CC BY
42НАУКИ О ЗЕМЛЕ
ИРРИГАЦИЯ ЭТО ГИПЕРИРРИГАЦИЯ + СУБИРРИГАЦИЯ
1 2 Мурадов Ш.О. , Турдиева Ф.А.
1Мурадов Шухрат Одилович - доктор технических наук, исполняющий обязанности
профессора;
2Турдиева Феруза Алишеровна - ассистент, кафедра защиты окружающей среды и экологии, Каршинский инженерно-экономический институт, г. Карши, Республика Узбекистан
Аннотация: обоснована сущность устройства для регулирования стока рек, каналов и дренажной сети с целью управления подземными и поверхностными водами. Отмечена необходимость осуществления полной ирригации, которая состоит из гиперирригации и субирригации. Уточнен принцип устройства «Каскад». На примере бассейна р. Кашкадарья выявлена эффективность данных сооружений для аридных экосистем.
Ключевые слова: субирригация, водные ресурсы, поверхностные, подземные и дренажные воды, испарение, водосбережение, регулирование стока, устройство «Каскад», водоустойчивость, интегрированное управление.
Как считают Ф. Караджи и др. [13, с. 29], возникший дефицит в оросительной воде можно уменьшить за счет сокращения технологических потерь на фильтрацию и физическое испарение, повышения расхода подземных вод на субирригацию.
В настоящее время проблема рационального природопользования, и в частности водопользования, в аридных регионах представляется более сложной, чем это было несколько десятилетий назад [21, с. 3]. В водохозяйственном комплексе особая роль должна принадлежать водооборотным технологиям, которые являются одним из инструментов решения основной задачи интегрированного управления (комплексного использования) водных ресурсов. В ирригационно-мелиоративном мероприятии (по В.Р. Вильямсу и А.Н. Костякову) это усиление биологического и замедление геологического круговорота воды и химических веществ [19, с. 148]. Одним из источников экономии водных ресурсов является использование при соответствующих технико-экономических обоснованиях грунтовых вод для подпитки растений.
Данный процесс можно интенсифицировать путем регулирования дренажного стока. Однако эффективное их использование сдерживается отсутствием технических решений по регулированию стока в открытой коллекторно-дренажной сети. В основном эти проблемы рассматривались при использовании дренажного стока на переувлажненных осушаемых землях в гумидной зоне. Здесь все большее применение находят осушительно-увлажнительные системы с использованием, когда это необходимо, дренажного стока на орошение. В аридной зоне новым поколением являются оборотные мелиоративно-ирригационные системы двойного регулирования.
Мировой опыт водохозяйственных работ и наши многолетние региональные исследования (1975 - 2016) подтверждают, что внедрение модернизированных способов регулирования дренажного стока позволяет управлять грунтовыми водами, способствующими внедрению субирригации, и тем самым улучшить мелиоративно-гидрологические условия, водообеспеченность орошаемых земель и, главное, уменьшить интенсивность геологического и увеличить биологический круговорот воды и солей. Ещё в 1970 г. Н.Н. Веригин и Г.К. Асланов отмечали, что целесообразно создавать подъем уровня до нижней части корнеобитаемого слоя и осуществлять, таким образом, подземное орошение земель (субирригацию) [6, с. 221]. Это и есть адаптивно-модернизированная мелиоративно-гидрологическая технология повышения водоустойчивости орошаемых земель.
