Поиск

Типы орошаемых территорий
19.11.2015

Вновь построенные оросительные системы не всегда дают желаемый экономический эффект и высокие урожаи сельскохозяйственных культур, вызывая отрицательные последствия в почвах или в подземных водах (эрозия, засоление, усиление щелочности, потеря структуры, заболачивание). Чаще всего это объясняется тем, что проектирование, строительство и использование оросительных систем производится без изучения и без понимания сложных особенностей природной среды.

Климат, испарение и орошение

Длина вегетационного периода варьирует в аридных областях планеты от 3-4 месяцев до полного года. Число возможных последовательных урожаев поливных сельскохозяйственных культур колеблется от одного до трех-четырех в год, а число укосов трав - от двух до шести-восьми. Потенциальное испарение влаги может составлять 500-600 мм/год и достигать 2000-3000 мм/год, изменяясь по географическим широтам и по различным годам. Столь же сильно колеблются и атмосферные осадки как в пространстве, так и по годам. Есть аридные области со стабильным безводным режимом абсолютных пустынь. Есть аридные области с неустойчивым увлажнением, с периодической сухостью и неопределенной степенью и временем ее протекания. Отсюда возникает необходимость очень тщательного учета гидротермических условий местности с точки зрения выбора будущих поливных культур, их набора и ротации и особенно действительной потребности полей и растений в количестве воды, времени поливов и сочетаний поливов с атмосферными осадками.
Дефицит естественного увлажнения почвы для получения планируемого урожая вызывается недостатком атмосферной (а затем и почвенной) влаги, который может быть восполнен только добавочным или основным увлажнением. Дефицит увлажнения отвечает той норме воды, которая должна быть дана при орошении для получения заданного урожая. Естественно, что необходимое для производства планируемого урожая количество влаги в почве является функцией потребностей растений (Е = Y * Kb) и метеорологических условий года (Е = 0,65 * ξd), где E - водопотребление, Y - урожай (т/га), Кb - коэффициент водопотребления (м3/т); ξd- сумма среднесуточных значений дефицита влажности воздуха за вегетационный период (мм).
В среднем установлено, что относительная влажность незасоленных почв в вегетационный сезон не должна опускаться в межполивные периоды ниже 80-70% от полевой влагоемкости. Полив незаселенных почв, имеющих глубокие грунтовые воды, должен производиться только по дефициту до полевой влагоемкости.
Если грунтовые воды глубоки, а почвы не засолены и не нуждаются в промывании солей, то оросительная (или поливная) норма (M) не должна быть больше, чем разность между водопотреблением и суммой влаги почвы и осадков. Если грунтовые воды близки (1-2 м) и не засалены (0,5-1 г/л), то M должна быть уменьшена на величину субирригации, т.е. грунтового питания. Если же почвы засолены и подвержены сезонному засолению (осенний запас солей > весеннего), то M должна быть увеличена на 10-30% в зависимости от степени засоленности почв и грунтовых вод (см. ниже).
В границах России величина максимально возможного испарения (Zm) растет на 27 мм при движении к югу на каждый градус широты (φ) и выражается формулой: Zm = 2176-26,8 φ мм/год (рис. 33). Из этого следует, что с приближением к экватору максимально возможное испарение стремится к величине 2176 мм/год. Нам, однако, известно, что в пустынях Африки и Южной Америки максимально возможное испарение достигает 3-4 тыс. мм.
Типы орошаемых территорий

В зависимости от особенностей климата приходится проектировать оросительные системы: а) обеспечивающие потребности растений только путем поливов (в арвдных пустынях) или б) обеспечивающие подачу оросительной воды дополнительно к атмосферному увлажнению (запасные влагозарядочные осенние поливы или поливы в те или иные засушливые сезоны года) для поддержания оптимальной влажности.
Соответственно и потребности в оросительной воде, доставляемой на поля для растений,колеблются от 30-100 до 500-1500 мм/год.
В отдельные годы при достаточном количестве атмосферных осадков в степях или саваннах орошения не требуется вовсе.
Пересушка и переполивы почв будут одинаково вредны и для урожаев и для почв. Лишь культура риса требует постоянного затопления почв. Ho и этот вопрос сейчас изучается и уточняется. Весьма высокие урожаи риса получаются при учащенных периодических поливах, поддерживающих влажность почв перед очередными поливами на уровне не ниже 80-85%. Почвы и грунты под покровом риса очень пересыщаются влагой. Поэтому возделывание в том же году второй культуры после уборки риса (ячмень, кукуруза и др.) может дать хороший урожай и без полива.
Значение засоленности почв и грунтовых вод

