Водні меліорації та водні ресурси. Значення водних меліорацій. Природні умови та особливості реалізації водних меліорацій

1.1. Водні меліорації та водні ресурси. Водні об’єкти. Значення водних меліорацій.

Водні меліорації (гідромеліорації) – радикальні шляхи боротьби з посушливістю та надлишком вологи, які залежать від природних особливостей певних територій і здебільшого реалізуються завдяки зрошенню або осушенню земель.

Водні ресурси – природні запаси вод певних водних об’єктів, - поверхневих та підземних, які використовуються або потенційно можуть бути використаними для потреб населення і різних галузей господарства.

До числа поверхневих водних об’єктів відносять як природні об’єкти, так і штучні. До перших належать річки, ручаї, струмки, водоспади, озера, болота, води морів і океанів, льодовики, джерела (ключі). Штучні водні об’єкти представлені водосховищами, ставками, каналами, водоводами, водонакопичувачами, хвостосховищами.

В поняття «підземні водні об’єкти» входять підземні води, що заповнюють пори та пустоти гірських порід. За гідравлічними особливостями їх поділяють на грунтові (підгрунтові), напірні та верховодку. До грунтових вод належать безнапірні води першого від поверхні постійного водоносного горизонту, що залягають на першому водотривкому шарі гірських порід. Поняття «напірні води» означає «підземні води, які перебувають під гідростатичним тиском». Верховодкою називають такий тип безнапірних підземних вод, які тимчасово накопичуються у породах зони аерації на обмежених за площею лінзах або прошарках водонепроникних порід. До числа підземних водних об’єктів можуть бути віднесені і підводні джерела, підземні озера та підземі річки.

Водні меліорації мають економічне, соціальне та природоохоронне значення. Вони є особливо важливими у сільському господарстві, забезпеченні функціонування населених пунктів та певних промислових підприємств. Різновиди водних меліорацій, що застосовуються у сільському господарстві: на зрошенні – регулярне, лиманне, вегетаційне, вологозарядкове, очисне, промивне; при обводнені – пасовищне, господарсько-побутове; при осушенні - осушення боліт, осушення заболочених земель, польдерне осушення.

1.2. Природні умови та особливості реалізації водних меліорацій

Об’єктом водних меліорацій, як відомо, є певні геокомплекси різних географічних поясів. Ступінь зволоження в них може суттєво відрізнятись (згадаємо помірний пояс, в якому приблизно на одних і тих же широтах в Євразії знаходяться Полісся та північна частина пустелі Гобі), що відповідно вимагає осушення або зрошення. Для об’єктивної оцінки зволоження геоомплексів застосовано ряд показників. Загалом же єдиної методики оцінки території для цілей гідромеліорації немає, однак існуючі методики є між собою близькими.

У 1955 р. Г.Т. Селянінов ввів поняття «гідротермічний коефіцієнт» (ГТК), який являє собою відношення суми опадів до суми середньодобових температур повітря понад 10ºС зі зменшенням у 10 разів. За наявності ГТК 1,0-1,5 територія потребує усунення надлишку вологи і відповідно штучного її відведення, тобто дренажу. За умови ГТК на рівні 0,8-1,0 геокомплекси не потребують водних меліорацій, збереження вологи при цьому дійснюється завдяки проведенню певних агротехнічних прийомів.

В разі, якщо ГТК становить 0,5-0,8 особливої необхідності у проведенні меліорацій зрошувального характеру не існує, але землеробство за таких умов («сухе», «богарне») потребує особливих агротехнічних прийомів. За наявності ГТК на рівні менше 0,5 землеробство може існувати лише завдяки зрошенню.

Удосконалюючи ступінь оцінки зволоження геокомплексів, оброблюваних земель, М.М. Іванов (1956) застосував дещо інакший підхід. Його коефіцієнт зволоження являє собою відношення річної кількості атмосферних опадів до випаровуваності, яка визначається залежно від температури та дефіциту насичення повітря, згідно наступної формули:

РЕ_______

А= Е=0,018 (25+t)²·d, де Р - річна кількість атмосферних опадів; Е – випаровуваність; d – дефіцит насичення повітря,%.

Для території колишнього Радянського Союзу С.Л. Міркін (1960) запропонував «показник природної вологозабезпеченості окремих груп культур», який визначається залежно від значення весняного запасу грунтової вологи (продуктивної вологи) на глибині 0,5-1.5 м.

2. Зрошення. Поняття про зрошувальні системи. Види (різновиди), методи та технічні засоби зрошення.

Синхронно-імпульсне дощування. Синхронно-імпульсне дощування слід застосовувати для поливу багаторічних на саджень, кормових та інших культур при уклонах поверхні від 0,05 до 0,30 і розчленованому рельєфі; на малопотужних грунтах - без утворення поверхневого стоку; на незасолених грунтах будь-якої водопроникності, у тому числі на малопотужних. Зрошувальна мережа систем імпульсного дощування повинна, як правило, вико нуватися стаціонарно з підземним укладанням трубопроводів. Системи імпульсного дощування слід проектувати з модульних ділянок площею 10 га з розподілом ділянок зрошення на окремі зони (яруси) з перепадами висот (відміток місцевості) між ними не більше як 25 м. У випадку, коли перепад висот на зрошуваній ділянці перевищує 25 м, слід установ лювати підсилювачі командних сигналів на кожному ярусі. У випадку використання системи імпульсного дощування на діючій закритій напірній зрошувальній мережі необхідно застосовувати генератори командних сигналів з дощувачами. Трубопроводи зрошувальної мережі систем синхронно-імпульсного дощування розміщуються таким чином, щоб подача води по трубопроводах за допомогою генератора командних сигналів здійснювалась, як правило, по горизонталі або знизу вверх по рельєфу. Допускається подача води зверху вниз по рельєфу не більше ніж на 10 м.

