы. Более эффективен такой дренаж, который мог бы перехватить солевой поток сверху во время про­мывки и сразу же отвести его за пределы участка.

Такую задачу можно решить при помощи так называемого мобильного дренажа, разработанного в ТуркменНИИГиМ. За ос­нову его конструкции принята вакуумная система вертикальных дрен.

Комплект мобильного дренажа состоит из металлического со­бирателя, вертикальных дрен и самовысасывающего насоса. Все соединения делают быстроразъемными. Монтируется на подготов­ленном к промывке участке. Заполнив чеки водой, через специ­альный клапан заполняют и собиратель. Включенный насос создает в трубопроводах вакуум, и начи­нается отвод минерализованных вод с промывного участка. После завершения промывных поливов система мобильного дренажа демонтируется и перевозится на новый участок.

Разновидность промышленных сточных вод — отработанные воды тепловых и атомных электростанций. Крупные ТЭЦ, ГРЭС и АЭС являются источниками термического (тепло­вого) загрязнения водоемов отработанными сбросными водами, ко­торые могут служить источниками отеплительного орошения и обо­гревания почв. Повышение температуры воды выше нормы ухуд­шает гидробиологический режим водохранилища, усиливает раз­витие сине-зеленых водорослей, ухудшает работу очистных соору­жений, затрудняет судоходство.

При использовании теплых вод для орошения уменьшаются затраты воды на единицу урожая и повышается урожай тепло­любивых культур на 14… 20%, увеличивается мощность корне­вой системы в полтора-два раза, повышается скороспелость куль­тур на шесть-десять дней.

При использовании теплых сточных вод для поливов культур приме­няют поверхностное и внутрипочвенное орошение, а также дож­девание. При этом поливают преимущественно теплолюбивые сельскохозяйственные культуры: огурцы, перец, капусту, хлоп­чатник, рис, виноград и др.

При поверхностном орошении целесообразно применять полив по бороздам. При орошении дождеванием используют дожде­вальные машины ДДН-70, ДДН-100, ДДА-100МА. Особенно эф­фективно дождевание теплыми водами при слабых (до -2 °С) заморозках.

Наибольший эффект орошения теплообменными водами до­стигают при внутрипочвенном орошении, когда одновременно осуществляется обогрев почвы и полив. Теплые воды могут ис­пользоваться в тепличном хозяйстве для орошения закрытых почв.

Применение отработанных вод тепловых и атомных элект­ростанций для орошения представляется весьма перспективным, учитывая масштабы их строительства: Однако многие вопросы, связанные с использованием этих вод в сельскохозяйственных целях, разработаны пока недостаточно.

Особенности орошения минерализованными (дренажно-сбросными) водами.

Для орошения возможно использовать воду повышенной минерализации при наличии дренажа на поливных землях и по­вышенных (на 20… 30%) оросительных нормах, обеспечиваю­щих промывной режим. Однако при длительном орошении водами повышенной минерализации возможно засоление почв. Поэтому необходимо систематически следить за содержанием солей в поч­ве. При хлоридном типе засоления (NaCl, MgCl) содержание солей в — метровом слое почвы не должно превышать 0,3… 0,6%, при сульфатно-натриевом и магниевом (Na₂SO₄ и MgS0₄) — не более 1,0%.

При использовании минерализованных вод для орошения большое значение имеет оперативный контроль за их минерализацией и качеством. Однако определение этих по­казателей путем химических анализов неприемлемо в том слу­чае, когда нужно обеспечить своевременную подачу пресной во­ды для улучшения мелиоративных свойств минерализованной воды.

Для оперативного контроля за качеством дренажно-сбросных вод общую минерализацию целесообразно определять при помощи солемера, а химический состав — по специальному графику, ко­торый может быть составлен для каждой конкретной ороситель­ной системы (рис. 2.70).

Рис. 2.70 — График для определения химического состава дренажно-сбросных вод Килийской рисовой системы (Одесская обл.)

Для улучшения качества минерализованной воды количество добавляемой пресной можно определить по формуле

V₁= (2.77)

где V₂ — объем минерализованной воды, качество которой необ­ходимо улучшить, л; С — минерализация, которую необходимо получить, г/л; С_хи С₂— минерализация соответственно дренаж­но-сбросных и пресных вод, г/л.

Минерализованные дренажно-сбросные воды целесообразно ис­пользовать для орошения поверх­ностным способом (по бороздам, за­топлением). Особенно эффективны они для промывки засоленных зе­мель с одновременным возделыва­нием риса.

Разновидностью минерализованных вод с неограниченным ресурсом являются морские и шахтные воды. Исследования, проведенные в различных странах, в том числе и в бывшем СССР, свидетельствуют о реаль­ной возможности использования морских вод для орошения сельско­хозяйственных культур.

Средняя минерализация воды океана составляет 34,4 г/л, Черно­го моря 18,6. Соленость морской воды вблизи устьев впадающих в моря рек понижается из-за притока речных вод. Так, вблизи устья крупных рек — Днепра, Днестра, Дуная и др. минерализация воды не превышает 1 г/л.

Морская вода, если ее рассматривать как оросительную, отли­чается от минерализованных дренажных и грунтовых рядом свойств. Она содержит значительно большее количество элемен­тов, полезных растениям, микроэлементов и органических ве­ществ, повышающих плодородие почвы, богата кислородом. Но главная особенность морской воды, определяющая ее ороситель­ные свойства, состоит в том, что ионный состав в ней сбаланси­рован и вредное действие одних ионов уравновешивается присут­ствием других. Это явление называют антагонизмом ионов. В состав морской воды входят ионы . Преобладают анионы хлора и катионы натрия. Опыты по влиянию морской воды на растения позволили уста­новить высокую устойчивость многих сельскохозяйственных куль­тур к высокой концентрации солей в ней. Ее можно использовать для полива плодородных культур, лесных полос, декоративных древесных и кустарниковых насаждений, зерновых культур, мно­голетних трав в приморских зонах. При этом орошение целесооб­разно проводить на песчаных почвах, в которых при промывном режиме полива не накапливается много солей. Кроме того, пески хорошо промываются осадками холодного периода года и не тре­буют дополнительных мер для их промывки.

Наибольший эффект полив морскими водами дает при исполь­зовании поверхностного способа полива. При этом зерновые куль­туры и многолетние травы поливают по полосам, а древесные и кустарниковые насаждения — по приствольным чашам.

В нашей стране рис выращивают на специальных инженерных оросительных системах, представляющих собой комплекс гидро­технических сооружений, предназначенных для бесперебойной подачи необходимого количества воды, удержания ее в течение вегетационного периода риса и оперативного удаления за пре­делы рисового поля при необходимости.

Рисовая система состоит из водоподающей части, рисовых по­лей, дренажно-сбросной сети, гидротехнических сооружений, а также оградительной сети, устройств автоматики, связи, сети до­рог и лесополос.

Особенность рисовых систем — необходимость двухстороннего регулирования влажности почвы на рисовом поле, т. е. создание и регулирование слоя воды на рисовом чеке: сброс воды и осу­шение полей для механизированной уборки урожая; нормальные условия развития сопутствующих рису культур.

Водоподающая система включает водозаборные сооружения (при самотечной водоподаче) или насосные станции, магистраль­ные и распределительные каналы, картовые оросители.

Конструкция каналов.

Участковые распределители, картовые оросители и оросители-сбросы, как правило, проектируют с гори­зонтальным дном и дамбами, исходя из условия автоматизации водораспределения. Старшие каналы оросительной сети проек­тируют с уклонами.

Картовые оросители должны обеспечивать затопление самого высокого чека слоем 10…15 см.

Автоматизация водораспределения предусмотрена на внутри­хозяйственной сети, включая водовыпуски в чеки, средствами гидравлической автоматики, обеспечивающей поддержание по­стоянных уровней в нижних бьефах всех водовыпусков. На меж­хозяйственных каналах следует предусматривать электрогидрав­лическую автоматику в сочетании с телемеханикой.

Горизонт воды в картовом дренажно-сбросном канале при про­пуске максимального расхода должен быть на 0,5 м ниже отметки поверхности самого низкого чека, который прилегает к ка­налу.

Ширину каналов принимают в соответствии с шириной рабо­чих органов используемых механизмов: для оросительных кана­лов — 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,5; 2,5 м и т. д.; для дренажно-сбросных каналов — не менее 1 м.

Заложение откосов зависит от механического состава грунта ложа канала: для легких грунтов 2…4, средних 1,5… 2, тяже­лых 1…1,5. Заложение наружных откосов дамб 1…1,5.

Возвышение бровок и берм дамб земляных каналов над мак­симальным расчетным горизонтом воды при расходе до 0,5 м³/с принимают 0,2 м, при 0,5…2 — 0,3м и при 2…5 — 0,4 м.

Ширина дамб поверху: при расходе до 2 м³/с — 1 м, при 2…5 м³/с — 3 м. Бермы принимают шириной 3 м при глубине ка­нала более 2 м.

Расчетная скорость движения воды в каналах зависит от ме­ханического состава грунтов: в песках и супесях — не более 0,5 м/с, в легких и средних суглинках — 0,7, в тяжелых суглин­ках и глинах — до 1 м/с.

Расчетные расходы. Каналы оросительной сети рассчитывают на пропуск максимального расчетного расхода, определяемого по формуле

Q_max= (2.78)

где 1,1 — коэффициент запаса, учитывающий возможное увели­чение водоподачи в период первоначального затопления риса (принят для всех каналов, кроме картового оросителя); — максимальная ордината гидромодуля риса, л/с га; — площадь нетто, обслуживаемая каналом, га; а — содержание риса в севообороте (а = 0,75…1); -коэффициент водооборота (обычно = 3…5); — канала.

