Меліорація як учасник водогосподарського комплексу

ТЕМА

МЕЛІОРАЦІЯ, ЯК УЧАСНИК ВОДОГОСПОДАРСЬКОГО

КОМПЛЕКСУ

1.  ЗРОШУВАЛЬНІ МЕЛІОРАЦІЇ

В теперішній час спостерігається інтенсивний ріст населення, особливо в країнах, що розвиваються. Необхідність забезпечення населення Землі продуктами харчування заставляє розвивати інтенсивні способи тваринництва і вирощування сільськогосподарських культур. В цьому відношенні зрошення земель займає ведучу позицію.

Сільськогосподарські землі складають десяту частину суші, а з них тільки шоста частина зрошується. Проте з цієї площі в світі отримують від 40 до 50 % сільськогосподарської продукції.

Інтенсивний розвиток зрошення, як в нашій країні, так і за її кордоном все більше і більше стримується не відсутністю зручних для зрошення земель, а дефіцитом водних ресурсів. Тільки в розвинутих країнах водоспоживання на потреби сільського господарства перевищує 700 км³.

Основними районами проведення зрошувальних робіт є зони недостатнього і нестійкого зволоження.

В сучасних умовах зрошувальне землеробство у всіх країнах базується практично на регулюванні водного і живильного режимів, що здійснюється шляхом періодичної подачі води і внесення добрив. Регулювання кількості тепла і світла поки що знаходиться поза компетенцією людини. Можливо в майбутньому з’являться вдосконалені агромеліоративні системи, де надходження перерахованих компонентів буде проходити у відповідності з біотехнічними потребами рослин на різних етапах вегетативного періоду.

Багатовіковим практичним зрошенням встановлено, що врожаї на зрошувальних землях значно вищі і за якістю кращі ніж на не зрошених площах. Регулярне зрошення в Україні дає можливість отримати врожаї пшениці до 50...60, рису 65...75, цукрових буряків 500...700 центнерів з гектара і т.п. За наближеними розрахунками, вартість всіх сільськогосподарських продуктів, отриманих з 1 га зрошувальних земель приблизно в 4 рази вища, ніж з не зрошеного гектару.

Загальна кількість води, яку споживає рослина за вегетативний період, може виражатись деякою умовною залежністю

Т = У_Р e_У,

де Т – транспірація, або споживання, води даним видом рослин, м³/га;

У_Р – урожай даної культури, ц/га; e_У – коефіцієнт транспірації, м³/ц.

Коефіцієнт транспірації залежить від кліматичних умов, типу ґрунтів, урожайності і інших факторів; величина його для одних і тих же культур коливається в досить широких межах. Наприклад, для бавовни – 120...250, для пшениці – 40...180, для кукурудзи – 60...150, для цукрових буряків – 5...30 м³/ц. Необхідно відмітити, що збільшення потреби у воді дає підвищення врожаю до певної межі, після якої спостерігається зворотне явище.

Задоволення потреби рослин у воді відбувається за рахунок природних можливостей у вигляді атмосферних опадів і запасу води в грунті, а також штучним шляхом при застосуванні зрошення. Додаткову кількість води, яку необхідно подати на протязі вегетативного періоду, або так звану зрошувальну норму, можна знайти за рівнянням

М = Т – О - DП + В,

де О – атмосферні опади за вегетативний період; В – випаровування;

DП – запаси води в грунті, яка використовується рослинами.

Остання величина включає в себе такі складові

DП = П_Н.Г. + П_К + П_К.В.,

де П_Н.Г. – підживлення із нижче розташованих горизонтів за рахунок під земних вод; П_К – підживлення за рахунок капілярного руху води;

П_К.В. – поповнення води шляхом конденсації водяних парів.

Величина зрошувальної норми залежить від роду культур і природних умов. В міру переходу до півдня зрошувальна норма для одних і тих же культур помітно зростає. Наприклад, для овочів в умовах Чернігівської області вона складає 1500...2000 м³/га, а для умов південних областей України вона відповідно рівна 2500...5500 м³/га.

Зрошувальні норми в м³/га для основних культур в зрошувальних районах України приймають приблизно такими: бавовна – 5000...8000; цукровий буряк – 2500...6000; зернові – 1500...3500; багатолітні трави – 2000...8000; рис – 8000...15000.

