CC BY
13УДК: 626.8:624.131.6
Гурбанов М. Ф.
Gurbanov M. F.
РОЛЬ ДРЕНАЖА И РЕЖИМА УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД В РЕГУЛИРОВАНИИ ОТНОШЕНИЙ ВОДЫ И ПОЧВЫ
ROLE OF DRAINAGE AND GROUNDWATER REGIME LEVEL IN REGULATION OF WATER - SOIL RELATIONSHIP
Исследуются работы управляемого дренажа, который позволяет рационально использовать водные ресурсы при дефиците воды в современных условиях, защищая почвы с точки зрения экологии и повышая их мелиоративную эффективность. В отличие от обычного горизонтального дренажа, вакуумно-дренажные системы являются управляемыми системами. Такие системы позволяют регулировать поток воды (увеличить или уменьшить количество воды), поступающей в дренаж. В практике орошаемого земледелия обеспечение потока капиллярной воды во вспаханной почве считается целесообразным. В результате этого происходит дополнительное питание растений, что и должно учитываться при разработке поливных норм. Расчеты показывают, что в зависимости от глубины залегания уровня грунтовых вод и глубины корневой системы растений капиллярное питание за счет грунтовых вод изменяется в различных диапазонах. При близком залегании уровня грунтовых вод к поверхности земли и глубокой корневой системе величина капиллярного питания велика, и наоборот. При глубине корневой системы больше 1,0 м питание хлопчатника за счет грунтовых вод с глубиной залегания 1,5 и 2,0 м составляет 3430 м3/га (80 %) и 1800 м3/га (40 %).
Ключевые слова: дренаж, вакуум, засоление, водно-солевой режим, уровень грунтовых вод, поливная норма.
Has been investigated the work of regulated drainage, which provides efficient water resources usage under current conditions of water scarcity, protecting the soil from the environmental point of view and increasing their reclamation efficiency. In contrast to the simple horizontal drainage, vacuum-drainage are regulated system. Such systems allow to adjust the water flow (increase or decrease the amount of water) flowing into the drainage. In the practice of irrigated agriculture to ensure capillary flow of water along the plowed soil profiles is considered advisable. As a result, there is occurred additional feeding of plant, which must be considered on designing of the irrigation regimes. Calculations demonstrate that, depending on groundwater table and depth of the plant's root system the capillary feeding at the expense of the groundwater varies in different ranges. Under the close location of the groundwater table from the soil surface and deep root system, the value of capillary supply is high and vice versa. In case of the depth of the root system is more than 1.0 m and groundwater table 1.5 m and 2.0 m, the feeding of the cotton is 3430 m3 / ha (80 %) and 1800 m3 / ha (40 %) accordingly.
Key words: drainage, vacuum, salinity, water-salt regime, groundwater table, irrigation norm.
Гурбанов Мирза Фирудин оглы -
кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник лаборатории «Мелиорация»
Азербайджанское научно-производственное объединение гидротехники и мелиорации г. Баку, Азербайджан Тел.: (9412) 493-41-83, (9450) 569-61-25 E-mail: qurbanov1958@list.ru
Gurbanov Mirza Firudin ogly -
Ph.D of agricultural Sciences, Leading Reseacher, Laboratory of Melloration Azerbaijan research-produktion Association Hydraulic engineering And Reclfmftion Baku, Azerbaianan
Tel.: (9412) 493-41-83, (9450) 569-61-25 E-mail: qurbanov1958@list.ru
Для повышения эффективности земледелия на орошаемых землях, необходимо изучение режимов воздуха, воды и солей, создание оптимальных условий для роста растений, или точнее сказать, предотвратить отрицательные факторы влияния грунтовых вод на рост растений на этих площадях. Этими факторами являются вторичное засоление и заболачивание земель. Эти процессы связаны с близким залеганием уровня грунтовых вод к поверхности земли.