Максимальный расчетный расход каналов дренажно-сбросной сети всех порядков

,

(2.79)

где 1,5 — коэффициент запаса; — максимальная ордината модуля дренажно-сбросного стока, л/с с 1 га.

Дренажно-сбросная сеть.

Самая сложная задача при проек­тировании рисовых оросительных систем — правильное назначе­ние параметров дренажа для поддержания орошаемой территории в надлежащем мелиоративном состоянии. Дренаж на рисовых системах проектируют в зависимости от его назначения, почвенных и гидрогеологических условий и делят на три типа: рассолительный, профилактическийиотсечный.

Рассолительный дренаж проектируют на засоленных почвах (солончаках, солончаковатых, кроме содовых). При близком за­легании минерализованных грунтовых вод и отсутствии угрозы заболачивания он может иметь вид постоянных или временных дрен. Расчет рассолительного дренажа сводится к проверке вы­бранной схемы. Проверку ведут по формулам, полученным в ре­зультате решения уравнения конвективной диффузии, позволяю­щего определить содержание солей в почве после промывки, или с помощью балансовых расчетов с применением метода ЭГДА.

Устройство частого дренажа, который должен быть закрытым, не всегда экономически оправданно. Кроме того, частый дренаж способствует значительным потерям оросительной воды. Поэтому в условиях возделывания затопляемого риса при отсутствии напорности грунтовых вод можно увеличить междренное расстоя­ние до 200 и более метров за счет более продолжительного пер­воначального пребывания риса в целях лучшего опреснения почв и грунтов зоны аэрации.

Усилить действие рассолительного дренажа на солонцах и солонцеватых почвах можно, применяя системы агротехнических и химических мероприятий в виде глубокого рыхления, кротования, внесения гипса, полимеров и др.

Профилактический дренаж применяют тогда, когда почва и грунты до глубины 1,5м не засолены или слабозасолены, грун­товые воды слабоминерализованы (до 3 г/л) и слабодренированы. В этом случае ограничиваются устройством сбросной сети и от­сечных более глубоких дрен по границам рисовых полей сево­оборота. Как правило, при двустороннем командовании, рассто­яние между сбросными каналами колеблется в пределах 300…400 м и может быть увеличено при отсутствии напорных грун­товых вод до 500…600 м. Если нет притока грунтовых вод извне и они практически безнапорны, то испарение при наличии сбросной сети обеспечит снижение их уровня на глубину, допу­скающую применение сельскохозяйственных машин, а затем воз­делывание сопутствующих рису культур.

Основной задачей профилактического дренажа является предотвращение вторичного засоления почв в период возделывания сопутствующих культур, поэтому его расчет сводится к опреде­лению прогнозного солевого профиля на полях рисового сево­оборота. Если прогнозное засоление не превышает допустимого, а грунтовые воды находятся на допустимой глубине, принятая схе­ма дренажа работает удовлетворительно. В противном случае надо изменить параметры дренажа или увеличить оросительную норму для сопутствующих культур.

Отсечный дренаж служит для защиты массивов, прилегающих к рисовым полям, от подтопления и вторичного засоления, а так­же для ограждения территории рисового севооборота от притока грунтовых вод извне. Как правило, его проектируют по границам рисовых полей и в местах резкого перелома рельефа.

В конструктивном отношении отсечный дренаж представляет собой одну или несколько дрен, заложенных поперек движения грунтового потока. Критерием для определения необходимости дренажа может служить балансовый расчет. Отсечный дренаж необходим во всех случаях, когда прилегающие к рисовому участ­ку массивы не отделены от него естественными понижениями (балка, овраг) или рекой. Глубину отсечной дрены на границе рисового поля принимают исходя из глубины залегания грунто­вых вод, которую необходимо поддерживать на прилегающих к рисовым системам участках. Глубину грунтовых вод, допустимую на смежных с рисом участках, можно принять 1…1,5 м при минерализации грунтовых вод до 3 г/л и 2…2,5 м — при боль­шей минерализации. Тогда глубина отсечной дрены может быть в пределах 2…3 м.

На рисовых массивах независимо от их расположения происхо­дит вторичное засоление вдоль хозяйственных, участковых, а иногда и картовых оросительных каналов, проходящих в земля­ных насыпях, а также вдоль поперечного валика нижележащего чека, если разность отметок смежных чеков превышает 0,3 м. Причина вторичного засоления — восходящее движение минера­лизованных грунтовых вод, обусловленное разностью напоров воды в оросительных каналах и чеках, а также в высоких и низ­ких чеках. Для ликвидации этого отрицательного явления необ­ходимо устройство неглубокого отсечного незатопляемого дре­нажа с обеих сторон оросительного канала и на нижнем чеке вдоль поперечного валика. Для быстрейшей ликвидации послед­ствий засоления устройство отсечного дренажа целесообразно со­четать с агротехническими и химическими приемами и соответст­вующей промывкой при возделывании сопутствующих культур.

Полив сопутствующих рису культур.

Как показала практика рисосеяния, получение высоких урожаев риса возможно в том случае, когда он возделывается в севообороте с другими куль­турами. Лучшая сопутствующая культура затопляемого риса — люцерна, способная не только восстановить плодородие и струк­туру почвы после длительного затопления, но и обогатить ее азотом. Чтобы получить высокие урожаи сопутствующих культур, необходимо орошение.

Для успешного полива сопутствующих рису культур затоп­лением нужно соблюдать следующие основные условия: поверх­ность чека или карты-чека должна быть тщательно спланирована с таким расчетом, чтобы разность отметок не превышала ±2,5 см; полив чека должен быть осуществлен за короткий промежуток времени, который колеблется в пределах 6…12 ч в зависимости от культуры и фазы ее развития.

Полив дождеванием наиболее эффективен на незасоленных землях с близким уровнем грунтовых пресных вод (0,7…1,0 м), где требуются небольшие поливные нормы (300…400 м³/га), а также в условиях засушливой весны для получения всходов и урожая люцерны первого укоса.

Широкое развитие рисосеяния и ограниченность водных ре­сурсов диктуют необходимость использования сбросных вод ри­совых оросительных систем на повторное орошение риса и сопут­ствующих культур. Повторное или оборотное использование воды позволяет, не увеличивая ресурсов водоисточника, расширять оро­шаемые площади или сократить водозабор из источника при тех же площадях орошения. Подача же сбросных вод на рисовые поля будет способствовать более полному использованию вноси­мых на поля удобрений. Повторное применение целесообразно, так как сброс воды с рисовых систем составляет 50% и более от забора воды, а минерализация ее в период орошения даже на засоленных землях сравнительно невысокая (1…3 г/л).

На рисовой системе применяют специфические сооружения: водовыпуски из картового оросителя в чек, водовыпуски из чека в картовый сброс, подпорные соору­жения на оросителях и сбросах. Остальные сооружения такие же, как на обычных оросительных системах.

Водовыпуски в чек и из чека располагают в противополож­ных углах чека, друг против друга. Подпоры в дренажно-сбросной сети устраивают только на незасоленных землях.

Дорожную сеть и лесополосы размещают вдоль постоянных каналов. Ширина полотна дороги 3…6 м, а возвышение ее над поверхностью чека не менее 0,5 м. Лесополосы устраивают по границам рисовых участков и севооборотов. Как правило, лесо­полосы одно-двухрядные.

Управление водным режимом с помощью оросительных систем

Управление водным режимом с помощью оросительных систем осуществляется с целью поддержания водного баланса в грунтах мелиорированных территорий. Поддержание водного баланса осуществляется с помощью отдельных способов и технических приёмов, оборудования орошения, приведенных ранее или при их комплексном применении.

Одними из основных проблем при оросительных мелиорациях является возможность засоления или заболачивания земель и невозможность их последующего использования для сельскохозяйственных целей. Рассмотрим основные условия, выполнение которых определяет необходимость применения оросительных мелиораций.

Одним из основных технических приемов для управления водным режимом на орошаемых территориях является применение дренажа.

Рассмотрим условия отвода воды с орошаемой площади, которые определяют направление мелиоративных мероприятий по улучшению гидрогеологического режима орошаемой территории.

Для выявления направ­ленности почвенно-мелиоративных процессов (засоления, рассоле­ния, заболачивания) и определения количества воды, которое не­обходимо отвести с орошаемой площади при помощи дренажа, ис­пользуют метод водного баланса, разработанный А.Н. Костиковым. Водный баланс орошаемой территории показывает суммарное из­менение запасов воды на рассматриваемой площади за определен­ный промежуток времени. Водный баланс орошаемой территории описывается уравнением, которое включает в себя приходные и расходные элементы

±ΔW = (M_бр P G V) – (E₀ O_T V_C) , (2.80)

где ΔW— суммарное изменение запасов воды в границах рассмат­риваемой территории за расчетный период; М_бр — оросительная норма брутто (с учетом всех потерь); Р — атмосферные осадки; G — приток грунтовых вод; V — приток поверхностных вод с со­седних территорий; Е₀ — испарение влаги почвой, водной поверх­ностью и транспирация растений; О_T — отток грунтовых вод; V_C — сток поверхностных вод за пределы орошаемой территории.