Системы двойного регулирования (субирригации) в аридной зоне необходимо осуществлять при пресных грунтовых водах. Уровень их не следует понижать. Наоборот, при таких условиях идет луговый процесс, сопровождающийся накоплением гумуса и улучшением структуры почв. Потребность в оросительной воде в этих случаях снижается в 1,5 - 2 раза. Технико-экономический анализ показал, что при гидрокарбонатном типе засоления почв, без дополнительных профилактических мероприятий, применение субирригации возможно на землях с минерализацией грунтовых вод - 1,5 г/л, а при сульфатном - 2,0 г/л [18, с. 45]. По достижении грунтовыми водами мелиорируемой территории и минерализации <2-3 г/л целесообразно начать сокращение оросительных норм и числа поливов за счет субирригации. При опресненности грунтовых вод до 3г/л в толще водоносного горизонта 8-10 м субирригация может составить примерно 50-60% суммарного водопотребления хлопчатника, люцерны. Наземные оросительные нормы можно сокра-тить при этом до 1-3 тыс. м3/га [14, с. 342]. Отдельные исследователи, например, М. Иброхимов, Р. Ишчанов и Х. Жаббаров [9, с. 25], С.Исаев [10, с. 21], Б. Суванов, Ж. Машарипов [23, с. 14] рекомендуют использовать субирригацию при минерализации ГВ до 3г/л, Е.Койбакова [15, с. 116] - до 7 г/л.
При среднем уровне грунтовых вод на супесчаном и песчаном полях, около 1,4 м и 0,7 м, величина подпитки из грунтовых вод составила 12 - 47% от водопотребления культуры [16, с.27]. По исследованиям С. Исаева в Центральной Фергане (Узбекистан), за счет полива методом субирригации урожайность хлопка увеличилась на 1,5 - 3 ц/га, число поливов уменьшилось в 1,5 раза и более [11, с. 12]. Опыты в Кашкадарьинской области (Касбинский район) определили экономию оросительной нормы, которая составила 3150 м3/га и повышение урожайности хлопчатника на 7 ц/га [12, с. 11]. В Хорезмской области при слабозасоленных грунтовых водах двойное регулирование ГВ позволило уменьшить оросительную норму в 1,2-1,5 раза и повысить урожайность хлопчатника на 6 - 13 ц/га [8, с. 193].
Перспективность субирригации обосновывается многими учеными и специалистами. Так, например, Ф. Караджи, В. Мухамеджанов, Ф. Вышпольский убедительно подчеркивают, что применение подпорных сооружений неизбежно повысит водообеспеченность орошаемых земель (особенно в маловодные годы) за счет увеличения расхода подземных вод на субирригацию. Целесообразность использования данного направления подтверждается экономическими расчетами. Стоимость капиталовложений не превысит 50 долларов, эксплуатационных затрат - 8
55
долларов США на один гектар. Управление потоком дренажно-сбросных вод не разрушит последовательности выполнения технологических операций по возделыванию сельскохозяйственных культур, уменьшит количество поливов и размеры потери воды на физическое испарение [12, с. 37]. Как отмечают А. Каримов, К. Мирзаджанов и С. Исаев, дренажно-сбросные воды представляют значительный объем в Центральноазиатском регионе. С одной стороны, это связано со значительными площадями орошаемых земель, более 7.0 млн га только в бассейне Аральского моря, с другой - неэффективностью ирригационных систем, в результате чего только 30 - 35% воды, забранной из источников, расходуется продуктивно. Около 40% воды, забранной из источников, участвует в формировании дренажно -сбросных вод. Учитывая объемы этих вод, следует признать, что проблема продуктивной утилизации этих стоков является весьма актуальной [13, с. 38].
Ещё прозорливее утверждают А.П. Айдаров и А.И. Голованов [4, с. 25]: «Строительство коллекторно-дренажных систем, обеспечивая поддержание уровня грунтовых вод на необходимой глубине, одновременно играет отрицательную роль, так как резко увеличивает интенсивность геологического круговорота и геохимической миграции». Как бы дополняя эту мысль, А. Сапаров и Ф. Вышпольский отмечают, что параметры ирригационных систем должны предусматривать не только вымыв солей, но и накопление органо-минеральных соединений в почвах за счет усиления малого биологического круговорота веществ [22, с. 61].