Борьба с засолением и заболачиванием на орошаемых площадях проводится на фоне интенсивно функционирующих дренажных систем. В мировой практике мелиорации сельскохозяйственных земель существуют методы естественного и искусственного дренажа. Естественный дренаж - это способность почвы
пропускать через себя грунтовые и оросительные воды на площадях с наибольшими уклонами местности. В горных и предгорных районах прием грунтовых вод и в дальнейшем отток их реками можно принимать как естественный дренаж. Но надо отметить, что при осуществлении мелиоративных мероприятий на равнинных территориях роль искусственного дренажа особенно не заменим. В практике наиболее применимы искусственные горизонтальные дрены открытого и закрытого типов и вертикальные дрены. Созданная сеть искусственного дренажа, дает возможность понизить уровень грунтовых вод на орошаемых площадях до нужной глубины и этим уменьшить испарение с их поверхности, предотвратить процессы засоления земель. В тоже время надо отметить, что в условиях оросительной мелиорации эффективность любой дренажной системы определяется не
в
№ 3(23), 2016
Экология
245
только количеством выводимом воды, но и созданием надежного и благоприятного (приемлемого) водно-солевого режима почв. В практике известны случаи, когда даже при достаточном выведение дренами слабоминерализованных вод, не возможно создать благоприятный солевой режим почв. Поэтому для каждого массива, учитывая его литологические, гидрогеологические и хозяйственные условия необходимо проектировать и строить конкретный тип дренажа. С этой целью должны разработаны такие дренажные системы, которые создают возможность рационально использовать водные ресурсы, защищать почвы с экологической точки зрения и повышать их мелиоративную эффективность. Разработка таких дренажных систем, возможно, осуществить методами интенсификации работы дренажа.
Под интенсификацией работы дренажа подразумевается следующее:
- Дренаж, как составная часть технически усовершенствованной оросительной системы, наравне с отводом минимального объема воды с массива, должен всегда создавать благоприятный солевой режим.
- Конструкция дренажа должна обладать такой эксплуатационной характеристикой, которая позволила бы в нужное время изменить режим его работы перейти из одного режима (нормального) в другой (ускоренный).
- Дренаж, являясь сооружением, ускоряющий процессы освоения земель должен создать возможность экономии земельных и водных ресурсов.
Одним из основных методов повышения интенсивности работы дренажа является его ва-куумирование.
На участках сооружения дрен, в слое воды присутствуют пузырьки воздуха. Эти пузырьки воздуха всегда находятся под силой сжатия верхних слоев воды. Наличие пузырьков не дает возможности создания определенной взаимосвязи между грунтовыми водами и атмосферным давлением. Понижение атмосферного давления способствует увеличению потока воды в дрену и, наоборот, повышение атмосферного давления ослабляет поток воды в дрену. В то же время, вакуумирование поверхностей дрены или системы, с которой выводится вода, создает дополнительный напор. Иными словами, сохраняя строительную глубину дрены постоянной можно повысить действующий напор. Все это повышает скорость поступления грунтовых вод в дрену.
В бывшем Советском Союзе развитие вакуумного дренажа в целях мелиорации тесно связано с именами Б. М. Дегтярева и В. А. Калан-таева. Нужно отметить, что понижением уровня воды с применением вакуума в строительстве, а также применением вакуума в горных работах занимались и другие ученые. Основная цель понижения уровня воды обычным или
вакуумным методом в строительстве, а также в горных работах заключается в еще большем по возможности понижении уровня грунтовых вод на период всех строительных работ. В мелиоративном строительстве же цель поставленной задачи другая. Здесь, не требуется значительное понижение уровня воды. При осуществлении мелиоративных мероприятий, необходимо понижение уровня грунтовых вод до критической глубины и регулировать эту глубину на определенный период времени. В таких случаях надо приложить все усилия, чтобы предотвратить вторичное засоление и заболачивание земель. На основании анализа принципов автоматического и оптимального управления водно-солевого режимов можно сделать вывод, что одним из недостатков обычных горизонтальных дрен, являяется их неуправляемость. На фоне таких дренажных систем увеличить или уменьшить количество воды, поступающую в дрену, невозможно.
В отличие от обычного горизонтального дренажа, вакуумно-дренажные системы являются управляемыми системами. Такие системы позволяют регулировать поток воды (увеличить или уменьшить количество воды), поступающий в дренаж. Такой принцип работы вакуумных дренажных систем позволяет регулировать взаимную связь воды и почвы. В период сельскохозяйственной мелиорации регулирование влажности почвы является основной задачей. Ввиду того, что в вакуумно-дренажных системах неустановившийся режим с экономической точки зрения является не эффективным, принятие такого режима считается нецелесообразным. Поэтому при вакуумировании преобладающее место имеет установившийся режим. В дренажных системах вакуум создается тремя технологическими методами:
- путем высасывания воздуха из дрены, изолированной от атмосферы;
- используя энергию струи воды, проходящую через эжектор;
- путем устройства сифонов на конце дрены.
Конструкция вакуумно-дренажной системы определяется исходя из технологического метода создания вакуума. В зависимости от принципа работы вакуумно-дренажные системы делятся на две группы:
Системы вакуумирования грунта, вакуумные системы, отводящие грунтовые воды.
В первом случае, созданный в системе вакуум, передаваясь в грунт, создает вокруг дрены зону отрицательного давления. Во втором случае же, созданный в системе вакуум распределяется в стороны. Все горизонтальные дренажные системы, на поверхности которых создан вакуум относятся к первой группе. Вакуумные вертикальные дренажные системы в зависимости от значения, созданного в этой системе вакуума, могут относиться как к первой, так и ко второй группе. Первые испытания по применению вакуума в целях мелиоративного
улучшения земель были проведены в 1961 году В. А. Калантаевым в модели вакуумно-дренажной системы [1].
В 1964 году на территории Джарджойского района Туркменской ССР для проведения экспериментальных работ была построена вакуумная горизонтальная дренажная система. Исследования, проведенные на этой системе, показали, что по сравнению с обычными горизонтальными дренами вакуумная дренажная система в мелиоративном отношении более эффективна.
В 1964 году В. А. Калантаев, А. С. Климко [2] предложили новую дренажную систему для изучения работы вакуумных горизонтальных дрен в условиях супесчаных и тяжелых суглинистых почв. Для создания вакуума и откачки воды из вакуумной горизонтальной дрены были использованы два насоса. Один из этих насосов был предназначен для высасывания воздуха, другой для высасывания воды.
В 1963-1966 гг. В. И. Бобченко и Г. А. Булаева [3] по принципу создания вакуума на поверхности трубы, провели исследования по промывке почв на фоне дренажной системы, построенной из горизонтальных пластмассовых труб. Исследования показали, что за счет дополнительного напора, полученного вследствие создания вакуумной среды, водопропускная способность почвы заметно увеличилась. Значение дренажного модуля повысилась до 50 %.
Для обеспечения установившегося режима вакуумной дренажной системы, в 1971 году В. А. Калантаев предложил новую дренажную конструкцию - вертикальную вакуумную дренажную систему с регулирующим дебитом.
Горизонтальные и вертикальные вакуумные дрены в отличие от обычных дрен могут работать как естественным оттоком воды, так и в принудительном режиме, т.е. путем высасывания воды с помощью насосов.
Анализ геоморфологических особенностей орошаемых районов Кура-Араксин-ской низменности показал, что на 398 тыс. га площади равнины уклон местности <0,001. Большая часть из них, приблизительно 268 тыс. га расположены на территории Мугано-Сальянского массива. В Ширваниской равнине на площади 49,6 тыс. га, Миль-Карабахской равнине на 52 тыс. га распространены участки с уклоном меньше 0,001. Как открытые, так и обычные закрытые горизонтальные дрены, построенные на площадях, где уклон местности отсутствует или меньше 0,001, с технико-экономической и мелиоративной точки зрения являются не рациональными. С этой целью на участках, где уклон рельефа отсутствует или имеет наименьшие значения, для повышения эффективности закрытых горизонтальных дрен д.т.н. Ф. С. Салахов разработал сифонно-вакуумную дренажную систему [4]. Предложенная дренажная система была построена и испытана в с. Марышлы Сальянского района.