Если ΔWотрицательно, то запасы воды в почвогрунтах расчет­ного слоя уменьшаются и уровень грунтовых вод понижается. Вод­ный баланс формируется по типу рассоления. Положительное зна­чение ΔWдобавляется к первоначальному запасу влаги W (на на­чало расчетного периода). Если ΔW W больше предельной полевой влагоемкости почв W_ППВна величину ΔG, то эта разница ΔG пойдет на пополнение грунтовых вод и повышение их уровня на величину ΔН

ΔН = , (2.81)

где ΔG = ΔW W — W_ППВ, м³/га; β — дефицит заполнения почвогрунта водой до полной влагоемкости, равный 0,08…0,40 объема почвы.

Изучение элементов водного баланса и их изменения по годам и отдельным характерным периодам в течение года (вегетацион­ный, осенне-зимний, промывной) позволяет установить основные причины подъема уровня грунтовых вод и определить направление мелиоративных мероприятий по улучшению гидрогеологического режима орошаемой территории. Если минерализованные грунтовые воды имеют незначительный отток, а комплекс физических, биоло­гических, химических и эксплуатационных мероприятий не обеспечивает необходимого их понижения, то отток грунтовых вод увели­чивают искусственно путем устройства дренажа.

Управление водным режимом с помощью оросительных систем невозможен без контроля за режимом грунтовых вод.

Контроль режима грунтовых вод.

Осуществляется при помощи наблюдательных скважин (пьезометров), расположенных равно­мерно по всей территории оросительной системы и по створам. Од­на скважина приходится в среднем на 100…200 га. Причем их раз­мещают так, чтобы они обеспечили характеристику режима грун­товых вод на всех участках поля.

Равномерно размещенная сеть наблюдательных скважин слу­жит для составления карт глубин залегания и минерализации грун­товых вод. Устройство скважин по створам позволяет установить влияние вод оросительных и дренажных каналов на динамику грунтовых вод. Расстояние от уреза воды в канале до наблюда­тельных скважин принимают равным 25, 50, 100, 200, 500, 700 и 1000 м и далее через 500 м. Глубину скважин принимают такой, чтобы она показывала уровень грунтовых вод при любом их поло­жении.

По данным наблюдений за режимом грунтовых вод судят о ме­лиоративном состоянии орошаемых земель и намечают комплекс мероприятий против засоления и заболачивания.

РАЗДЕЛ 3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ МЕЛИОРАЦИЙ.

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ГИДРОМЕЛИОРАЦИЯХ

Регулирование уровня грунтовых вод в условиях населенных

Участки для застройки по возможности следует располагать на неблагоприятных для земледелия местах. Они должны быть на повышенных сухих местах, которые не затопляются и в которых уровень грунтовых вод не поднимается ближе 0,5 м к фундаментам зданий, подвалов и подземных коммуникаций. В случае отсутствия таких условий выполняют осушение. Осушение достаточно часто необходимое в результате антропогенной деятельности: потери воды из трубопроводов и резервуаров, засыпание естественных ручьев и трасс талого и ливневого стока, строительство дорог, дамб, других сооружений, которые задерживают поверхностный сток. Застройка, асфальтирование и бетонированность (уплотнение) поверхности земли уменьшают испарение грунтовых вод, в результате чего происходит их подъем. Значительная площадь покрытой земли в городах уменьшает проникновение ливневых вод в почву, в результате чего растут ливневые расходы. Фундаменты зданий лучше проводят тепло, чем почва, потому в холодный период года они холоднее, чем окружающая почва, что способствует конденсации влаги в почве возле них.

Повышение влажности почвы уменьшает его несущую способность, что может вызывать оседание зданий, дорог, подземных коммуникаций, затопления подвалов, теплотрасс, коррозию фундаментов, гибель деревьев, появление комаров и болезней людей и животных.

При строительстве животноводческих комплексов, населенных пунктов, промышленных предприятий на территории в близком естественном залегании грунтовых вод или в зонах искусственного подтапливания необходимо проводить тщательные исследования естественного гидрологического режима грунтовых вод. По результатам исследований с учетом будущей застройки составляют прогноз режима как поверхностных, так и грунтовых вод и при необходимости предусматривают специальные мероприятия по борьбе с подтапливанием. Эти меры разделяются на профилактические (предупредительные) и защитные.

Профилактические мероприятия предусматривают уменьшение питания грунтовых вод, предупреждение прилива поверхностных вод внешне, уменьшение потерь воды из водопроводов, канализации, водоемов, резервуаров, отстойников. Эти меры необходимы также и для предупреждения загрязнения грунтовых вод.

К профилактическим мероприятиям следует также отнести сохранение, расчистку и углубление балок, ручьев, стариц и др. Здания и коммуникации с большой протяжённостью, которые препятствуют потоку поверхностных и подземных вод, желательно располагать вдоль потока. В противном случае необходимо предусматривать мероприятия для пропуска воды.

Понижению грунтовых вод способствует высадка деревьев и кустарников полосами или зелеными массивами, что объясняется увеличением транспирации. Для перехватывания воды, что просочилась под днищами бассейнов, резервуаров, под трубопроводами, галереями и каналами, устраивают дренаж с отведением воды за пределы населенного пункта или здания. Для борьбы с повышением влажности почвы в зимнее время возле фундаментов предусматривают мероприятия по вентиляции почвы вокруг фундаментов.

Всегда необходима организация отвода поверхностного стока, что улучшает условия для строительства, санитарное состояние местности и способствует также уменьшению фильтрации воды в почву. Это достигается тем, что устраивается ограждение территории от притока воды извне, выравниванием поверхности с определенными уклонами и ликвидацией бессточных низин, сооружением ливнестоков.

Подгорные каналы, или лотки прокладывают за пределами осушаемой территории у подножия склонов. Воду из них сбрасывают за пределами населенного пункта.

Территория кварталов в населенном пункте должна быть более высокой от прилегающих улиц с уклонами в их сторону или в сторону балок или впадин, которые сохраняются. Сброс поверхностной воды, главным образом, организуется водостоками, которые размещаются вдоль улиц, потому улицы должны иметь уклон и соответствующую вертикальную увязку для самотечного сброса воды. В селах водостоки делают открытыми (рис. 3.1), в городах — закрытыми (рис.3.2).

Рис. 3.1 — Открытый водосток: 1 — тротуар; 2 — газон; 3 — водосток;

4 -обочина; 5 — проезжая часть дороги

В местах пересечения с улицами, тротуарами, въездах в дома, на открытых водостоках устраивают мостики или трубопереходы. Открытые водостоки в 3-5 раз дешевле закрытых, но они быстрее замусориваются, что ухудшает санитарное состояние, мешает движению транспорта и уменьшает полезную площадь.

Рис. 3.2 — Закрытый водосток: 1 — тротуар; 2 — газон; 3 -ливнеприёмный колодец; 4 — шлюзовой колодец; 5 — соединительный трубопровод; 6 — коллектор

Водоприемниками для водосбросной сети служит местная гидрографическая сеть (реки, балки), в которые вода сбрасывается после обязательной очистки.

При определении расходов воды для гидравлического расчета водосбросной сети учитывают, что коэффициент стока с застроенных территорий и скорость добегания воды значительно больше, чем в естественных условиях.

К защитным мероприятиям принадлежат: искусственное повышение поверхности застройки, локальная защита отдельных сооружений и зданий (гидроизоляция, контурный дренаж); уменьшение прилива грунтовых вод путем строительства перехватывающих каналов и дрен; систематический дренаж.

В процессе строительства часто приходится искусственно снижать уровни грунтовых вод, применяя разные виды дренажа. С целью водопонижения при строительстве применяют временные дренажи; для длительного осушения с целью создания нормальных условий эксплуатации подземных коммуникаций, подвальных помещений применяют постоянный дренаж.

Строительное водопонижение осуществляют с помощью игольчатофильтрующих установок и вертикального дренажа.

Игольчатофильтровальная установка состоит из всасывающей системы, которая имеет углубленные в почву перфорированные трубы, а также насосный агрегат. С помощью насоса создают вакуум, благодаря которому воздух и вода из грунта поступают к насосному агрегату и отводятся за пределы осушаемого котлована. На строительных площадках, как временный способ осушения, применяют также шпунтовое ограждение и вертикальный дренаж.

В зависимости от вида устройств, которые применяются для перехвата грунтовых вод на промышленных площадках, различают такие виды постоянного дренажа: горизонтальный, вертикальный, комбинированный, пластовый и пристенный.

Горизонтальный дренаж на застроенных территориях делают всегда закрытым. Дренаж промышленных площадок и населенных пунктов отличается от дренажа сельскохозяйственных угодий по основным параметрами: глубина заложения дрен иногда достигает 8…12 м, диаметры дрен 20…60 см и больше, трубы и фильтры отличаются повышенной надежностью.

Перехватывающие дрены можно размещать с одной или со всех сторон осушаемой территории в зависимости от условий прилива воды. Систематический дренаж в случае необходимости размещают равномерно по территории, трассируя дрены по незастроенной территории, вдоль улиц, проездов. При соответствующем технико-экономическом обосновании для осушения населенных пунктов применяют и вертикальный дренаж.

Пластовой дренаж применяют для защиты отдельных сооружений и коммуникаций от затопления или капиллярного переувлажнения грунтовыми водами. Дренаж (рис. 3.3) представляет собой многослойный фильтр под сооружениями (здания, дороги и др.), который принимает гравитационные и капиллярные воды и отводит их за пределы сооружения. Применяют его в слабопроницаемых грунтах, в которых другие дренажи малоэффективны. Вода из пластового дренажа отводится дренами.