Наведені норми називаються зрошувальними нормами нетто – це та кількість води, яку необхідно подати безпосередньо на поле. Для забезпечення цього, із джерела зрошення необхідно забирати великі об’єми води, оскільки значна її частина на шляху надходження втрачається на фільтрацію, випаровування, протічки в пошкоджених спорудах і невиробничі скиди. Характерним показником любої іригаційної системи є коефіцієнт корисної дії

К_С =W ₁ / W₂,

де W ₁ і W ₂ – відповідно, кількість або витрата води, що поступила і що була забрана із джерела зрошення.

Для старих систем (за умови відсутності заходів з боротьби з втратами води) К_С = 0,5...0,55; для більш вдосконалених (подача води облицьованими каналами) систем К_С = 0,7...0,8; при використанні закритих трубопроводів К_С = 0,9...0,95.

Відомо, що виробництво зерна на одного жителя сягає 500...600 кг у рік і, у подальшому, його потрібно довести до 900...1000 кг. Для отримання 1 кг пшениці потрібно витратити 750 л води, тобто, в перспективі, витрачатиметься 675...750 м³ води в рік на одну людину. При досягненні чисельності населення України у перспективі 60 млн. чол., щорічно буде використовуватись біля 40...45 км³ води. Якщо врахувати, що у середній за водністю рік в межах України формується лише 47,8 км³, а також те, що кожні два-три роки із п’яти у лісостеповій і степовій зонах спостерігаються засухи, регулювання стоку з метою використання його для зрошення і інших цілей набуває незамінного характеру. Особливо напружена ситуація складається в лісостеповій і степовій зонах, де зосереджено понад 80 % ріллі, а питома вага продукції з поливних земель складає 29 % ( в республіці Крим 46 %, в Херсонській області – 48 %).

Орієнтовно, витрата води для зрошення знаходиться за формулою

Q_ЗР = 0,001 q F, м³/с

де q – гідромодуль зрошення, тобто питома витрата води на один гектар поливної площі, л/с на га; F – поливна площа, га.

Величина гідромодуля приймається: для північних районів України – 0,3...0,4; для центральних – 0,4...0,5; для південних – 0,5...0,6.

Площа меліорованих земель в Україні складає 5 млн. га, з них 2,6 млн. га – зрошуваних і 2,4 млн. га осушуваних.

Діють такі крупні системи, як Каховська – 269 тис. га, Північно- Кримський канал – 459 тис. га, Краснознам’янська – 63 тис. га, Фрунзенська – 36 тис. га, Північно-Рогачинська – 110 тис. га, Інгулецька – 60 тис. га, Явкінська – 50 тис. га.

За даними Держкомводгоспу України в 1992 році на зрошення було використано 6197 млн. м³ води, тобто в середньому на гектар зрошувальної площі подавалось 2355 м³ води.

Забір води із річок чи водосховищ для зрошення здійснюється самотічно, або за допомогою насосних станцій, продуктивність яких постійно зростає. Транспортування води із джерела до зрошуваних площ здійснюється магістральним каналом, довжина якого може сягати декількох десятків і навіть сотень кілометрів. Далі вода поступає в міжгосподарські канали, а потім у внутрішньогосподарську зрошувальну мережу, яка забезпечує полив та зволоження культур в потрібних межах.

Існуюча практика зрошення передбачає такі види поливів: поверхневе, дощуванням, підгрунтове.

Поверхневе самотічне зрошення відоме вже протягом тисячоріч і є найбільш розповсюдженим на Земній кулі. Воно може бути у вигляді поливу борознами і смугами, або у вигляді затоплення. Полив борознами застосовується для орних культур, а смугами – для культур вузькорядного посіву, до яких відносяться зернові і трави. Ці способи не завжди забезпечують рівномірне зволоження по довжині ділянки і можуть розмивати грунт. Полив затопленням застосовують при вирощуванні рису. Суттєвим недоліком поверхневого зрошення є значні втрати води на фільтрацію і випаровування. Просочування великої кількості води в нижче розташовані горизонти призводить до підйому рівня ґрунтових вод і сприяє засоленню землі. Іноді, із-за цього, приходиться припиняти подачу води на зрошувальні ділянки.

Більш вдосконаленим способом зрошення є дощування, суть якого полягає в створенні штучного дощу визначеної інтенсивності. З цією метою використовується велика кількість дощувальних машин, серед яких є коротко-струменеві, середньо-струменеві, і далеко-струменеві. Починаючи з 1971 року впровадили високопродуктивні дощувальні машини “Фрегат” і Волжанка”.