Понижение уровня грунтовых вод, недопущение поднятия уровня грунтовых вод до критической глубины, сокращение количества и скорости капиллярной воды, движущейся к поверхности, являются основными требованиями к дренажной системе в орошаемом земледелии. В практике орошаемого земледелия в некоторых случаях, наоборот, обеспечение потока капиллярной воды к вспаханной почве считается целесообразным. В результате этого, происходит дополнительное питание растений, что и должно учитываться при разработке поливных норм. Повышение уровня грунтовых вод до определенной высоты путем остановки потока дренажной воды (отключением насосов) из вакуумной дренажной системы, увлажняет вспаханный слой почвы и питает корни растений. Поступившая во вспаханный слой почвы вода, в вегетационный период дает возможность уменьшить количество (объем) поверхностного орошения и норму вегетационного полива вообще. Для этого минерализация грунтовых вод должна быть 3-5 г/л, засоление почв по плотному остатку - 0,3-0,5 %, а глубина залегания уровня грунтовых вод на глубине 1,0-2,5 м от поверхности земли [5]. Чем ближе грунтовые воды залегают к поверхности земли, тем больше в корневую систему растений поступает капиллярная влажность, и наоборот. Для постоянного обеспечения влажности вспаханного слоя почв на междренных участках, грунтовые воды должны залегать на одинаковой глубине от поверхности земли. В зависимости от механического состава почв, вида растений (культур) глубины залегания уровня грунтовых вод количество капиллярной воды, потребляемое растениями, на основе практических наблюдений определяется по формуле,
М= д-Е 1)
где Е - общее водопотребление, м3/га, д - коэффициент, учитывающий капиллярное питание, значение в виде коэффициента дано в таблице 1 [6].
По А. Н. Костякову при глубине залегания уровня грунтовых вод меньше 2,5 м, значение в зависимости от глубины может составлять до 5-50 % от значения полной потребности воды (Е), при глубине больше 2,5 м до 5 % [6].
Величина оросительной нормы по различных растений сельхозкультур по Мугано-Сальянской зоне приведены в таблице 2.
Используя формулу (1) можно вычислить капиллярное питание растений за счет грунтовых вод в зависимости от глубины их залегания. Результаты вычислений приведены в таблице 3.
Расчеты показывают, что в зависимости от глубины залегания уровня грунтовых вод и глубины корневой системы растений капиллярное питание за счет грунтовых вод изменяется в различных диапазонах. При близком залегании уровня грунтовых вод к поверхности земли и глу-
Таблица 3 - Расчет капиллярного питания за счет грунтовых вод для культур Мугано-Сальянской зоны, м3/га
Вестник АПК
Ставрополья
№ 3(23), 2016
Экология
247
Таблица1 - Коэффициент, учитывающий капиллярное питание за счет грунтовых вод
Механический состав почвы Вид растений Глубина залегания уровня грунтовых вод, м
0,5 1,0 1,5 2,0 3,0
Легкий Без растений 0,45 0,75 - - -
При наличии растений:
Глубина корневой системы
до 0,6 м 0,85 0,40 0,15 0,05 -
до 1,0 м 1,0 0,55 0,25 0,25 -
больше 1, 0 м 1,0 1,0 0,70 0,40 0,05
Тяжелый Без растений - - - -
При наличии растений:
Глубина корневой системы
до 0,6 м 0,75 0,35 0,20 0,10 -
до 1,0 м 0,95 0,50 0,35 0,20 0,05
больше 1, 0 м 1,0 0,95 0,70 0,50 0,15
Таблица 2 - Величина оросительной нормы различных культур по Мугано-Сальянской зоне, м3/ га [7]
Хлопчатник Озимые зерновые культуры Подпокровная люцерна Двухлетняя люцерна
4900 3050 4800 6800
Глубина корневой системы, м Глубина залегания уровня грунтовых вод, м
0,5 1,0 1,5 2,0 3,0
Хлопчатник
до 0,6 м 4165 1960 735 245 -
до 1,0 м 4900 2695 1225 1225 -
>1 м 4900 4900 3430 1960 245
Озимые зерновые культуры
до 0,6 м 2592 1220 457 153 -
до 1,0 м 3050 1677 762 762 -
>1 м 3050 3050 2135 1220 153
Подпокровная люцерна
до 0,6 м 4165 1960 735 245 -
до 1,0 м 4900 2695 1225 1225 -
>1 м 4900 4900 3430 1960 245
Двухлетняя люцерна
до 0,6 м 5907 2480 1043 348 -
до 1,0 м 6950 3823 1737 1737 -
>1 м 6950 6950 4865 2780 348
бокой корневой системе величина капиллярного питания велика, и наоборот.
