Вопросы регулирования режима грунтовых вод на орошаемых землях

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Вопросы регулирования режима грунтовых вод на орошаемых землях

27.07.2020

Проблема регулирования режима грунтовых вод на орошаемых землях тесно связана с рациональным использованием водных ресурсов. Поэтому регулирование режима грунтовых вод требует не только планирования и проведения мероприятий по усилению оттока с помощью дренажа, но и предельно допустимого сокращения ирригационного питания, т. е. борьбы с непроизводительными потерями воды во всех звеньях оросительных систем, а также на полях во время поливов. При поливах подача воды не должна превышать фактической потребности сельскохозяйственных культур и требований по обеспечению благоприятного солевого режима почв.

С этой целью в различных странах мира большое внимание уделяется поискам показателен, указывающих на необходимость проведения полива, а также определяющих величины оросительных норм.

В США имеется опыт определения сроков полива сельскохозяйственных культур с использованием дистанционного метода контроля за состоянием влагообеспеченности по инфракрасному излучению с поверхности листьев растений. Этот метод применяется фирмой «Крои протекшей» в штате Орегон, которая заключает контракты на регулярную съемку орошаемых посевов с самолета (высота 1800 м). На снимках цветом отражена степень влагообеспеченности посевов. Первую съемку проводят перед посевом, по ее результатам устанавливают влажность почвы н составляют схемы поливов на сезон. Регулярные еженедельные съемки начинают сразу после всходов и продолжают в зависимости от особенностей культуры до прекращения потребностей в воде. Специалисты считают, что дистанционный метод контроля за состоянием посевов на орошаемых землях в бассейне р. Колумбия способствовал значительному улучшению использования земель, выявляя критическое состояние растений из-за недостатка влаги на 7—10 дней раньше, чем визуальные наблюдения.

Лабораторией охраны водных ресурсов Министерства сельского хозяйства США (г. Феникс, штат Аризона) совместно с Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) разработан и испытан в полевых условиях способ определения потребности растений в поливах, основанный на измерении разницы температуры поверхности листьев и воздуха над культурой рано утром и в середине дня. Температура измеряется тепловыми инфракрасными сканирующими установками с земли или с любых летательных аппаратов. В будущем данный метод позволит создать полностью автоматизированную оросительную систему.

На Международной выставке «Мелиорация-79» фирма «Ирригация Италии» демонстрировала автоматизированное управление поливами с помощью электронной вычислительной машины (СИМ). Управление осуществляется в зависимости от дистанционно регистрируемых метеорологических условий, влажности и свойств почвы, состава сельскохозяйственных культур- их водопотребления и других данных, вводимых в компьютер.

На основе этих данных автоматически определяются и, при необходимости, корректируются сроки и нормы поливов; дождевальные установки получают соответствующую команду — происходит открытие пли закрытие клапанов, регулируется давление и т. д. В этом методе полностью учитывается взаимодействие элементов системы «почва — растение — приземный слой атмосферы». Одна установка, по данным фирмы, может обслужить до 20 тыс. га орошаемых земель (при однородных почвенно-климатических и гидрогеологических условиях).

Итальянский концерн «Монтэднсон» выпускает разные варианты установок «медленного дождя», среди которых имеются системы с электронным управлением и программированием. Выбор времени полива определяется серией регистраторов испарения почвой (электротензиометров), которые посылают импульсы на центральный шит, который автоматически управляет поливом. Комплексная система с ручным управлением обеспечивает возможность подключения устройства для смешивания воды с удобрениями или ядохимикатами и транспортировку их на ноля. Комплексная система с программированием является наиболее эффективной. Применение системы приводит к увеличению продукции на 30—45% по сравнению с обычными способами установления сроков полива.

Наряду с описанными сложными методами за рубежом разрабатываются п применяются упрощенные методы определения поливных режимов. Для этой цели предлагают использовать данные об испарении с водной поверхности. Сельскохозяйственной академией и Научно-исследовательским институтом агрометеорологии ГДР экспериментальным путем установлено, что показатель эвапотранспирации сплошного покрова растений с одинаковой высотой и влагообеспеченностью соответствует испарению влаги со свободной водной поверхности в единицу времени. На 20 метеорологических станциях ГДР, расположенных на равнине, определяли величины испарения с водной поверхности площадью 3 м2, которые затем использовали для определения норм и сроков полива. Определение норм поливов по величине испарения со свободной водной поверхности позволяло сократить оросительные нормы по сравнению с методом Клатта.