С внешней стороны фундаментов сооружения отсыпают песком и гравием пристенный дренаж (рис. 3.4). Эффективности работы такого дренажа полностью зависит от правильного выбора размеров песка и гравия (щебню) в зависимости от механического состава дренируемых грунтов.

Рис. 3.3 — Пластовой дренаж: 1 — гидроизоляция; 2 — гравий; 3 — песок;

4 -дренажная труба; 5 — обратная засыпка

Рис. 3.4 — Пристенный дренаж: 1 — гравийная обсыпка; 2 — обсыпка крупнозернистым песком; 3 — песчаная засыпка; 4 — обратная засыпка местным грунтом; 5 — гидроизоляция; 6 — дрена

Для горизонтального дренажа применяют асбестоцементные и керамические трубы, их укладывают в траншее на песчано-гравийное основание, которое одновременно служит и частью фильтра. Для приема воды в трубах делают перфорацию. В качестве фильтра служит обсыпка труб слоями отсортированного гравия, щебня и песка. Хорошо зарекомендовали себя трубофильтры из пористого железобетона.

Самым надежным, но и самым дорогим, средством устранения заболоченности является повышение поверхности территории путем насыпки грунта или гидронамыва, что дешевле. Например, микрорайон Русановка в Киеве построен в заболоченной заводи Днепра, на которую предварительно была намыта многометровая толща песка из русла Днепра.

Подтопление земель

Подтопление — это такое повышение уровня грунтовых вод, при котором затрудняется нормальное использование территорий. К подтопляемым откосятся сельскохозяйственные земли с залега­нием грунтовых вод на глубинах меньше норм осушения (при­мерно меньше 1 м). В городах и поселках по санитарным усло­виям минимальная допустимая глубина залегания уровней грун­товых вод 3 м, в сельской местности — 2 м. Под зданиями и сооружениями уровень грунтовых вод должен находиться ниже подошвы фундаментов и подвалов на величину капиллярного поднятия, но не менее 0,5 м.

Подтопление земель в первую очередь наблюдается вблизи водохранилищ и озер вследствие фильтрации воды из них. Оно может быть также на пойменных как обвалованных, так и необвалованных землях в результате снижения дренирующей спо­собности рек (заиления и зарастания русел, строительства гид­ротехнических сооружений и др.).

Чтобы предотвратить подтопление земель, необходимо в про­цессе проектирования водохранилищ, прудов или каналов соста­вить прогноз повышения уровня грунтовых вод, определить пло­щади подтопления, наметить и своевременно осуществить защит­ные мероприятия.

Прогнозирование подъема грунтовых вод обеспечивается наличием то­пографического плана местности, геологического строения и гидрогеологических условий, водно-физические свойства грунтов, а также величины повышения уровней воды в реках и водохрани­лищах.

Прогнозирование режима грунтовых вод выполняют следую­щими методами: вероятностно-статистическим, балансовым, гид­родинамического анализа и аналогового моделирования.

Подъем уровней грунтовых вод на прилегающих землях обыч­но происходит медленно, максимальное его повышение может наблюдаться через несколько лет.

Для случая подпертой фильтрации со стороны водохранилища или канала приближенное решение дифференциального уравне­ния неустановившегося движения грунтовых вод получено С. Ф. Аверьяновым (рис. 3.5, а):

Рис. 3.5 — Схемы к расчету подъема уровней грунтовых вод:

а – при фильтрации воды из водохранилища или реки; б — при притоке воды со стороны водораздела

ΔH(_k,t) = ΔH₀[1 — Ф(λ)], (3.1)

где ΔH(_k,t) — прирост величины напора (в м) для сечения на расстоянии х от канала в момент времени t; — повышение напора в реке или канале, м; Φ(λ) — расчетная функция (интег­рал вероятности), определяемая по графику (рис. 3.6) в зависи­мости от величины:

(3.2)

где — средняя мощность потока грунтовых вод, м; t — время подпора, сут.

Для случая притока грунтовых вод со стороны водораздела и подпора от реки или водохранилища приближенное решение диф­ференциального уравнения получено Н. Н. Веригиным (рис. 3.5, б):

у²=h² (у -h ) (3.3)

где y — мощность водоносного горизонта в сечении на расстоя­нии х от реки в момент времени t, м; h — мощность водоносного горизонта в том же сечении до подпора, м; y₀— подпорный уро­вень воды в реке после создания водохранилища, м; h₀ — уро­вень воды в реке до создания водохранилища, м; Ф(λ) — та же расчетная функция, что и в формуле С. Ф. Аверьянова.

Прогнозирование подтопления земель по приведенным форму­лам выполняют в следующем порядке: 1) на прилегающих к во­дохранилищам или рекам территориях намечают расчетные ство­ры, по профилям которых и определяют величины подъема уров­ня грунтовых вод; 2) составляют карты гидроизогипс; 3) опреде­ляют площади и объекты подтопления, к которым относят участки с залеганием уровня грунтовых вод на глубине, меньшей допустимой.

Рис. 3.6 — График для определения Ф(λ)

В практике при более слож­ном геологическом строении и гидрогеологическом режиме прог­нозирование подъема уровня грунтовых вод наиболее часто выполняют с помощью аналого­вого моделирования, используя в первую очередь метод элект­рогидродинамической аналогии (ЭГДА).

На территории Украины много больших и малых рек. Часть речной долины, периодически затапливаемую полыми водами рек, называют поймой. На этой территории часто наблюдается переувлажнение территорий, что затрудняет ее использование, как в сельскохозяйственных, так в промышленных целях. Избыточное увлажнение наблюдается также в приморских, приозерных и других низменностях.

Для таких территорий применяются комплексные мелиорации следующих видов:

— регулирование рек-водоприёмников;

— обвалование пойм;

— механическую откачку воды с обвалованных территорий;

— осушение пойменных земель;

— орошение (увлажнение) пойменных земель;

— аккумуляцию стока на водосборе;

— создание водохранилищ для регулирования речного стока;

— борьба с засолением земель;

— засыпка мелких озер и других понижений местности, а также планировка территорий;

— намыв грунта для повышения поверхности низменностей;

— борьба с эрозией грунтов.

Рассмотрим некоторые из перечисленных мероприятий, прямо направленные на защиту территорий от затопления и подтопления.

Самотечное осушение подтапливаемых территорий при помощи дренажей.

В зависимости от площадей подтопления и характера исполь­зования территорий, топографических и геологических условий, а также условий движения грунтовых вод со стороны водохрани­лища и водораздела применяют следующие схемы дренажа для борьбы с подтоплением земель:

1. Систематического дренажа — применяют в случаях, когда подтапливаются большие по площади территории. По этой схеме дренаж проектируют по всей подтапливаемой территории с рас­четными параметрами.

2. Головного, или ловчего дренажа — используют при значи­тельном притоке грунтовых вод со стороны водораздела. В этом случае головную дрену устраивают на пути движения грунтовых вод к подтапливаемой территории, у верхней ее границы.

3. Берегового дренажа — применяют в случае значительного притока фильтрационных вод со стороны водохранилища или реки. Береговую дрену закладывают у нижней границы защищаемой тер­ритории вблизи береговой линии. Этот вид дренажа является основным и наиболее распространенным при борьбе с подтопле­нием земель.

4. Контурного, или кольцевого дренажа — используют для защиты отдельно стоящих небольших объектов. В этом случае дренаж проектируют вокруг защищаемого объекта.

На конкретных объектах дренаж можно проектировать по одной или нескольким схемам.

Дренаж для борьбы с подтоплением земель выполняют гори­зонтальным или вертикальным, открытым или закрытым.

Гори­зонтальные дрены применяют при неглубоком залегании водоупора, в однородных грунтах, а также в слоистых грунтах при уменьшении коэффициента фильтрации по глубине. Горизонталь­ные закрытые дрены устраивают из керамических, асбестоцементных или бетонных труб; их можно также выполнять в виде спе­циальных галерей из бетона или каменной кладки. Для усиления водоприемной способности дрен траншею над ними следует за­сыпать хорошо водопроницаемым грунтом.

Искусственное повышение их поверхности.

Защиту территорий от затопления и подтопления в ряде слу­чаев можно осуществлять путем искусственного повышения их поверхности, достигаемого намывом или насыпкой грунта.

Наиболее древний способ мелиорации и наращивания поверх­ности низменностей — кольматаж, который заключается в пе­риодических напусках на мелиорируемые территории речных вод, богатых наносами, и последующем отложении взвешенных на­носов. Для более равномерного и качественного отложения нано­сов низменности разделяют земляными валиками на бассейны (чеки) площадью в несколько гектаров, куда обычно самотеком подается мутная вода из реки (рис. 3.7).

Рис. 3.7 — Схема кольматажа: 1 — река; 2 — подводящий канал; -3 — сбросной канал; 4 — зем­ляные валы; 5 — водовыпуски в валах; 6 — горизонтали

Осаждение наносов вы­полняют периодическим или непрерывным кольматированием. При периодическом кольматировании вода в бассейнах стоит в течение 0,5…2 сут., после осаждения наносов ее сбрасывают через отвод­ной канал в реку. После этого бассейны вновь заполняют мутной водой из реки. Периодическое кольматирование позволяет регу­лировать состав отлагаемых наносов. Нижние слои грунта фор­мируют из более крупных наносов за счет быстрого сброса воды из чеков, а верхние — из более мелких илистых и глинистых ча­стиц за счет задержания речных вод на более продолжительное время. Такое напластование наносов обеспечивает лучшую дренированность территорий и повышает плодородие создаваемых почв. При непрерывном кольматировании подаваемая вода движется по чекам со скоростями, при которых осаждаются наносы, заданных фракций, а осветленная вода сбрасывается обратно в реку.