Для хлопчатника с глубиной корневой системы 0,6 м и нормой вегетационного орошения 4900 м3/га, при глубине залегания уровня грунтовых вод 1,0 м; 1,5 и 2,0 м значение показателя питания за счет грунтовых вод составляет соответственно 1960 м3/га (40 %), 735 м3/га (15 %) и 245 м3/га (5 %).
При глубине корневой системы 1,0 м в соответствие с глубиной залегания уровня грунтовых вод этот показатель составляет 2695 м3/га (55 %), 1125 м3/га (25 %).
При глубине корневой системы больше 1,0 м питание хлопчатника за счет грунтовых вод с глубиной залегания 1,0 м, 1,5 и 2,0 м будет составлять 4900 м3/га (100 %), 3430 м3/га (80 %) и 1900 м3/га (40 %).
Аналогичная ситуация имеет место и для других сельхозкультур. В настоящее время в условиях дефицита оросительной воды, применение этого метода вместе с вакуумно-дренажными системами имеет большое практическое значение в рациональном использовании водных ресурсов, а так же в регулировании взаимной связи систем вода и почва.
Литература
1. Калантаев В. А. Дренаж орошаемых земель и методы его интенсификации. Ашхабад : Ыльм, 1984. 280 с.
2. Климко А. И. Об использовании вакуума при осушении сельскохозяйственных земель // Гидротехника и мелиорация. 1964. № 12. С. 39-43.
3. Бобченко В. И., Булаева Г. А Вакуумирова-ние дренажа и капитальные промывки тяжелых сильнозасоленных земель // Хлопководство. 1975. № 8. С. 24-26.
4. Салахов Ф. С. Система закрытого дренажа сифонного действия // Труды / АзНИИГиМ. 1974. Т. 2. С. 172-178.
5. Ковда В. А. Основы учения о почвах. М. : Наука, 1973. Кн. 2. 408 с.
6. Багиров Ш. Н. Оросительная мелиорация. Баку, 1985. 26 с.
7. Каримли Н. Б. Оросительные режимы сельскохозяйственных культур в Азербайджанской республике. Баку, 2011. 57 с.
References
1. Kalantaev A. V. Drainage of irrigated land and the methods of its intensification. Ashkhabad : Ylm, 1984. 280 p.
2. Klimko A. I. On the use of vacuum during drainage of agricultural land. Hydraulic engineering and reclamation. 1964. № 12. P. 39-43.
3. Bobchenko V. I., Bulaeva G. A Pumping drainage and capital leaching of heavy strongly saline lands. Cotton. 1975. № 8. P. 24-26.
4. Salachov F. S. Closed drainage system with siphon influance. AzNIIGiM Works. 1974. № 2. P. 172-178.
5. Kovda V. A. Fundamentals of Soil studies. Book 2. M. : Science, 1973. 408 p.
6. Bagirov Sh. N. Irrigation reclamation. Baku, 1985. 26 p.
7. Karimli. N. В. Irrigation regimes of agricultural crops in the Republic of Azeribaijan. Baku, 2011. 57 p.