Это ещё в большей степени требует модернизации дренажной сети. Анализ мелиоратино-гидрологических условий Узбекистана показал, что на орошаемых землях республики возможно внедрение субирригации, это Ферганская долина, Ташкентская, Самаркандская, Кашкадарьинская и Сурхандарьинская области. Исследования показали, что наиболее благоприятными условиями для этого обладают Верхние Природно-водохозяйственные районы (ПВХР) Узбекистана - зона пресных грунтовых вод (сазовая зона).
По многолетним данным (1965 - 2016), минерализация воды в коллекторно -дренажной сети верхних районов в исследуемом репрезентативном для аридных зон мира юге Узбекистана (в Кашкадарьинском бассейне - Китабский, Шахрисабзский, Чиракчинский, Яккабагский, в Сурхан-Шерабадском бассейне - Сариасийский, Алтынсайский, Денауский, Бойсунский, Кумкурганский, Шурчинский районы) изменяется в пределах 0,3 - 1,8 г/л. Как показывают наши анализы, уточнены основные гидрохимические типы ГВ, среди которых преобладающий - сульфатный.
В то же время, как показал анализ динамики ГВ региона, наблюдается иссушение зоны аэрации (почвенная засуха), водообеспеченность этих районов в маловодный год (1925, 1926, 1927, 1941, 1986, 2000, 2001, 2011, 2016) колеблется в пределах 52 - 67%. Идентичная картина истощения ГВ наблюдается во многих странах мира, прежде всего в Индии, Ливии, Саудовской Аравии, США. В Северном Китае произошло понижение уровня ГВ более чем на 30 м на территории, где проживает свыше 100 млн человек. Определено, что 10% мирового урожая зерновых производится с использованием ГВ [20, с. 102].
Мы солидарны с мнением отдельных ученых о том, что в ряде районов снижение уровней грунтовых вод и уменьшение объёма испарения может привести к нежелательным изменениям общих ландшафтных условий. По рекогносцировочным обследованиям (1975 - 2016) верхнего и среднего ПВХР установлено резкое высыхание отдельных садов и виноградников, основной причиной которого является уменьшение водообеспеченности, понижение уровня ГВ ниже критического интервала, что привело к ухудшению мелиоративно -гидрологических условий зоны аэрации.
Учитывая практику гиперирригации прошлых лет, пресный характер грунтовых вод и превалирование сульфатных солей в ГВ верхних и средних
56
районов юга Узбекистана, в целях экономии водных ресурсов, регулирования водно-воздушного и водно-солевого режимов и улучшения мелиоративно-гидрологических условий орошаемых земель, считаем необходимым мероприятием внедрение субирригации путем сооружения модернизированных устройств для регулирования дренажного стока в устьевой части дренажа. Подобного рода дрену можно назвать саморегулирующейся. Термин и первые конструкции водооборотных осушительно-увлажнительных систем, как отмечает К.В. Губер [7, с. 411], предложены И.В. Минаевым (1977).
Регулирование стока поверхностных вод с целью рационального их использования в значительной степени исследовано. В то же время вопросы управления подземным стоком, химическим составом и режимом подземных вод разработаны еще недостаточно. Это зачастую приводит к крупным просчетам в гидромелиоративном строительстве.
Процессы динамики влаги, воздуха и питательных элементов в почве определяют водный, воздушный, тепловой, энергетический и пищевой режимы. Среди них наиболее изучены в настоящее время вопросы совместного влияния на урожай водного и воздушного режима почв.
В наибольшей степени условиям управления водным режимом, удовлетворяют дренажно-увлажнительные системы (двойного регулирования). Подобного рода дрену можно назвать саморегулирующейся.
Многолетними исследованиями А. Шольца (1966) на песчаных почвах с коэффициентом фильтрации 13-17 м/сут. в Германии установлена зона эффективного подпора при шлюзовании, равная 200 м [17, с. 13].