По данным С. Идзо, в Лаборатории охраны водных ресурсов США разработан метод расчета величины испарения с поверхности почвы по данным ежесуточных измерений солнечной радиации, максимальных и минимальных температур воздуха и поверхности почвы.

На основании пропорциональной зависимости энергии испарения LE от величины радиации RN, включающей солнечную радиацию SN и тепловое излучение LN, получена следующая зависимость:
Вопросы регулирования режима грунтовых вод на орошаемых землях

где LEs и LEt — составляющие суммарного испарения, соответственно, от солнечной радиации и теплового излучения; LN — разность между приходящей RА и отраженной радиацией Rs, определявшейся экспериментально в ночное время.

где о — постоянная Стефана Больцмана; Ta — средняя температура воздуха на высоте 1 м от поверхности Земли.

где Ts — средняя температура воздуха на поверхности почвы.

Испарение с хорошо увлажненной поверхности почвы выражается следующей зависимостью:

Среднесуточное испарение определяется из следующей зависимости:

Опыты показали совпадение величин испарения, рассчитанных по указанной методике и определенных в зависимости от изменения метеорологических факторов (скорости ветра, влажности воздуха и др.). Данный метод можно применять при расчетах норм орошения в производственных условиях.

Наряду с совершенствованием способов, техники и диагностики орошения и других мероприятий, сокращающих ирригационное питание грунтовых вод, за рубежом совершенствуются системы закрытого горизонтального, вертикального и комбинированного дренажа.

Закрытый дренаж широко применяется в практике борьбы с засолением орошаемых почв в США. При расчете дренажа стремятся обеспечить условия, при которых капиллярная кайма не достигла бы поверхности почвы. Исходя из этого требования, допустимая глубина уровня грунтовых вод для средних по механическому составу почв должна составлять 1,5—1,8 м, на почвах, подверженных засолению, — не менее 1,8 м. При определении глубины дрен и расстояний между ними стремятся к тому, чтобы уровни грунтовых вод на середине междрений были не выше 30—45 см, чем около дрен. Глубина дрен принимается не менее 1,9—2,3 м, практически на орошаемых землях она равна 2,2—3,5 м.

На орошаемых землях с глубиной заложения дрен 1,9—2,3 м принимают расстояние между дренами в песчаных грунтах 90—180 м, в глинах 30—90 м. Вообще, расстояния между дренами при систематическом их расположении определяют расчетным путем, а затем корректируют на основе опытно-производственных материалов.

Значительные трудности во всех странах возникают при дренировании тяжелых глинистых почв. Так, в долине Гранд-Валли, в бассейне р. Колорадо (США), в районе, сложенном иловатыми глинами мощностью 9 м, подстилаемыми гравелистыми отложениями, была построена система закрытых дрен средней глубиной 1,8 м. Почвы сильно засоленные, грунтовые воды — высокоминерализованные. Для мелиорации этих земель пришлось строить дренаж с расстояниями между дренами всего 12,2 м, тщательно спланировать поля и для повышения водопроницаемости почв обеспечить рыхление их на глубину 60 см. Затраты оказались весьма высокими.

Низкая водопроницаемость глинистых отложений затрудняет мелиорацию орошаемых почв и в Египте, где проводились исследования по изучению динамики грунтовых вод при различном расстоянии между дренами и при использовании разной техники осушения. При всех расстояниях уровень грунтовых вод был в основном горизонтальным, увеличение градиента наблюдалось вблизи участков обратной засыпки. При междренном расстоянии 20 м уровень грунтовых вод снижался меньше, чем при 10 м.

Проблеме управления водным режимом тяжелых набухающих почв, в частности их дренированию, был посвящен Международный симпозиум «Вода в тяжелых почвах». Он состоялся в 1976 г. в Братиславе.

Проблема мелиорации почв особенно осложняется при сочетании низкой водопроницаемости их с содовым характером засоления. Так, X. Морено, Л. Морено приводят результаты исследований, проведенных в Испании в зоне Арагоно-Каталонского капала. Земли с содовым засолением в зоне канала Ла Мелуса, в бассейне р. Эбро, с низким коэффициентом фильтрации потребовали строительства осушительной сети. Целью строительства являлось понижение засоления почв с помощью промывок и осушения, а также повышение коэффициента фильтрации почвы с помощью вспашки. Закрытая дренажная сеть выполнена из керамических труб с гравийной обсыпкой. Строительство системы обеспечило получение удовлетворительных урожаев культур на ранее непригодных для сельскохозяйственного использования землях.