Системи внутрішньогрунтового зрошення. Системи внутрішньогрунтового зрошення дають змогу зволожувати кореневмісний шар грунту капілярним шляхом з підземних зволожувачів, його застосовують, як правило, в степових зонах при гострому дефіциті води для поливу високорентабельних сільськогосподарських культур, а також поблизу населених пунктів і тваринницьких комплексів при використанні для зрошення підготовлених міських стічних вод і тваринницьких стоків. Підготовка міських стічних вод і стоків тваринницьких комплексів повинна відповідати вимогам існуючих стандартів. Системи внутрішньогрунтового зрошення застосовуються з дотриманням таких вимог:

а) рельєф ділянки повинен мати уклон не більше 0,01;

б) грунти повинні бути незасолені, легкого, середнього і важкого механічного складу зі швидкістю капілярного підняття не менше як 0,5 мм/хв;

в) перфорація зволожувачів повинна забезпечувати необхідну витрату води на оди ницю довжини зволожувача при розрахунковому напорі. Діаметр отворів слід приймати від 1 до 2 мм; крок - від 50 до 100 мм; при щілинній поздовжній перфорації ширина щілини по винна бути від 1 до 2 мм, довжина - від 35 до 40 мм, крок - від 200 до 400 мм.

3. Дренаж на зрошуваних землях. Рисові системи, зрошення стічними водами та лиманне зрошення.

Дренаж на зрошуваних землях має за мету забезпечувати відведення надлишку солей з кореневмісного шару грунтів, а також підтримувати рівень підземних вод, що виключає можливість вторинного засолення і заболочення грунтів.

Умови скидання дренажних вод у водні об'єкти визначаються державними органами охорони навколишнього середовища відповідно до певних вимог, в Україні - Водного кодексу України.

Необхідність улаштування дренажу установлюється на основі аналізу водно-сольового режиму грунтів об'єкта меліорації і прилеглої території в існуючих та проектних умовах з урахуванням біологічних особливостей сільськогосподарських культур та вимог охорони навколишнього середовища. При складанні прогнозів водно-сольового режиму використовуються аналітичні методи розрахунку, аналогове та математичне моделювання, а також дані служби експлуатації про водно-сольовий режим зрошуваних земель. Вміст рухомих солей у кореневмісному шарі засолених грунтів не повинен перевищувати певних гранично допустимих значень.
Прогноз режиму грунтових вод установлюється на основі гідрогеологічних вишукувань та досліджень на стадії розробки проекту зрошувальної системи.

На основі виконаних гідрогеологічних прогнозів установлюються:

рівні залягання грунтових вод при різних способах поливу сільськогосподарських культур;

строки підйому рівня грунтових вод до критичних глибин, допустима (критична) глибина залягання грунтових вод;

можливий ступінь мінералізації грунтових вод;

терміни будівництва дренажу.

Сільськогосподарське освоєння зрошувальних земель передбачається тільки після будівництва постійного дренажу, якщо за прогнозом водно-сольового режиму потреба в дренажі виникає у період до 10 років від початку їх освоєння. При строках підйому грунтових вод понад 10 років сільськогосподарське освоєння земель повинно випереджати будівництво дренажу. При проектуванні дренажу прийнято передбачати використання дренажних вод на зрошення, промивання та інші потреби.

Якість дренажних вод, які використовуються для зрошення сільськогосподарських культур, повинна відповідати певним стандартам. Залежно від природних умов території, на якій планується будівництво дренажу, передбачаються такі типи дренажу:

систематичний - дрени або свердловини вертикального дренажу розміщені рівномірно на зрошуваних землях;

вибірковий - дрени або свердловини приурочені до окремих ділянок зрошуваних земель з незадовільним меліоративним станом;

лінійний - дрени або свердловини розміщені по фронту живлення підземних грунтових вод.

Тип дренажу на зрошуваних землях (горизонтальний, вертикальний або комбінований) обирається, виходячи з природних та господарських умов на основі техніко-економічного порівняння варіантів. Основним типом дренажу є горизонтальний. Вертикальний дренаж застосовується при дренуванні грунтів провідністю понад 100 м²/дoбy та у випадку, коли слабопроникні грунти підстилаються пластами з напірними водами. Комбінований дренаж передбачається, як правило, при двошаровій або багатошаровій будові водоносного пласта, коли верхній слабопроникний шар потужністю до 15 м підстилається водонапірним пластом, потужність якого не перевищує 15 м.

При проектуванні дренажу на засолених землях або тих, що можуть засолюватись передбачаний промивний режим зрошення. Інтенсивність живлення підземних вод визначається на основі прогнозу водно-сольового режиму грунтів території, що меліорується, і використання досвіду експлуатації діючих дренажних систем на об'єктах-аналогах.

Системи лиманного зрошення. Такі системи проектуються в районах нестійкого зволоження, коли використання місцевого поверхневого стоку для регулярного зрошення за природними умовами є технічно неможливим або економічно недоцільним. Лиманне зрошення передбачається в малонаселених районах при використанні степових ділянок, річкових долин, заплав річок, закритих улоговин, схилів під природні сіножаті, кормові (багаторічні та однорічні трави, кукурудза і соняшник на силос, кормовий буряк), зернові та зернобобові культури з уклонами місцевості до 0,005, з добре обдернованою поверхнею на незасолених і малозаселених грунтах.