Способ естественной кольматации применим только на тер­риториях вблизи рек с большими расходами и значительным со­держанием взвешенных наносов в воде. В таких условиях за один год можно нарастить слой грунта от 1 до 10 см и более.

Процесс кольматации длится 5-10 лет и более. После окончания кольматации поверхность планируют под уклон при­мерно 0,0002…0,0005 в сторону реки.

В Грузии кольматаж широко применяли в 1930-1950гг. на Колхидской низменности с использованием вод реки Риони, несущей много наносов. Но равнинные реки СНГ со­держат небольшое количество наносов в паводковых водах, поэ­тому кольматирование наносами здесь нерационально.

Гидронамыв грунта.

Процесс кольматации можно ускорить средствами гидромеха­низации, применяя размыв грунта с помощью гидромониторов и подачу пульпы (разжиженного грунта) на чеки по лоткам или напорным трубопроводам. Однако из-за высокой стоимости ис­кусственный намыв грунта применяют редко. Его использова­ние оправданно в тех случаях, когда одновременно с кольматацией проводят дноуглубительные работы на реках, озерах или водохранилищах. Так, при углублении фарватера Днепра в Кие­ве размытую с помощью земснарядов песчаную пульпу использо­вали для намыва острова Русановка, на котором построен новый жилой массив.

При искусственном намыве грунта необходимо предусматри­вать дренажную сеть, обеспечивающую недопущение поднятия уровня грунтовых вод как в процессе намыва, так и при после­дующей эксплуатации территорий.

Кольматаж можно применять не только для поднятия по­верхности земли над уровнем грунтовых вод, но и для покрытия плодородным слоем территорий с бесплодными песчаными или галечниковыми грунтами.

На пониженных участках, примыкающих к жилым или про­мышленным территориям, в целях получения дополнительных площадей для их расширения в последние годы начали приме­нять механическую подсыпку привозным грунтом.

Регулирование водоприёмников.

Осуществляется следующими способами:

— увеличением поперечного сечения русел рек;

— расчистка русел от засоров (удаление растительности, удаление деревьев, заиления);

— спрямление русла реки-водоприемника;

— при помощи выправильных сооружений (струенаправляющие дамбы, прерывистые дамбы — траверсы, водостеснительные сооружения – буны, полузапруды);

— устранение искусственных подпоров воды и снижение уровня воды в водоемах и озерах (реконструкция искусственных сооружений; увеличение отверстий; ликвидация запруд).

Обвалование.

Обвалование — устройство дамб (валов) для защиты земель от затопления. Такие защитные территории с мелиоративной системой на ней называется польдерами (голландское poel –болото, лужа). Удаление воды с обвалованных территорий осуществляется как правило при помощи механического удаления – откачкой насосами.

Механическую откачку воды применяют в тех случаях, когда уровни воды в водоприемнике периодически или постоянно нахо­дятся выше уровней воды в осушительной сети.

Механический водоподъем используют в основном при осу­шении обвалованных территорий — приморских, приозерных и речных (пойменных) польдеров, а также польдеров, примыкаю­щих к водохранилищам. Так, на польдерных системах в поймах рек Ирпень, Трибеж, Тясмин, примыкающих к водохранилищам Днепровского каскада, построены крупные насосные станции про­изводительностью каждая 60…85 м³/с. На речных польдерах За­карпатской области откачка воды осуществляется шестью насос­ными станциями общей производительностью 32,3 м³/с.

В отдельных случаях, когда опасности затопления нет, но уровень воды в водоприемнике все-таки выше, чем в осушитель­ных каналах, применяют машинное осушение без устройства ог­радительных дамб. Такие системы устраивают при осушении тор­форазработок, строительных площадок, замкнутых и безуклонных территорий во избежание заглубления водоприемника.

Осушение пойменных земель с механической откачкой воды имеет ряд преимуществ по сравнению с самотечным осушением.

Во-первых, механический водоподъем дает возможность уп­равлять процессами стока с осушаемой территории, т. е. ускорять отвод воды во влажные периоды года и замедлять его в засуш­ливые. Этим самым можно осуществлять эффективное регули­рование водного режима почв на обвалованной территории.

Во-вторых, благодаря механическому водоподъему на поймах и низменностях можно понижать уровни грунтовых вод на сель­скохозяйственных угодьях в более короткие сроки, чем при само­течном осушении, и тем самым обеспечивать проведение весен­них полевых работ в более ранние сроки, а осенью – лучшую проходимость уборочных машин.

В-третьих, путем откачки можно понижать уровни грунтовых вод и в зимнее время, что способствует поддержанию в почве лучшего водно-воздушного режима почв и снижает объем весен­него стока.

К недостаткам механического осушения следует отнести боль­шие капиталовложения на устройство дамб и насосных станций (повышается стоимость систем примерно на 30%), а также высо­кие эксплуатационные расходы, включающие стоимость откачки воды.

Несмотря на эти недостатки, осушение пойменных земель с механическим водоподъемом является эффективным и перспек­тивным, так как позволяет осуществлять большую мобильность и гибкость в управлении водным режимом земель, не затрагивая проблем по регулированию крупных водоприемников и мелиора­ции земель в разрезе гидрографических бассейнов.

На польдерных осушительных системах в дополнение к обыч­ной осушительной сети проектируют: 1) защитные дамбы; 2) на­сосные станции; 3) водовыпуски в дамбах; 4) сборные или регу­лирующие бассейны (рис. 3.8 и 3.9).

Рис. 3.8 — Схема приморской польдерной системы:

1 — береговая линия; 2 — река; 3 — оградительная дамба; 4 — дренирующий канал у дамбы; 5 — насосная станция; 6 — нагорно-ловчий канал; 7 — осушительная сеть внутри польдера; 8 – граница периодического затопления; 9 — горизонтали

Рис. 3.9 — Схема польдерной осушительно-увлажнительной системы в пойме реки: 1 — река; 2 — оградительная дамба; 3 — выпускной шлюз в дам­бе; 4 — насосная станция; 5 — регулирующий бассейн (расширенная часть магистрального канала);

6 — открытые осушительно-увлажнительпые каналы; 7 — закрытый дренаж; 8 — шлюзы-регуляторы на каналах; 9 — нагорно-ловчий канал; 10 — водохра­нилище; 11 — граница поймы

Компоновка узла насосной станции приведена на рис. 3.10.

В периоды, когда горизонты воды в водоприемнике находятся выше, чем в осушительных каналах внутри польдера, отвод воды обеспечивается с помощью насосных станций. На речных польдерах насосные станции включаются периодически: в весеннее половодье и в периоды дождей. В осталь­ное время, когда уровни воды в водоприемнике находятся ниже горизонтов воды в осушительных каналах, вода из польдеров от­водится в основном самотеком через выпускные шлюзы в дамбах.

Рис. 3.10 — Компоновка уз­ла насосной станции:

1 — река-водоприемник; 2 — концевая часть магистрально­го канала; 3 — оградительная дамба; 4 — выпускной шлюз в дамбе; 5 — подводящий ка­нал к насосной станции; 5 — водоприемная камера; 7 — на­сосная станция; 8 — выпуск­ной колодец; 9 — отводящий канал

Самотечный сброс воды может осуществляться и через специаль­ные трубопроводы внутри насосных станций. Продолжительность чистой работы насосных станций на речных польдерах составляет 15…30% времени года. На приморских польдерах и польдерах в зонах водохранилищ насосные станции обычно работают по­стоянно.

Насосные станции и водовыпуски в дамбах могут служить также для подачи воды на польдер из водоприемника для увлаж­нения почв.

Чтобы снизить мощность насосных станций и повысить рав­номерность работы агрегатов, перед насосными станциями уст­раивают сборные или регулирующие бассейны. Накапливая в се­бе часть паводковых вод, которые будут откачаны после прохож­дения паводка, регулирующие бассейны дают возможность сни­жать расход насосных станций.

При откачке из польдеров бытовых вод сборные бассейны будут накапливать воду в периоды остановки насосов и тем са­мым уменьшать количество их включений.

В качестве сборных бассейнов используют: а) естественные понижения и водоемы, которые соединяют с магистральным ка­налом; б) регулирующую емкость каналов, получаемую за счет увеличения поперечного сечения нижнего участка магистрального (подводящего) канала.

Глубину регулирующих бассейнов устанавливают с таким рас­четом, чтобы уровень воды в нем во время паводка не превышал максимальный расчетный уровень воды в магистральном кана­ле. Дно бассейна проектируют примерно на 0,5 м ниже дна впа­дающих в него каналов для осаждения здесь наносов и обеспе­чения надежной работы осушительной сети.

На польдерных системах значительны эксплуатационные рас­ходы по перекачке воды насосными станциями, поэтому прини­мают все меры к снижению количества перекачиваемой воды и увеличению до максимума самотечного сброса воды. Для этого осушаемые территории со стороны прилегающих водосборов ог­раждают нагорными и ловчими каналами, которые самотеком от­водят воду за пределы польдеров (см. рис. 3.8).

Осушительная или осушительно-увлажнительная сеть, спосо­бы осушения и увлажнения на польдерных системах почти не отличаются от обычных осушительных систем. Однако для умень­шения высоты подъема воды насосами магистральные и другие каналы проектируют более мелкими (без излишнего заглубле­ния) и с минимальными уклонами.