Зрошення дощуванням дозволяє подавати воду меншими дозами, забезпечує більш рівномірне зволоження, набагато скорочує невиробничі втрати води і підвищує механізацію праці.

Підгрунтове зрошення здійснюють шляхом влаштування труб чи спеціальних ходів-кротовин на глибині 40...50 см від поверхні землі, куди подається вода. При цьому вода поступає безпосередньо в кореневу зону, що усуває втрати на випаровування. Такі системи є більш прогресивними, проте більш складними і дорогими.

В останні роки отримало деяке розповсюдження капельне зрошення. Суть його полягає в подачі води за допомогою трубок малого діаметру (0,5...2 см), якими вона через спеціальні капельниці поступає до рослин. Порівняно з дощуванням, капельне зрошення характеризується значно меншою витратою води.

Зрошувальна норма для кожної культури – це сума поливних норм. Число поливів встановлюється в залежності від природних умов, способу зрошення, вимог агротехніки і роду культур. Так для пшениці необхідно 2...5, для кукурудзи 5...8, для бавовни 6...9, цукрових буряків 4...10 поливів. Тривалість кожного поливу здійснюється протягом 5...12 днів.

Зрошувальні меліорації є невід’ємною частиною сучасного розвитку сільського господарства. Поряд з ними суттєве значення має обводнення території. Основна задача обводнення полягає в задоволенні потреб сільського населення і скота в питній воді. Створені при цьому водойми можуть використовуватись для розведення риби, водоплаваючих птахів, а також для зрошення невеликих ділянок і в протипожежних цілях. Вода при обводненні може транспортуватись окремими каналами, або трубопроводами, а також добуватись із вертикальних колодязів. Норми водоспоживання сільського населення в залежності від географічного положення складають 150...200 л/добу на одну людину. Для скота, з урахуванням його утримання в стійлах, або на пасовиськах, норми коливаються в таких межах: корови – 30...65, телята – 15...25, свиноматки – 20...25, коні – 40...60, вівці – 5...7 л/добу.

Джерелами води для зрошення і обводнення є: річки, підземні води, озера, атмосферні опади, стічні та колекторно-дренажні води, води морів, в тому числі опріснені. Ці джерела характеризуються такими показниками:

-  витратою води, якою може забезпечити джерело зрошення на протязі зрошувального періоду;

-  об’ємом води, який може забиратись із водного джерела протягом вегетативного періоду;

-  рівнем води у джерелі зрошення у відношенні до зрошувальної площі на протязі зрошувального періоду в роки різної забезпеченості;

-  якістю води.

В залежності від показників джерела зрошення визначають можливу площу зрошення (F_ЗР) та характер водоподачі води на систему (самотічна чи механічна), прогнозують характер впливу зрошення на природні та штучно створені екосистеми.

При зрошенні із водосховищ та ставків зрошувана площа визначається за формулою

F_ЗР = W_ЗР^. h / M_СР.ЗВ, га,

де W_ЗР – об’єм води, який можна забрати із водойми; h - коефіцієнт корисної дії системи; M_СР.ЗВ – середньозважена зрошувальна норма.

W_ЗР = W_КОР – W_ІНШ,

W_КОР – корисний об’єм водосховища чи ставка;

W_ІНШ – об’єм води, який повинен зберігатись для інших цілей.

При зрошенні із річок зрошувана площа залежить від мінімальної витрати води в річці (Q_МІН), витрати води для інших галузей (Q_ІНШ), необхідної санітарної витрати (Q_САН) і визначається за формулою

F_ЗР = 1000 Q_ЗР^. h / q,

Q_ЗР = Q_МІН – (Q_ІНШ + Q_САН).

Для остаточного вирішення, яка площа буде зрошуватись, чи потрібне регулювання стоку річки і як саме подавати воду, необхідно спів ставити гідрограф стоку річки з потребою води для зрошення. При цьому можливі три випадки:

1.  Витрата води в річці набагато перевищує потребу води для зрошення. В цьому випадку потрібно проаналізувати коливання рівня води в річці на протязі вегетативного періоду для прийняття способу подачі води, механічного чи самотічного.

2.  Витрата води в річці в окремі періоди дорівнює витраті води на зрошення або дещо менша її. В цьому випадку потрібно вирішити питання про будівництво греблі з метою сезонного регулювання стоку.

3.  Витрата на зрошення в окремі періоди перевищують витрату води в річці. В цьому випадку необхідно проаналізувати стік річки (чи вистачить його взагалі) і запроектувати сезонне чи багаторічне регулювання стоку.

Насамкінець необхідно відмітити, що перед застосуванням поливної води, її необхідно оцінити якісно, провести санітарно-токсилогічну, бактеріологічну та мінеральну оцінку і розробити заходи для поліпшення якості води в цілому.

2.  ОСУШУВАЛЬНІ МЕЛІОРАЦІЇ

Завдання використання водних ресурсів при осушенні земель протилежні завданням по їх зрошенню. Осушення проводиться для усунення пере зволоження грунту і створення оптимального водно-повітряного режиму на протязі всього вегетативного періоду розвитку рослин. Це досягається штучним зниженням рівня ґрунтових вод і відводом надлишкових поверхневих вод. Осушувальні меліорації, стосовно водного господарства, можна назвати своєрідним водовідведенням.

За даними Стрільця (1987 рік) площа боліт і перезволожених земель в Україні склала 4190 тис. га, із яких, боліт і торфоболотних земель – 613 тис. га, заболочених земель – 745 тис. га, перезволожених земель – 2834 тис. га.

Осушення істотно впливає на навколишнє середовище і не завжди цей вплив позитивний.

Для виключення негативного впливу необхідно:

1.  Здійснювати будівництво осушувально-зволожувальних систем, де, поряд з заходами з відводу надлишкових вод, здійснюється зволоження грунту в засушливі періоди (системи двосторонньої дії).

2.  Більш ефективно використовувати воду збудованих ставків і водосховищ для задоволення потреб водопостачання, рибного господарства, відпочинку і т.п.

3.  Проектувати польдерні системи, в яких не допускається надмірне зниження рівня ґрунтових вод і які сприяють збільшенню водності, а також збереженню існуючих біогеоценозів.

4.  Будувати закриті осушувальні системи, що сприяє розвитку сільськогосподарського виробництва.

Основну увагу звертають на підвищення використання осушених земель і скорочення досягнення на цих землях проектної врожайності. Це досягається регулюванням водного і поливного режимів. Проте розвиток двостороннього регулювання стримується із-за обмеженості водних ресурсів річок. В зв’язку з цим, заходи з раціональної витрати води необхідно здійснювати навіть там, де за вегетацію сума опадів більша ніж випаровування.

Розвиток агромеліоративної обробки осушених полів, а також зростання внесення добрив в осушені землі, приводить до інтенсифікації виносу поживних речовин і до забруднення річок-водоприймачів.

Тому осушувальні меліорації, як учасника водогосподарського комплексу, можна розглядати в декількох аспектах.

По-перше, при осушенні проходить спрацювання “вікових” запасів грунтових вод і на деякий час (до 7 років) стік річок-водоприймачів збільшується. Витрата літньої межені може вирости в 1,5...2 рази. В той же час, дещо зменшується максимальний стік із-за створення в зоні аерації деякої ємності, здатної помістити опади і талі води. Але ці водні ресурси не слід рахувати втраченими, оскільки вони використовуються для транспірації і приймають участь в створенні сільськогосподарської продукції.

По-друге, в зоні несталого зволоження осушені землі необхідно в засушливі періоди зволожувати шляхом підйому рівня ґрунтових вод, або зрошенням дощуванням. Це переводить осушувальні системи в категорію осушувально-зволожувальних, або зрошувальних і вони стають в складі водогосподарського комплексу водоспоживачами.

По-третє, інтенсивні способи землеробства, глибоке рихлення, кротування, а також значні дози внесення мінеральних добрив, перетворюють осушувальні системи в джерело забруднення річок-водоприймачів, оскільки водовідведення може скласти 30...50 % водоподачі (опади плюс зрошувальні норми).

По-четверте, осушення земель з ґрунтовим типом водного живлення приводить до пониження рівня ґрунтових вод не тільки на осушеній території, але й на прилягаючих землях. Таким чином, осушення впливає на екологію спряжених біоценозів.

Прикладом комплексного вирішення водогосподарських проблем при осушенні є Полісся України.

ЛІТЕРАТУРА

1. Комплексное использование и охрана водных ресурсов Под.ред. О.Л.Юшманова/ -М.: Агропромиздат, 1985.

2. Зарубаев Н.В. Комплексное использование водных ресурсов. – Л Стройиздат, 1976.

3. Грищенко Ю.М. Комплексне використання та охорона водних ресурсів. Рівне, 1997.

4. Гидроэнергетика и комплексное использование водных ресурсов/ Под. ред. Непорожнего П.С./ -М.: Энергоиздат, 1982.