На примере реки Кашкадарья выявлено, что в нижней части по многолетним данным (1938 - 2014) гидропоста Карши в невегетационный период сток составляет около 200 млн м3. Они сбрасываются в искусственные озера и загрязняют окружающую среду. Помимо этого эти холостые сбросы усиливают русловую эрозию.
Резюмируя следует отметить, что регулирование стока рек и оросителей в этих районах необходима не только для улучшения мелиоративно -гидрологических условий, повышения водообеспеченности сельскохозяйственных культур, но и для полного осуществления процесса ирригации через гипер - и субирригацию, увеличения биологического и уменьшения геологического круговорота веществ (Подобные устройства [1, 2] построены на дрене Акрабат (1990 г.) и канале [1, 3] Айрум (2012, при поддержке ПРООН проект УКРУ). Данные устройства рекомендуются сооружать на речной и ирригационно -мелиоративной сети с целью интегрированного управления водными ресурсам как меры по адаптации к изменению климата.
В дальнейших исследованиях несколько модернизировано устройство [3], которое показано на рисунке.
Рис. 1. Расчетная схема модернизированного устройства для регулирования стока 1 - дрена; 2 - водослив (из плиты или металла); 3 - прорезь; 4 - щит;
5 - шарниры; 6 - гаситель стока; Нгр1 - уровень грунтовых вод при свободном движении воды в дрене; Нгр2 - уровень грунтовых вод при сооружении устройства; Нкр - интервал критической глубины залегания грунтовых вод; Р - гидродинамическое давление; H1 - уровень воды в дрене при свободном движении потока; H2 - уровень воды в дрене при сооружении
устройства
Разработаны расчетные формулы для оценки зоны подпора грунтовых вод вблизи коллекторов и дрен. Кроме того, предложенные расчетные зависимости дают возможность оценить площади влияния регулирующих устройств, рациональное расстояние между ними и разработать рекомендации по сокращению оросительных норм в зонах проявления субирригации.
Многолетние исследования (1975 - 2016) подтвердили, что в связи с изменением климата, сопровождающимся учащенными засухами, как атмосферы, так и почвы, а также с учетом рельефа, водохозяйственных и мелиоративно-гидрологических условий, появилась необходимость устраивать также идентичные сооружения на реках и оросителях не в единичном, а в каскадном порядке. Тогда экономический эффект сооружения, связанный с явлением субирригации на орошаемых землях, увеличивается с ростом площадей, на которых происходит подъём уровня грунтовых вод.
Учитывая незначительные уровни воды при свободном движении (H), а также опыт отдельных исследователей [5, с. 75], считаем строительство каскада сооружений на максимальном расстоянии друг от друга.
Субирригация регулирует солевой состав способствующий предотвращению содового засоления. Её можно рекомендовать и для подпитки озимой пшеницы при слабоминерализованных (менее 3г/л) грунтовых водах.
Резюмируя, следует считать, что субирригация в этих районах необходима не только для улучшения мелиоративно-гидрологических и гидроэкологических условий, повышения водообеспеченности сельскохозяйственных культур, но и для полного осуществления процесса ирригации совместно с гиперирригацией, увеличения биологического и уменьшения геологического круговорота веществ. Данные устройства рекомендуются сооружать на оросительной и речной сетях с целью управления поверхностным и подземным стоком, выработки электроэнергии, т.е. для водоустойчивого ведения работ путем совершенствования элементов интегрированного управления водными ресурсам.
Список литературы
1. А.С. 990952. Устройство для регулирования дренажного стока / Валуконис Г.Ю.,
Мурадов Ш.О. // 21 сентября,1982.
2. А.С. 1491953. Устройство для регулирования дренажного стока / Мурадов Ш.О.,
Валуконис Г.Ю. и др.// 8 марта, 1989.
3. А.С. 1656053. Устройство для регулирования дренажного стока / Мурадов Ш.О., Валуконис Г.Ю. и др. // 15 февраля, 1991.