Размеры осушительных каналов принимают такими, чтобы при пропуске летних паводковых расходов не допускалось подтопле­ние, т. е. расчетный горизонт в каналах поддерживался бы на 0,4…, 0,5 м ниже бровки. Кроме того, каналы проверяют на пропуск бытовых (меженных) расходов с целью недопущения под­поров, заиления и зарастания их.

На польдерных системах, как правило, проектируют стацио­нарные насосные станции. Передвижные насосные станции можно проектировать в виде исключения в случаях редкой и не ежегод­но наблюдающейся потребности в откачке воды.

Стационарные насосные станции размещают в самых пони­женных местах польдера в дамбах или вблизи них. Водозаборы могут быть совмещенного (со зданием насосной станции), раз­дельного или полураздельного типа.

В условиях больших и часто изменяющихся расходов и не­большой высоты подъема большинство насосных станций в насто­ящее время проектируют с осевыми вертикальными насосами ти­па. Здания проектируют камерного типа с сухими помещениями для насосов или с мокрой камерой. Подземную часть выполняют из монолитного железобетона, надземную — из кирпича или сборного железобетона (рис. 3.11).

Наряду с осевыми вертикальными насосами на польдерных системах Украины, Белоруссии и Прибалтийских государств на­чали применять погружные капсульные электронасосы типа ОПВ 2500-4,2; которые устанавливают непосредственно в каналах, без зданий насосных станций (рис. 3.12). Преимущество этих насосов заключается в простоте устройства и эксплуатации, в более низкой стоимости строительства.

Рис. 3.11 — Насосная станция полураздельного типа:

1 — концевая часть магистрального канала; 2 — сороудерживающая решетка; 3 — пазы для затворов и решеток; 4 — здание насосной станции; 5 — электродвигатель; 6 — осевой насос; 7 — напорный трубопровод; 8 — дамба; 9 — выпускной колодец; 10 — отводящий канал

Рис. 3.12 — Насосная станция с капсульными насосами: а — разрез по I-I;

б — план; 1 — устье магистрального канала; 2 — сороудерживающая решетка;

3 — капсульный электронасос; 4 — напорный трубопровод; 5 — земляная дамба;

6 — выпускная камера; 7 — отводящий канал

Центробежные насосы, имеющие большую высоту подъема, для осушительных насосных станций малопригодны, так как они работают с низким КПД.

Из-за большой неравномерности работы осушительных насос­ных станций на них устанавливают не один насос максимальной производительности, эксплуатация которого невыгодна при ма­лых расходах, а 2-4 меньшей производительности, кото­рые все вместе работают только при откачке паводковых вод. В течение же вегетационного периода может работать только один насос, а остальные будут проходить профилактический ремонт. Можно также насосную станцию отключить пол­ностью.

Насосные станции следует проектировать двухстороннего дей­ствия, что позволит не только удалять избыточные воды с поль­дера, но и подавать воду в каналы из водоприемника для увлаж­нения.

Многие насосные станции в настоящее время автоматизиро­ваны — включаются и выключаются при наивысших и наиниз­ших допускаемых горизонтах воды в подводящих каналах.

Реконструкция гидромелиоративных систем. Основные задачи

И необходимые мероприятия

Строительные работы следует организовывать исходя из технических решений проектов реконструкции и переоборудования мелиоративных систем.

В проекте выполнения работ по реконструкции мелиоративных систем следует предусматривать, кроме общепринятых правил проведения строительных работ, расчеты длительности реконструкции и занятости строительной организации на тот период, когда по условиям сельскохозяйственного использования мелиорируемых земель выполнение строительных работ на системе не предусматривается.

Длительность реконструкции оросительных систем определяется, в основном, двумя факторами:

— возможностью отведения земель под реконструкцию на протяжении вегетационного периода;

— комплексом намеченных строительно-монтажных работ, которые состоят из таких видов: работы на каналах и сооружениях, реконструкцию которых можно осуществить только в межвегетационный период, и работы на всех других каналах, сооружениях и элементах системы, реконструкцию которых можно осуществлять на протяжении всего года.

Рассчитывая длительность реконструкции, деление по годам капитальных вложений и объемы строительно-монтажных работ, площади мелиорируемых земель, которые подлежат реконструкции, определяя сроки введения в действие мощностей и основных фондов, необходимо учитывать такие условия:

— реконструкция систем площадью свыше 250 га должна выполняться на протяжении года (в вегетационный и межвегетационный периоды);

— мелиорируемые площади, на которых система реконструируется в межвегетационный период, не должны исключаться из сельскохозяйственного оборота; строительные работы на таких землях следует заканчивать к началу вегетации;

— земли, на которых система реконструируется на протяжении вегетационного периода, должны быть изъяты из сельскохозяйственного оборота на один год.

Смыв, размыв почв, образование оврагов вследствие неурегулированного поверхностного стока талой, дождевой и ливневой водой называется водной эрозией почв.

Ежегодный почвенный смыв с полей и пастбищ СНГ составляет около 1800 млн.т. В результате этого почвы теряют около 5,4 млн.т азота, 1,8 млн. т фосфора, 36 млн. т калия и много других питательных элементов. Такого количества питательных веществ вполне достаточно для получения 180 млн. т зерна. Эродированные почвы характеризуются пониженным содержанием гумуса и, как следствие, не благоприятными вводно-воздушными и тепловыми свойствами, повышенным коэффициентом поверхностного стока, пониженной жизнедеятельностью микроорганизмов.

По происхождениюразличают природную и ирригационную эрозию. Природная эрозия происходит под действием атмосферных осадков, а ирригационная возникает вследствие деятельности человека.

По характеру воздействия воды на почву различают капельную, поверхностную, линейную и подземную эрозию.

Капельная эрозия – это процесс разрушения почвы от ударного действия капель дождя или ливня. Для предупреждения капельной эрозии необходимо применять почвозащитные севообороты с многолетними травами.

Поверхностная эрозия – процесс смыва верхних слоев грунта нерегулированным поверхностным стоком, вследствие чего образуются смытые почвы с укороченным профилем. Вода со склонов стекает струями, которые и вызывают смыв поверхностного слоя почвы. После вспашки или обработки почвы культиватором струйные размывы заравниваются, поэтому эрозия протекает сначала незаметно. В последующие периоды снеготаяния и ливневых дождей смыв почвы возобновляется, в результате пахотный слой постепенно сносится и его мощность уменьшается.

В зависимости от величины смытого слоя выделяют слабо-, средне- и сильносмытые почвы, а иногда – и очень сильно смытые почвы.

Для предупреждения плоскостной эрозии проводят агро-, лесо- и гидромелиоративные мероприятия.

Линейная или глубинная эрозия – процесс разрушения грунта более значительными потоками воды, которые углубляются в породы, залегающие под пахотным слоем. Образовавшиеся промоины глубиной 40…50 см не могут быть снивелированы обычной вспашкой. Если промоину своевременно не засыпать, она, как правило, со временем перерастет в овраг.

Борьба с эрозией на этой стадии заключается в засыпке промоин грунтом, засеве трав.

Развитый овраг имеет вершину, устье, конус выноса, дно, русло, откосы и бровки.

Подземная эрозия происходит непосредственно под крутыми вертикальными откосами оврагов, в местах, где грунты содержат легкорастворимые соли (гипс, карбонаты). Грунтовые воды растворяют соли, образуя пустоты. Грунт оседает, образуя на поверхности блюдца. При дальнейшем развитии подземной эрозии происходят обвалы грунта, образование отвершков оврагов.

По темпу появления эрозию почв разделяют на нормальную и ускоренную. Нормальная эрозия – когда снос почвы не превышает темпа почвообразования, а ускоренная – когда снос почвы превышает темп почвообразовательного процесса, в результате чего снижается почвенное плодородие. Нередко нормальную эрозию называют естественной или геологической, а ускоренную — антропогенной.

Проявлению ускоренной эрозии способствуют следующие природные условия:

— большие запасы воды в снеге перед снеготаянием и интенсивное снеготаяние на склонах с южной и западной экспозициями;

— большое количество осадков, выпадающих за один дождь в периоды, когда почва не покрыта растительностью;

— наличие длинных склонов большой крутизны (5…10⁰ и более);

— наличие слабопроницаемых бесструктурных почв или легких песчаных почв, подстилаемых на небольшой глубине грунтами с низкой водопроницаемостью;

— наличие подстилающих пород со слабой сопротивляемостью размыву (лессы, пески и др.);

— разреженный растительный покров, не способный полностью защитить почву от эрозии.

Однако природные условия создают лишь предпосылки для возникновения ускоренной эрозии, но непосредственной причиной ее явления является неправильная производственная деятельность человека, в процессе которой он не учитывает природных закономерностей явлений.

Для защиты почвы от эрозии применяются следующие противоэрозионные мероприятия: организационно-хозяйственные, агромелиоративные, лесомелиоративные и гидромелиоративные.

Организационно-хозяйственные мероприятия предусматривают создание условий для предотвращения и прекращения эрозионных процессов, рационального использования земель и повышения плодородия почв. Мероприятия этой группы включают:

1. Правильный выбор направления ведения сельского хозяйства и севооборотов; рациональное размещение почвозащитных севооборотов, участков под полезащитные, водорегулирующие и овражно-балочные насаждения на землях, где имеется опасность появления эрозии.