В аридных областях вследствие сухости климата почвы и грунтовые воды характеризуются часто большей или меньшей природной засоленностью. Эти вопросы подробно изучены и рассмотрены в исследованиях советских, американских, индийских и египетских ученых (Международное руководство ФАО/ЮНЕСКО по орошению и дренажу в 1967 и 1973 гг.). Токсические соли (хлориды, сульфаты, карбонаты) могут быть сосредоточены в верхнем (пахотном) горизонте почв или на какой-то глубине (40-100 см или 1-3 м). Обычно при этом подпочвенные грунты и грунтовые воды также засолены и являются главным резервом и источником солей. Концентрация солей в почвах будет токсической, если их содержание достигает 0,5-1,0%. Нередко содержание солей составляет 5-12%. В этих случаях и грунтовые воды содержат соли в количествах, близких к морской воде (15-40 г/л) и более высоких. Проектирование оросительных систем в таких условиях ни в коей мере не должно ограничиваться расчетом нормальных поливных норм и режимов, пригодных для незасоленных почв. Проектирование должно сопровождаться разработкой рассолительных мелиораций: промывок солей из почвы до начала освоения, строительства глубокого (2-3 м) горизонтального или вертикального дренажа для снижения уровня и для отвода соленых грунтовых и промывных вод.
Для промывок применяют затопление почв (часто с культурой риса) большими количествами воды (1000-3000 мм), повторяя эту операцию иногда на втором или на третьем году освоения. Поскольку такие почвы обладают склонностью к восстановлению засоленности, вегетационные поливы приходится проектировать увеличенными нормами, превышающими полевую влагоемкость почв для оттеснения солей почвы и грунтовой воды в нисходящем направлении и в дрены для отвода из полей. Необходимость в промывках и дренаже отпадает, если почвы новых оросительных систем не засолены до глубины 60-100 см и если грунтовые воды залегают на глубине 15-20 м и более. В этих случаях поливы должны проектироваться только по дефициту до полевой влагоемкости, а оросительные каналы, подающие воду, должны быть покрыты асфальтом, цементом или заключены в трубы.
Оба эти мероприятия позволят предупредить потери воды на фильтрацию и повышение уровня грунтовых вод, что вызывает засоление и заболачивание почв.
Как вытекает из рассмотренного, проектирование новых оросительных систем должно опираться на очень подробные исследования а также на карты климатических условий, почвенного покрова, грунтовых и оросительных вод.
Геоморфологические условия и орошение

Рельеф и геоморфология местности имеют громадное значение в проектировании сети оросительных и дренажных каналов, привязывании к каналам подкомандных территорий, в распределении поливных борозд при гравитационном орошении и распределении самой поливной воды при всех видах полива, включая дождевание.
Самозаиление каналов или их размывание, размывание поливных борозд, неравномерность увлажнения поля, плоскостной смыв почв -все это следствие недоучета рельефа местности. Ho значение рельефа и геоморфологии местности значительной глубже. Геоморфология и литология территории предопределяют степень ее естественной дренированности. Необходимо различать три основные группы территорий по этому признаку.
Высокие предгорные равнины и водораздельные равнины, подстилаемые глубже 1,5-3 м проницаемыми песками, галечниками, трещиноватыми плотными породами, характеризуются хорошим свободным оттоком грунтовых вод и их глубиной, господством рассоления и хорошей естественной дренированностью. На таких территориях орошение очень редко приводит к подъему грунтовых вод, засолению и заболачиванию. Правда, в аридном климате в таких условиях возможны просадки и оползание грунта, эрозия почв поливною водой. Однако орошение может обходиться в этом случае без дренажа или лишь с единичными локальными дренажными устройствами.
Низкие подгорные равнины, межгорные депрессии, вторые и третьи террасы древних речных долин и озер, особенно сложенные однородными лессами, суглинками и глинами, обычно в аридных странах богаты запасами остаточных солей и характеризуются недостаточной естественной дренированностью. Грунтовые воды, иногда содовые или минерализованные хлоридами и сульфатами, хотя и могут залегать на глубине 10-20 м, легко приходят в подвижное состояние. Потери оросительной воды на полях и в каналах на фильтрацию очень часто вызывают подъем природных грунтовых вод вдоль каналов и затем по всей орошенной территории.
При достижении грунтовыми водами уровня 2,5-3 м начинается интенсивное заболачивание и засоление почв оросительной системы. Для предотвращения этого нужно строить оросительные системы с закрытой (гидроизолированной) сетью каналов и (или) предусматривать строительство предупредительного глубокого систематического дренажа (горизонтального или насосного вертикального).
- Приморские и внутриматериковые дельты, нижние речные террасы, равнинные низменности и бессточные депрессии, сложенные суглинками, слоистыми глинами; эти ландшафты не имеют естественной дренированности вовсе. Наоборот, нередко их соленые грунтовые воды имеют подпор, не обеспечены оттоком и расходуются главным образом на испарение и транспирацию. В аридней климате территории этого типа находятся в процессе естественного засоления; их почвы и неглубокие грунтовые воды (1-4 м) сильно (хотя и неравномерно) засолены. Орошение таких территорий удобно по рельефу с точки зрения водораспределения. Ho орошение здесь должно обязательно начинаться мероприятиями по рассолению почв; строительство глубокого дренажа должно осуществляться до начала орошения, т.е. одновременно с созданием оросительной сети. Без таких мероприятий оросительные системы в подобных условиях быстро выходят из строя. Классификация орошаемых территорий по степени естественной дренированности разработана и принята в России.
Конечно, реальные особенности территорий по естественной дренированности еще более сложны и разнообразны. Они должны оцениваться на основании глубоких комплексных исследований. К сожалению, это редко осуществляется, и задача проектирования новых оросительных систем ограничивается лишь учетом топографии местности и геометрией оросительных сооружений. Игнорирование сложности природных условий, трафаретное решение проектов орошения и ведет к катастрофическим последствиям (засоление, заболачивание и др.).