Осушительно-увлажнительные системы

Целью мелиорации избыточно увлажненных почв является созда­ние в корнеобитаемом слое почвы оптимального водного режима для сельскохозяйственной культуры. Добиться этого одним осушением очень трудно, поскольку осушаемые земли Беларуси часто нуждаются в дополнительном увлажнении в засушливые периоды вегетации. По­дать воду в корнеобитаемый слой почвы можно разными методами. Под увлажнением обычно понимают подачу дополнительной влаги растениям по почвенным капиллярам от источника влаги, находя­щегося в почве. Различают следующие способы увлажнения: внутрипочвенное и подпочвенное. Первый способ реализуется с помощью устройства внутри почвы полостей, по которым подается вода непо­средственно к корням растений. В Республике Беларусь большое распространение получило подпочвенное увлажнение. На системах подпочвенного увлажнения вода к растениям подается по капиллярам почвы от уровня грунтовых вод. В Беларуси такие системы построены на площади около 700 тыс. га, или почти на 25 % осушаемой территории.

Самой простой реализацией осушительно-увлажнительной системы является шлюзование одиночных открытых водотоков (проводящих каналов) и через них - регулирующей сети. Для повышения эффекта увлажнения выполняют также дополнительные мероприятия, способствующие более интенсивному и равномерному увлажнению корнеобитаемого слоя от уровня грунтовых вод.

Под шлюзованием понимают задержание стока и накопление воды в каналах для передачи ее по порам почвы в межканальное про­странство и к корням растений. Различают предупредительное и гаран­тированное шлюзование.

При предупредительном шлюзовании сток воды в водотоках задерживают на фазе спада весеннего паводка, стабилизируя уровень воды на отметках, позволяющих вести весенне-полевые работы. С по­мощью этого приема создается объем воды, который постепенно испо­льзуется на увлажнение не только в начале весны, но и насколько возможно в период вегетации растений. При предупредительном шлю­зовании используются воды, стекающие с водосбора мелиоративного объекта (так называемый местный сток).

Гарантированное увлажнение - это поддержание уровня грун­товых вод на заданных отметках с целью регулирования влагозапасов зоны аэрации в соответствии с требованиями растений. Оно осущест­вляется путем аккумулирования стока с собственного водосбора, а так­же подачей воды из внешних гарантированных водоисточников. При этом виде увлажнения поддерживается требуемая влагообеспечен- ность почвы в течение всего вегетационного периода независимо от естественного природного хода элементов водного баланса.

По способу подачи воды в почву гарантированное увлажнение подразделяют на непрерывное и цикличное. При возможности непре­рывной подачи воды стремятся обеспечить расположение уровней грунтовых вод в оптимальном (наиболее безопасном) диапазоне по заранее заданной программе. При цикличной подаче воды осуществ­ляется периодическое поднятие уровня грунтовых вод до установ­ленных отметок, соответствующих верхнему оптимальному положе­нию в расчетный период. Цикличную подачу воды можно проводить при увлажнении земель, используемых под сенокосы и пастбища на водооборотных осушительно-увлажнительных системах, а также на системах, расположенных вблизи наливных водохранилищ.

Осушительно-увлажнительные системы можно проектировать при уклонах местности до 0,0005, если в качестве увлажнительной сети используется открытая сеть, и до 0,005, когда предусматривается за­крытая сеть. Водопроницаемость грунтов при этом должна быть не менее 0,5 м/сут. При возможности непрерывной подачи воды на ув­лажнение допускается проектирование осушительно-увлажнительных систем на грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,5 м/сут. Для повышения эффекта при этом применяют агромелиоративные меро-приятия, повышающие водопроницаемость грунтов.

Повысить эффективность увлажнения почв можно путем установки подпорных устройств на каждом канале (водотоке), если имеется до­статочное количество воды для увлажнения. При гарантированном водоисточнике воду для шлюзования можно забирать из вышераспо­ложенного водотока (магистрального или ограждающего канала). Та­кой способ подачи сократит время на заполнение сети водой и позво­лит оперативнее воздействовать на уровень грунтовых вод.

На закрытой сети в качестве подпорного сооружения применяются смотровые колодцы с установкой в них регулирующих устройств (шандоры, автоматические регуляторы уровней воды, другие приспо­собления для задержания стока воды в закрытой проводящей сети). Если вода в сеть подается из вышерасположенного водотока, в вер­ховье коллектора устанавливают водоприемный колодец.

Во избежание попадания в закрытую сеть мусора и твердых частиц из канала, входной оголовок располагают выше дна канала не менее чем на 0,2 м и устраивают сорозадерживающую решетку. В целях избежания повреждения дрен-увлажнителей в зимний период увлаж­нительный коллектор может соединяться с дренами-увлажнителями сверху, в одной плоскости или иметь самостоятельный сброс при кон­сервации системы на зиму.

Осушительно-увлажнительные системы удобно применять на рав­нинных поймах при польдерном осушении земель или на водообо- ротных системах. Увлажнение почв с помощью закрытой сети даст больший эффект, чем с открытой сетью. На закрытых системах рас­стояние между дренами-увлажнителями меньше, чем между откры­тыми каналами. Подаваемая вода из водоприемных отверстий труб сразу поступает в почву и более равномерно увлажняет ее.

Если увлажнение земель проводится с помощью дождевания, т. е. путем орошения, то параметры осушительной сети должны согласо­вываться с параметрами применяемой дождевальной техники. Подзем­ные коммуникации дождевальных систем прокладывают после устрой­ства закрытой сети, т. е. после проведения осушения почв.

Прогрессивным направлением в развитии гидромелиорации явля­ется создание водооборотных систем. Эти системы наиболее перспек­тивны в экологическом плане, поскольку позволяют задерживать в пределах объекта мелиорации местный сток (в искусственно создан­ных водохранилищах или прудах) и расходовать его в периоды засухи для увлажнения или орошения. При этом одновременно с накоплением и использованием сбросных вод повторно утилизируются вынесенные из почвы с дренажным стоком химические элементы и биогенные ве­щества, предотвращается загрязнение природных водных источников удобрениями, пестицидами, гербицидами и пр.

Конструктивные изменения в системах, в которых обеспечивается использование дренажных вод на орошение, связаны с необходимо­стью устройства насосных станций. Накопительные емкости для ре­зервирования местного стока обычно создаются или в полувыемке- полунасыпи (при равнинном рельефе), или на повышенных элементах рельефа (при наличии холмов).

Причем компоновка водооборотной системы достаточно сложна, поскольку необходимо предусмотреть устройство каналов для пере­хвата вод, фильтрующихся из накопительных емкостей. Общим свой­ством этих систем является некоторая расточительность электроэнер­гии, существенны затраты на строительство прудов и насосных стан­ций.

Экологическое совершенствование гидромелиоративных систем с помощью водооборота применимо для всех типов мелиоративных си­стем, кроме осушительных.

Конструкций водооборотных систем предложено доста­точно много. Известны польдерные системы водооборотного типа, дренажно-оросительные водооборотные системы с коллекторами и дренами-накопителями, водооборотные системы с грунтовым водо­хранилищем и др. Большинство данных систем совмещает осушение с орошением. Причем для орошения может использоваться любая дож­девальная техника - установки, машины и агрегаты.

При конструктировании водооборотных систем основное внимание уделяется согласованию расхода воды, потребляемого для орошения, объема местного стока и накопительных емкостей. Для гарантированного регулярного орошения часто возникает необходимость подводить дополнительно воду из водоисточника, поскольку накопленного дре­нажного стока может быть недостаточно. Расчет водооборотных си­стем обычно выполняют с помощью графиков наполнения и опорож­нения накопителей, с учетом которых определяют капитальные и экс­плуатационные затраты.

В целом затраты на охрану природы связаны с разработкой новых элементов мелиоративных систем, которые должны выполнять произ­водственные и природоохранные функции.