2. Рациональное размещение и строительство дорожной сети (дороги следует прокладывать по стокорассеивающим элементам рельефа; кюветы – засевать многолетними травами).

3. Правильную планировку территории поселков и окружающих его земель.

4. Размещение полей длинной стороной вдоль горизонталей местности.

Агромелиоративные противоэрозийные мероприятия представляют собой приемы противоэрозионной технологии возделывания культур на склонах. К ним относятся:

1. Фитомелиоративные агрономические приемы, которые предусматривают выращивание многолетних трав и однолетних культур для защиты почв от эрозии, восстановления ее плодородия.

2. Приемы противоэрозионной обработки почв (контурная обработка, глубокая вспашка, щелевание, кротование и др.), направленные на задержание и накопление влаги в почве.

3. Специальные приемы задержания снега и регулирования снеготаяния (расстановка щитов, валкование снега, полосная укатка снега и др.).

4. Внесение увеличенных доз органических, минеральных и микроудобрений, известкование кислых смытых почв и гипсование засоленных смытых почв.

Лесомелиоративныепротивоэрозионные мероприятия характеризуются водорегулирующей и кольматирующей ролью лесной подстилки, ветроломным действием, способствующим более равномерному распределению земных осадков и снеготаянию, снижению величины испарения с поверхности почв.

По мелиоративному воздействию их разделяют на следующие виды:

1. Ветрозащитные лесные полосы, закладываемые на равнинных участках рельефа и на пологих склонах по границам полей севооборотов.

2. Противоэрозионные лесные, кустарниковые и лесокустарниковые полосы, закладываемые поперек склонов вдоль границ севооборотов.

3. Приовражные лесные полосы.

4. Лесонасаждения и кустарниковые насаждения по откосам и днищам оврагов.

5. Облесение сильно размытых, а также очень крутых склонов, непригодных для сельскохозяйственного использования.

6. Водозащитные лесные и кустарниковые насаждения вокруг водоемов и по берегам рек, а также вдоль оросительных и сбросных каналов.

Гидромелиоративные противоэрозионные мероприятия предусматривают использование гидротехнических сооружений, предназначенных для регулирования поверхностного стока и закрепления овражно-балочных систем, а также производство работ, связанных с мелиорацией разрушенных эрозией земель и освоением крутых склонов (засыпка промоин и оврагов, выполаживание (сглаживание) откосов оврагов, планировка склонов, террасирование и др.).

В зависимости от назначения гидротехнические сооружения делятся на водозадерживающие, водонаправляющие, водосбросные и донные. Они создаются соответственно на водосборной площади, в вершинах балок, оврагов и по дну гидрографической сети.

Водозадерживающие сооружения регулируют поверхностный сток путем его задерживания и постепенного отвода или использования для увлажнения почвы. К ним относятся валы-террасы и водозадерживающие валы-канавы.

Горизонтальные валы-террасы сооружают на обрабатываемых склонах, в садах, на участках залужения при уклонах до 6⁰ на хорошо водопроницаемых почвах, преимущественно в зонах недостаточного и умеренного увлажнения. Высоту вала принимают 0,3…0,6 м, заложение верхового откоса – 1:8…1:10, а низового – 1:4…1:6. Это позволяет сельскохозяйственным машинам легко преодолевать вал при обработке почвы и уборке урожая (рис. 3.13).

Рис. 3.13 — Горизонтальные валы-террасы: 1 — вал; 2 — прудок

Это позволяет сельскохозяйственным машинам легко преодолевать вал при обработке почвы и уборке урожая.

Валы-террасы стоят по горизонталям местности по возможности с минимальным количеством изгибов и параллельно один к другому. Расстояние между ними устанавливают в результате гидрологических расчетов и принимают кратным захвату основных сельскохозяйственных орудий.

Наклонные валы-террасы создают в условиях избыточного увлажнения и при наличии тяжелых маловодопроницаемых почв для уменьшения скорости стекания поверхностных вод на склонах до 8⁰. Они представляют собой валы с широким основанием (3…6 м), формируемые путем сдвигания земли с одной или двух сторон. Высоту вала и глубину прудка принимают от 0,3 до 0,6 м. Выемку делают широкой, с малым уклоном.

Такие валы-террасы устраивают под некоторым углом к горизонталям с небольшим продольным уклоном (0,001…0,005), чтобы сбросить часть воды.

Валы-террасы строят при помощи плугов общего назначения (ПН-4-35, ПН-3-40 и др.), оборотных плугов (ПОН-3-40 и др.), исключающих холостые проходы, прицепных рейдеров (Д-20А) и автогрейдеров (Д-598А, Д-710А) или бульдозера. Наиболее широкое распространение при формировании валов получил комбинированный способ, сочетающий работу пахотного и грейдерного агрегатов.

Водозадерживающие валы строят, чтобы приостановить рост оврагов. Сооружение состоит из тела вала, корытообразной выемки-канавы, шпор, перемычек, водовыпусков и водообходов (рис. 3.14).

Рис. 3.14 — Размещение водозадерживающего вала-канавы у вершины оврага:

1 — овраг; 2 — приовражная лесополоса; 3 — переливная шпора; 4 — водообход; 5 — прудок; 6 — перемычка; 7 — водовыпуск; 8 — водозадерживающий вал-канава; 9 — глухая шпора; 10 — кювет (канава); 11 — концевой водосброс

Тело вала удерживает воду, которая собирается перед ним в прудке после дождя или таяния снега. Чтобы вода из прудка не обтекала вал, на его концах устраивают земляные дамбы–шпоры. Шпоры располагают в плане относительно вала под углом не менее 110…130⁰ против склона, чтобы их не подмывала вода со стороны сухого откоса. При большой длине вала прудок делят поперечными валами, так называемыми перемычками, которые располагают перпендикулярно валу с расстояниями между ними 80…150 м.

Вода, которая задерживается в прудке, фильтруется через его дно и боковые поверхности. При значительной глубине прудка и слабой проницаемости грунта для опорожнения прудка устраивают водовыпуски. Если прудок не в состоянии принять всю воду, то во избежание перелива через гребень вала и его разрушения в конце шпоры устраивают водообход шириной 1,5…3 м, который закрепляют посевом трав, дерном, хворостом и другими материалами. Размещают валы-канавы на приовражном участке по горизонталям местности выше растущей вершины оврага и на водосборной площади.

Водонаправляющие сооружения (водоотводящие валы-канавы, распылители стоков, ливнеотводы) направляют поверхностный сток к водозадерживающим или водосбросным сооружениям или рассредоточивают водный поток на мелкие ручейки. Они также отводят сток от действующих вершин и отвершков оврагов и от склонов.

Водоотводящие валы-канавы применяют для перехвата и отвода поверхностного стока от оврагов с большим количеством отвершков (рис. 3.15), а также выполаживании их.

Рис. 3.15 — Водоотводящие валы-канавы: 1 – водосбросное сооружение;

2 – водоотводящий вал-канава

Поперечный профиль вала принимают трапециидальной или треугольной формы с выемкой треугольного сечения. Сухой откос вала принимают равным 1…1,5, мокрый и нижний откос канавы – 1,5…2,0, верхний откос – 2…5.

Ширина вала по гребню 2,5 м. Целесообразно создавать их проходимыми для механизмов по типу широких валов-ложбин с пологими откосами 1:5…1:8, небольшой глубины – 0,5…0,6 м при ширине по дну 1…1,5 м. Отметки гребня вала проектируют не менее чем на 0,2 м выше расчетного уровня воды при расходах до 1 м³ на секунду и не менее 0,4…0,5 м при расходах 1…10 м³/с. Чтобы канава не заиливалась, гребню вала и дну выемки придается уклон, близкий допустимому на размыв для данных почв (0,005…0,003).

Земляные работы при строительстве валов выполняют бульдозером, грейдером и катком без ручных доработок. Водоотводящие канавы глубиной 50…60 см устраивают при помощи плантажного плуга.

Распылители стока устраивают для рассредоточения концентрированного водного потока в естественных ложбинах, разъемных бороздах, у опушек лесополос, по полевым дорогам, имеющим уклон 0,009 (0,5⁰) и более.

Они представляют собой земляные валики, перегораживающие ложбину под углом 45⁰ к направлению оси водотока, выводящие сток на прилегающий склон (рис. 3.16). Высота валиков – 0,3…0,5 м. Сечение валов-распылителей делается треугольной или трапециидальной формы с заложением откосов 1:1,5. Размещают распылители по ложбинам через каждые 50…100 м.

Рис. 3.16 — Схема расположения распылителей стока по ложбине

Ливнеотводы представляют собой каналы, дно и откосы которых закреплены. Они служат для быстрого отвода воды.

Водосбросные сооружения (быстротоки, ступенчатые и консольные перепады) служат для сброса на дно оврага воды, поступающей через вершинный перепад, и для гашения избыточной энергии в непосредственной близости от сооружения.

Донные сооружения по дну оврагов применяют для прекращения дальнейшего размыва и увеличения ширины русла, уменьшения скорости потоков, предотвращения подмыва сопрягающих вершинных сооружений, задержания твердого стока.

Применяют следующие типы донных сооружений: запруды, донные перепады и пороги, плотины. Тип запруд (плетневые, фашинные, деревянные, земляные, каменные или бетонные и т.п.) определяют исходя из наличия местных строительных материалов, расхода воды и инженерно-геологических условий местности.

Склоновые овраги глубиной до 5…6 м и длиной до 300…400 м с площадью водосбора не более 5 га целесообразно частично или полностью засыпать грунтом с сохранением растительного слоя на поверхности.

Комплекс противоэрозионных мероприятий в бассейнах балок необходимо завершить постройкой прудов, которые прекращают размывы в балке, с использованием для орошения аккумулированного в них местного стока.

Основнымипредпосылками развития водной эрозии на орошаемых и осушаемых землях являются: превышение допустимых, из условия размыва, скоростей движения воды в бороздах и на полосах при поверхностном поливе на больших уклонах; плохая планировка поверхности поливных участков; несоответствие качества дождя вводно-физическим свойствам почвы (крупные капли дождя разрушают структурные агрегаты почвы, уменьшая ее водопроницаемость; при интенсивности дождя, превышающей впитывающую способность почвы, появляется слой невпитавшейся воды, который приводит к поверхностной эрозии); проектирование и строительство открытой оросительной и осушительной сетей по направлению больших уклонов; отсутствие водосборно-сбросной сети или неудовлетворительная ее эксплуатация; большие фильтрационные потери и технические утечки воды из оросительной сети; неудовлетворительная эксплуатация оросительных и осушительных систем.

К явлениям водной эрозии почв относятся и оползания больших масс грунта на естественных склонах или в искусственных откосах выемок и насыпей под действием выклинивающихся грунтов вод, а также образование селевых потоков в предгорных и горных районах.

Основными причинами образования оползней являются: наличие крутых и высоких склонов; слоистое строение грунтовой толщи с наклоном слоев в сторону склона; большая трещиноватость горных пород; насыщение грунтовых масс подземными водами. Активизацию оползней вызывает устройство выемок в нижней части оползневого откоса или насыпей в верхней части, распашка и полив земель на склонах, сброс ливневых, талых, сточных и других вод, расположение водопроводно-канализационной сети, уничтожение древесно-кустарниковой растительности на склонах, дополнительные нагрузки от тяжелых строительных машин и др.

Для предупреждения оползней проводят следующие мероприятия: уполаживают откосы и закрепляют их, сооружают подпорные стенки, устраивают дренажи на оползневых склонах.

В горных условиях на крутых длинных склонах в результате интенсивного разрушения горных пород, выпадения ливневых осадков (50…60 мм) происходит образование селевых потоков.

Сель — это движущийся по склону или руслу горного потока грязекаменный поток, который после прекращения движения медленно застывает. Имея большую энергию на сравнительно узкой полосе своего движения, он обладает большой разрушительной силой.

Для предупреждения образования селей ведут лесонасаждения на склонах, посев трав, террасирование, создание террас-канав, регулирующих и задерживающих сток на склонах.

Для борьбы с уже сформировавшимся селевым потоком строят плотины, запруды, ливнеотводящие каналы, наносоуловители, а также разжижают селевый поток подачей в него воды из специально построенных водохранилищ, в результате чего он распадается на отдельные составляющие и резко теряет свою разрушительную силу.

Природоохранные мероприятия в зонах осушительных

И оросительных мелиораций

Мелиоративные системы относятся к сооружениям, которые в результате длительной эксплуатации вызывают определенные изменения в гидрологической обстановке, растительности, характере почв и микроклимате приземного слоя воздуха на мелиорированных массивах и прилегающих к ним территориях.

Наряду с высокой эффективностью сельскохозяйственных гидротехнических мелиораций, приводящих к повышению урожайности сельскохозяйственных культур, имеются случаи и малой их результативности, а иногда они вызывают и отрицательные последствия.

При неправильном орошении могут наблюдаться затопление и заболачивание земель, подъем минерализованных грунтовых вод выше допустимого уровня, засоление, осолонцевание, водная эрозия почв, оползни и абразия берегов водохранилищ, загрязнение водотоков из дренажной сети и др.

Избыточное увлажнение и заболоченные территории с присущей им растительностью и животным миром после осушения также существенно изменяются.

При неправильном осушении наблюдается понижение уровня грунтовых вод до недопустимых пределов, что вызывает переосушку земель. Имеют место ветровая эрозия, изменение количественного состава вод, быстрая минерализация торфа, повторное заболачивание и др. Изменяется растительный покров и животный мир. Все это связано не только с организационно-техническими причинами, но и с масштабностью мероприятий, а также с нарушением природного равновесия в биосфере.

Чтобы избежать серьезных нарушений в природе, важно комплексно решать проблемы мелиораций, увязывая в единой системе сооружения, несущие технологическую и природоохранную нагрузку.

При разработке и реализации проектов мелиоративных систем необходимо учитывать возможные влияния на окружающую среду и предусматривать мероприятия, базирующиеся на глубоких научных исследованиях. Проект мелиоративной системы должен быть синтезом трех взаимоувязанных частей: мелиоративно-хозяйственной, включающей вопросы конструктивных решений, строительства управления и эксплуатации; природоохранной, обосновывающей мероприятия по охране окружающей среды, а также связь технической и природной систем региона; экономической, освещающей вопросы эффективного использования мелиорированных территорий. Являясь комплексной моделью реальной системы, проект должен рассматривать ее работоспособность и оценивать все возможные последствия строительства как в настоящем, так и в будущем.

При разработке природоохранных мероприятийучитываются следующие объекты природы: земля (почва), недра, воды (поверхностные и подземные), леса и зеленые насаждения (флора), животный мир (фауна), воздушная среда, ландшафт, редкие и достопримечательные природные объекты и комплексы.

В целях исключения отрицательного воздействия орошаемых территорий на окружающую среду необходимо применять специальные мероприятия. При реализации проектов оросительных систем приходится выполнять большие объемы строительно-монтажных работ. Главными факторами, которые в процессе строительства могут повлиять на природоохранную надежность всей системы, являются качество изготовления материалов и изделий, а также строгое соблюдение технологии производства строительных и монтажных работ.

Главными условиями в достижении положительных результатов в охране окружающей среды при мелиоративном строительстве является высокое качество проектных и строительных работ, а также высокий уровень земледелия и эксплуатации оросительных систем.

Повышение природоохранной надежности оросительных систем обеспечивается за счет сохранения, в первую очередь, плодородного слоя почвы, рекультивации резервов, охраны источников орошения от загрязнения, рационального использования водных ресурсов, устройства лесозащитных полос. Необходимо строго придерживаться плавного водопользования, оперативно корректировать режим орошения сельскохозяйственных культур. На засоленных и солонцеватых почвах нельзя применять поливы дождеванием. Для понижения уровня грунтовых вод, приостановления процессов вторичного засоления и осолонцевания необходимо строительство и правильная эксплуатация дренажных систем. Для уменьшения потерь воды из каналов на фильтрацию и испарение необходим переход на закрытую оросительную сеть, что повысит и коэффициент земельного использования орошаемой территории.

Основной мерой по предохранению от загрязнения водных ресурсов и защите растительного и животного мира является, кроме очистки, правильное размещение аграрно-промышленных комплексов и населенных пунктов. Не следует проектировать их размещение по берегам рек, озер, водохранилищ и каналов, т.к. они являются основными загрязнителями вод и окружающей среды.

Для более рационального использования водных ресурсов необходимо повторно использовать дренажные воды для целей орошения. Рациональность этого приема следует определять в каждом конкретном случае.

В целях исключения отрицательных влияний осушительных мелиораций на окружающую среду необходимо применять комплекс мероприятий, которые можно подразделить на пять групп: почвозащитные, водозащитные, лесозащитные, противоэрозионные и сохранение фауны.

Почвозащитные мероприятия на торфяных почвах предусматривают сохранение органического вещества, что достигается правильным соотношением и чередованием культур в севооборотах. В полевых и кормовых севооборотах необходимо использовать многолетние травы, которыми должно быть занято не менее 50% площади. Осушаемые мелкозалежные торфяники мощностью до 1 м и торфяно-болотные почвы целесообразно использовать для многоукосных трав. Песчаные рыхлые почвы должны использоваться по залесению. Торфоразработки и другие карьеры необходимо рекультивировать для дальнейшего использования в сельскохозяйственном производстве и рыборазведении.

Задача водозащитных мероприятий – защитить водные ресурсы от загрязнения и рационально их использовать. Вдоль водоприемников, магистральных и других крупных осушительных каналов предусматривается водоохранные лесополосы. Во всех проектах осушительных систем должен быть разработан прогноз изменения водного режима осушаемой и прилегающей к ней территории. Следует проектировать водооборот на осушительно-увлажнительных системах.

Лесозащитные мероприятия заключаются во всемерном сохранении лесной растительности. Сведение леса с мелиорируемой территории производится только по разрешению исполкомов Советов народных депутатов. Нельзя уничтожать отдельные деревья или группы их, имеющие историческую, художественную или эстетическую ценность.

К противоэрозионным мероприятиям относятся: создание полезащитных лесополос на осушаемых землях, по берегам рек, магистральных каналов и дамб обвалования; крепление откосов каналов; планировка осушаемых земель, прикатывание торфяников; двустороннее регулирование водного режима.

В целях сохранения фауны не следует уничтожать древесно-кустарниковую растительность химическим способом. Массивы с бобровыми поселениями, перенести которые невозможно, осушению не подлежат. На насосных станциях и сооружениях магистральных каналов следует устанавливать рыбозащитные сооружения. Все мелиоративные работы, проводимые на водоемах, следует согласовывать с органами рыбного хозяйства, а в местах обитания водоплавающих птиц, пушных зверей — с органами охотничьего хозяйства.

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение……………………………………………………………………….…….3