4. Айдаров И.П., Голованов А.И. Мелиорация земель в России: Научное обоснование, современный подход// Мелиорация и водное хозяйство. Москва, 2005. № 5. С. 22 - 27.
5. Вагапов Р. Управление водораспределением на ирригационных системах водоснабжения// Материалы международного семинара ИКАРДА. Тараз, 2002. С. 67 - 79.
6. Веригин Н.Н., Васильев С.В., Куранов Н.П., Саркисян В.С., Шульгин Д.Ф. Методы прогноза солевого режима грунтов и грунтовых вод / Под ред. Веригина Н.Н. М.: Колос, 1979. 336 с.
7. Губер К.В. Конструкция мелиоративных систем многоцелевого использования // ВНИИГиМ РАСХН. М., 2006. С. 281 - 523.
8. Джалилова Т., Маткаримов Ж. Изучение влажностного режима почв при двойном регулировании в целях экономии воды в условиях Хорезмского оазиса // O'zbekiston qishloq xo'jaligi. Ташкент, 2008. № 3. С. 38 - 40.
9. Иброуимов М., Эшчанов Р., Жабборов X Сизот сувларни бошкариш // O'zbekiston qishloq xo'jaligl. Ташкент, 2006. № 9. С. 25 - 26.
10. Исаев С. Закбур суви ва субирригация // O'zbekiston qishloq xo'jaligi. Тошкент,
2007. № 6. С. 21.
11. Исаев С. Субирригация // О' zbekiston qishloq xo'jaligi. Тошкент, 2007. № 1. С. 12.
12. Исаев С., Ражабов Т. Такирсимон тупроклар шароитида субирригация усулида сугрилганда гуза хосилдорлигига таъсири // О' zbekison qishloq xo'jaligi. Тошкент,
2008. № 3. С. 11 - 12.
13. Караджи Ф., Мухамеджанов В., Вышпольский Ф. Совместное использование поверхностных и грунтовых вод на орошение - стратегия преодоления засоления почв и дефицита воды // Материалы международного семинара ИКАРДА. Тараз: ИЦ «АКВА», 2002. С. 28 - 38.
14. Каримов А., Мирзаджанов К., Исаев С. Повышение продуктивности использования водных ресурсов на уровне фермерских хозяйств // Материалы международного семинара ИКАРДА. Тараз: иЦ «АКВА», 2002. С. 38 - 49.
15. Койбакова Е. Оросительные нормы при орошении водой повышенной минерализации // Материалы международного семинара ИКАРДА. Тараз, ИЦ АКВА, 2002. С. 110 - 118.
16. Крылов М.М. Основы мелиоративной гидрогеологии Узбекистана. Ташкент, АН РУз, 1959. 236 с.
17.Маслов Б.С., Станкевич В.С., Черненко В.Я. Осушительно-увлажнительные системы. М.: Колос, 1981. 280 с.
18. Налойченко А.О., Мещерякова Л.Д. Субирригация в аридной зоне // Гидротехника и мелиорация, 1982. № 10. С. 45 - 48.
19. Пыленок П.И. Обоснования водооборотных мелиоративных технологий // Сб. науч. трудов ВНИИГиМ РАСХН. Рязань, 2004. С. 148.
20. Пыленок П.И., Бородычев В.В., Салдаев А.М. Осушительно-увлажнительная мелиоративная система // Государственное патентное ведомство РФ. Свидетельство № 2233075. 27.07.2004.
21. Савельев В.Ю. Экологический менеджмент. М.: Логос, 2001. 126 с.
22. Сапаров А., Вышпольский Ф. Технология стабилизации сельско-хозяйственного производства на ирригационных системах неустойчивого водоснабжения // Материалы международного семинара ИКАРДА. Тараз, ИЦ «АКВА», 2002. С. 55 - 66.
23. Суванов Б., Машарипов Ж. Fузани субирригация усулида сугориш // О^Ье^йп qishloq xo'jaligi. Ташкент, 2008. № 12. С. 14.