Обязательным условием эффективной работы дренажа является поддержание проектных горизонтов воды в дренах. Например, развитие орошения на равнинах северо-восточной части Марокко вызвало значительное повышение уровня грунтовых вод. Работа открытой дренажной сети, построенной на равнине Триффа, оказалась малоэффективной, поэтому было решено применить дренаж с механическим водоподъемом, что дало нужный мелиоративный эффект. На равнине Гаре дренаж с механическим водоподъемом также явился эффективным средством предупреждения подъема уровня грунтовых вод, вызванного орошением.

Регулирование водно-солевого режима почв и грунтовых вод имеет большое значение и для повышения урожайности риса. Интересен опыт этих работ в Японии. Средняя по стране урожайность риса за последние 50 лет выросла более чем в 1,5 раза, максимальная средняя урожайность в отдельных префектурах достигла 70 ц/га, а рекордная — 100 ц/га. Это стало возможным благодаря развитию техники орошения и дренажа, позволившему улучшить обработку земли и продвинуть границу зоны рисосеяния на север. В настоящее время затопление полей большим слоем воды производят только на стадии прорастания и выхода риса в трубку. Для предотвращения гниения корней и полегания растений сразу после массового прорастания воду сбрасывают на 7—10 сут, а затем проводят периодические поливы с температурой воды 25—30°. Исследования показали, что такой режим орошения особенно эффективен на хорошо дренированных полях.

Для регулирования режима грунтовых вод на рисовых системах в Японии строится закрытый дренаж. При ручном строительстве дренажные трубы закладываются в траншеи шириной 50 см, при механизированном — 15—30 см. Глубина укладки дренажа 0,6—1 м. Материал — пластмассовые или керамические трубы, реже бамбук пли фашины. Дрены защищают фильтрующим материалом (солома, гравий). Расстояние между дренами в глинистых почвах составляет 10 м, в опесчаненных — 18 м и более. Уклон дрен колеблется от 0,01 до 0,0017. При коэффициенте фильтрации цочвы менее 0,01 м/сут наиболее экономичным методом улучшения работы дренажа является кротовый, нарезаемый на глубине 34— 45 см перпендикулярно к постоянным дренам. В том случае, когда не проводятся мероприятия для увеличения срока действия кротовин (путем использования рисовой соломы), кротование повторяют раз в два года. Дренаж увеличивает плодородие и позволяет после уборки риса использовать поле для выращивания другой культуры.

Приведенные данные об эффективности закрытого дренажа на рисовых полях опровергают мнение отдельных специалистов о возможности рисосеяния без применения дренажа. Значение дренажа рисовых земель особенно возрастает в районах, подверженных засолению, а также при использовании для полива минерализованных вод.

Кроме горизонтального дренажа, для борьбы с засолением орошаемых почв за рубежом прибегают к строительству комбинированного дренажа (горизонтальные дрены со скважинами-усилителями) и вертикального дренажа, а также к сооружению фонтанирующих скважин для снижения пьезометрического уровня напорных вод, подпитывающих грунтовые, при соответствующих гидрогеологических условиях — к строительству поглощающих скважин.

Характеризуя опыт применения вертикального дренажа в США, Б.С. Маслов и Е.А. Нестеров отмечают, что этот тип дренажа применяют в случаях, когда горизонтальный дренаж не эффективен. Вертикальный дренаж строят в межгорных впадинах и на аллювиальных террасах, когда покровные тонкообломочные отложения имеют мощность более 10 м и подстилаются высоко водопроницаемыми песками или галечниками. Глубина скважин преимущественно 40—50 м, диаметры от 0,3 до 1 м, расстояния между ними 500—1800 м.

Одним, из важных аргументов в пользу применения вертикального дренажа считается пригодность дренажных вод для орошения, что уменьшает затраты на эксплуатацию скважин. На опыте исследований в долине Сан-Хоакин (штат Калифорния) авторы подчеркивают необходимость детальных гидрогеологических исследований при решении вопроса о целесообразности применения вертикального дренажа.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: