Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв

Подождите немного. Документ загружается.

4.3.

ОРОСИТЕЛЬНАЯ СЕТЬ ИЗ ЗАКРЫТЫХ

ТРУБОПРОВОДОВ

Появление новых материалов, внедрение современных спосо-

бов орошения с применением широкозахватной дождевальной

тех-

ники, необходимость резкого повышения КПД оросительных сис-

тем и снижения потерь воды на фильтрацию определили возмож-

ность создания и целесообразность широкого применения ороси-

тельной сети из закрытых трубопроводов. Она позволяет повысить

КЗИ до 0,97 и увеличить КПД систем до 0,94—0,98, автоматизиро-

вать весь процесс полива. Использование оросительной сети из за-

крытых трубопроводов резко ослабляет или исключает пополнение

грунтового потока ирригационными водами и, как

следствие,

забо-

лачивание и засоление почв.

4.4.

ПЛОТИНЫ НА ВОДОХРАНИЛИЩАХ

ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Бесперебойное обеспечение орошаемого массива обычно свя-

зано с наличием зарегулированных масс воды, объем которых

определяется, во-первых, режимом орошения и, во-вторых, КПД

системы. С этой целью на оросительной системе сооружают водо-

емы и водохранилища различных типов.

Для создания водоемов и водохранилищ, служащих источни-

ком водоснабжения, для сооружения водозабора и в других целях

на оросительных системах предусматривается строительство пло-

тин. Строительство плотин в целях создания водохранилищ осо-

бенно широко применяется для орошения сельскохозяйственных

полей на местном

стоке.

По назначению и конструкции различают

три вида плотин, используемых в практике орошения,

—

водоза-

держивающие, водосливные и водозаборные.

Водозадерживающие плотины, сооружаемые на водото-

ке,

предназначены для аккумуляции в водоеме или водохранилище

необходимого для орошения объема воды. Водозадерживающая

плотина на 1-3 м выше, чем уровень воды в водохранилище. Водо-

задерживающие плотины устраивают из различных материалов

—

грунта, смеси грунта и камня, камня, железобетона. Оптималь-

ным материалом являются суглинки с отношением глины к песку

1:1—1:2.

Нельзя использовать

для

формирования тела плотины гли-

ну, торф, пески, так как глина при высыхании образует глубокие и

крупные трещины, а торф и песок обладают высокой водопрони-

цаемостью (рис. 49).

Водосливные плотины предназначены для подпора воды

на реке с целью организации самотечного водозабора или для

подъема воды на реке до отметок, благоприятных для строительст-

ва насосной станции и последующего механического водозабора.

122

Высота гребня водосливных плотин ниже уровня воды в реке. Та-

кие плотины

—

барражи

—

сооружают также для затопления каме-

нистых порогов и подъема воды над отмелями. Водосливные пло-

тины удерживают относительно небольшие объемы воды. Основ-

ная масса воды перекатывается через гребни. Их строят обычно из

железобетона (рис. 50).

На малых реках и ручьях в настоящее время используют мяг-

кие резиновые конструкции водосливных плотин.

Их высота не превышает

м. Мягкая оболочка плотины закрепля-

ется на дне специальными анкерными устройствами. Оболочка из

прорезиненной ткани наполняется водой. Достоинством мягких

тканевых водосливных плотин является простота монтажа и де-

монтажа, их невысокая стоимость. Такое устройство позволяет

устраивать запруды на временных

водотоках,

создавать искусствен-

ные водоемы глубиной до 3 м (рис. 49,50).

// 10 9

д е

Рис 49 Гипы земляных плотин (В В Колпаков, И П Сухарев, 1981)

—

из однородного грунта с замком, б в, г

—

с глиняным ядром и замком, д

—

из

однородного грунта со шпунтом, е

—

из однородного грунта с дренажной песча-

но-гравелистой отсыпкой, /

—

гребень плотины,

2 —

супесь, 3

—

суглинок,

4 —

гли-

на, 5— песчаный грунт, 6— глиняный зуб и экран, 7 —песчано-гравелистая отсып-

ка (дренаж), 8— замок, 9

—

водоупорный слой,

10—

песок,

11 —

шпунтовый ряд,

12 —

ядро

123

j<Hf?*^j*

Рис.

50. Водосливная бетонная плотина (барраж)

Водозаборные плотины используют для задержания мест-

ного стока. Их строят главным образом из грунта. Различают два

вида водозаборных плотин — однородные, или простые, и

сложные. В первом случае плотину из малопроницаемого

грунта возводят на слабоводопроницаемом основании. Во вто-

ром

—

водозаборная плотина сооружается на проницаемом основа-

нии (песке, известняке, меле) с залеганием на глубине

2—3

м и бо-

лее водоупорных пород. В этом случае плотина сооружается из

проницаемого грунта.

По гребню водозадерживающих и водозаборных плотин, т.е.

по их самой высокой части, обычно прокладывают дорогу, укреп-

ляют ее щебнем, асфальтом или железобетонными плитами. Отко-

сы плотины зависят от механического состава используемого грун-

та и от смоченности их поверхности. Для мокрого откоса (т.е. отко-

са, обращенного к акватории водохранилища) приняты следующие

коэффициенты откосов бортов плотины: для суглинков

—

2,5-3,0;

супесей

—

3-3,5; песков

—

3,5-4,0. Для сухого откоса

—

1,5-2,0;

2—2,5;

2,5-3,0 соответственно. Мокрый откос плотины укрепляют

каменной отмосткой, бетонными плитами, наброской камней в

клетки из ивовых прутьев и кольев и посадкой ивы вдоль уреза

воды.

Независимо от назначения при строительстве плотин преду-

сматривают комплекс специальных мероприятий по борьбе с

фильтрацией под телом плотины и в обход плотины. Наиболее

простым антифильтрационным мероприятием является устройство

124

Рис.

51. Водосливная плотина из мягких (прорезиненных) оболочек

Рис.

52. Схема установки водосливной плотины из мягких оболочек.

УВБ

—

уровень верхнего бьефа; УНБ

—

уровень нижнего бьефа

замка. Замки врезают в водоупорный слой на глубину 0,5-1,0 м.

Для устройства замка по всей длине трассы будущей плотины роют

траншею, которую заполняют мятой глиной. Если плотина созда-

ется из проницаемых материалов, в ее теле предусматривают

устройство непроницаемого глиняного ядра или ядра и эк-

рана. Наконец, если между основанием замка и водоупором залега-

ет водоносный горизонт, то замки дополняют шпунтовой

стенкой (рис. 49, д). Шпунтовая стенка представляет собой

плотно забитый в грунт сплошной ряд деревянных или бетонных

свай. Если же сваи полностью проходят водоносный горизонт и

врезаны в водоупорный слой, возможно практически полное пере-

крытие фильтрационного потока под телом плотины.

В крупных земляных плотинах с целью отвода профильтровав-

шейся воды в основании сухого откоса устраивают дренаж. Для

этого слоями по 15—20 см отсыпают вначале мелкий, затем круп-

ный песок, щебень, средние и крупные камни. Ширина такой дре-

125

нажной отсыпки поверху не менее метра, а ее высота должна со-

ставлять не менее

1/5—1/4

высоты плотины. Плотина работает нор-

мально и

ней

не

наблюдается явлений

суффозии,

если

дренажные

воды чистые и не содержат мути.

Искусственные водоемы (водохранилища) рассчитывают на

аккумуляцию только части паводкового или ливневых

расходов.

Их

основная часть обычно пропускается через плотину. Для пропуска

этого объема воды при строительстве водозадерживающих и водо-

заборных плотин предусматривают водосбросные и водосливные

сооружения. Они представлены водосбросным земляным или

бетонным каналом и водосливным сооружением в

теле плотины.

Водосбросной канал, выполняемый часто в сочетании с пере-

падами и быстротоками, строят в обход плотины. Дно водосброс-

ного канала должно находиться на отметке нормального проектно-

го уровня (НПУ). Поэтому сброс воды по каналу осуществляется

автоматически. Водосливные сооружения в теле плотины выпол-

няют из дерева или бетона. Их оборудуют подъемными щитами

(затворами) для регулирования сброса.

Кроме

того,

плотина оборудуется трубчатыми донными

водовыпусками для полного спуска воды при ремонте плоти-

ны,

очистке дна

от аккумуляции

твердого

стока

и для

вылова рыбы.

Расчет объема воды, аккумулируемой водоемом (водохранили-

щем),

производят исходя из потребностей орошаемого земледе-

лия, рыбного хозяйства и других народно-хозяйственных и приро-

доохранных задач. Если объектом орошения яшгяются незаселен-

ные почвы, то мелиоративные мероприятия ограничиваются зада-

чами регулирования водного (и пищевого) режима почв. Вместе

с тем в засушливых районах страны весьма распространенным объ-

ектом орошения оказываются засоленные и солонцеватые почвы,

использование которых в сельскохозяйственном производстве тес-

ным образом связано

необходимостью выполнения специального

и достаточно сложного комплекса мелиоративных мероприятий

по изменению и улучшению

их

химических и физических свойств,

предупреждению угрозы вторичного засоления и осолонцевания.

В этом случае объем водохранилищ должен предусматривать акку-

муляцию воды не только исходя из

расходов,

связанных

водопот-

реблением культур, потерь воды на фильтрацию, но и на опресне-

ние почв (или почвообразующих пород и поверхностных горизон-

тов засоленных грунтовых вод).

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

• ПОЛИВНОГО РЕЖИМА

В естественных богарных условиях водопотребление сельско-

хозяйственных и других растений осуществляется за счет атмо-

сферных осадков, почвенной влаги, а также в результате миграции

воды к корням по капиллярам от зеркала грунтовых вод. Однако

этой влаги часто бывает недостаточно для создания проектируемо-

го урожая или для поддержания оптимального режима увлажнения

для декоративных или иных культур. Поэтому возникает необходи-

мость в дополнительном увлажнении почв с помощью орошения.

Разработка режима орошения предполагает анализ следующих па-

раметров.

5.1.

ОРОСИТЕЛЬНАЯ НОРМА

Оросительной нормой называют общее количество воды, ко-

торое необходимо подать на орошаемое поле для того, чтобы полу-

чить планируемую урожайность:

E-P±AW-W

где М — оросительная норма; Е — водопотребление; Р — осадки

расчетной обеспеченности, используемые за вегетационный пери-

од;

А И

—

используемый запас влаги из почвы; W,p

—

объем воды,

поступающий из грунтовых вод (размерность всех значений —

/га). Используемый запас влаги из почвы ±Д W

—

разность меж-

ду запасами влаги в начале и в конце вегетации. Объем воды, по-

ступающий от зеркала грунтовых вод W^, зависит от их уровня,

физических свойств почв, климатических условий, возделываемых

сельскохозяйственных культур, степени развития корневых систем

растений. Если грунтовые воды залегают на глубине 2—2,5 м, их

вклад в водный режим корнеобитаемых горизонтов невелик. При

залегании грунтовых вод на глубине

> 3

м поступлением влаги от их

зеркала при практических расчетах можно пренебречь.

При расчете оросительной нормы учитывают атмосферные

осадки более 5 мм. Абсолютные величины оросительных норм при

127

прочих равных условиях зависят от климата местности и погодных

условий года. Так, оросительная норма для люцерны, по данным

Л.В.

Скрипчинской, A.M. Янголя и др. (1977), в засушливой зоне

составляет 5800 м

/га, в зоне недостаточного увлажнения

—

4400, а

в зоне неустойчивого увлажнения

—

3400 м

/га. Резко изменяется

оросительная норма но годам в одном и том же районе. Например,

в сухой степи оросительная норма для озимой пшеницы в год

95%-й обеспеченности осадками состаатяет 3400 м

/га, 25%-й

обеспеченности

—

только 1100 м

/га.

При расчете оросительных норм для обоснования проекта оро-

шения их обычно оиреде;шют для условий засушливого года с

осадками 95%-й обеспеченности. Засушливость года характеризу-

ется не только осадками, но и дефицитом влажности воздуха.

5.2.

ПОЛИВНАЯ НОРМА И ВИДЫ ПОЛИВОВ

Поливной нормой называют то количество воды, кото-

рое необходимо для одного полива. Сумма поливных норм, необ-

ходимых для поддержания влажности почвы на уровне, благопри-

ятном для роста и развития культур

течение всего периода вегета-

ции, соответствует оросительной норме. При расчете поливной

нормы необходимо исходить из того, что при поливе в почву дол-

жно быть подано только то количество воды, которое не нарушит

жизнедеятельности растений, не будет просачиваться в глубокие

слои почвы и не будет пополнять грунтовый поток.

Влажность почвы при поливе поэтому не должна превышать

ППВ

—

верхнего предела оптимального увлажнения почвы при по-

ливе. Нижний предел ориентировочно соответствует влажности,

равной 0,7 ППВ (0,65-0,75 ППВ ), что равно или близко к влажно-

сти разрыва капиллярной связи. Таким образом, объем поливной

нормы в любом случае не должен быть больше, чем запас влаги в

почве, равный разности ППВ

—

0,7 ППВ. В общем виде поливные

нормы определяют по формуле

,7ппв/>

где М — поливная норма, м

Да; В

—

активный слой почвы, м;

— средневзвешенная плотность активного слоя почвы, т/м

;

im3

—

оптимальная влажность активного слоя почвы после поли-

ва, практически равная или несколько меньшая ППВ (0,90-0,95

ППВ);

^о,7ппв

—

влажность активного слоя почвы перед поливом

(^ппв

Щ,7пиъ

— влажность почвы в % к сухой массе ).

Известная динамичность верхнего предела оптимальной влаж-

ности активного слоя (W

—

от ППВ до 0,90-0,95 ППВ), отража-

ет общую современную тенденцию уменьшения расхода воды на

орошение и снижения ее потерь на инфильтрацию в грунтовый по-

128

ток (главным образом по крупным трещинам). Следует, однако,

подчеркнуть, что такое снижение значений верхнего предела опти-

мальной влажности обычно сопровождается некоторым падением

урожая (например, по зерновым на 5—15%, иногда больше). Поэто-

му определение оптимальных значений поливной нормы представ-

ляет собой в значительной мере агроэколого-экономическую зада-

чу, связанную с выбором таких объемов поливных вод, при кото-

рых это снижение урожая оказывается оправданным сокращением

расхода воды на полив.

Основным видом полива является вегетационный по-

лив.

Вегетационный полив может быть увлажнительным,

направленным на поддержание в активном слое благоприят-

ной влажности почвы для роста и развития растений, и осве-

жительным, который необходим для повышения влажности

приземного слоя воздуха, очистки поверхности листьев от пыли,

удобрений, их охлаждения. Освежительные поливы производят

нормой 50-100 м

/га. Они особенно полезны при атмосферной за-

сухе для овощей, чая, картофеля, свеклы.

При определении поливных норм для вегетационных увлажни-

тельных поливов ориентируются на мощность активного слоя,

т.е.

такой толщи почвы, в которой сосредоточено 90% корней рас-

тений. Орошение эффективно, если при поливе хорошо увлажня-

ется активная корнеобитаемая толща почвы. Мощность такой тол-

щи изменчива. Это обусловлено как изменением корнеобитаемой

зоны у одних и тех же культур во время вегетации, так и разной

мощностью корневых систем

разных растений в одну и

ту же

фазу

вегетации. Так, в плодоносящих садах во время вегетации необхо-

димо промачивать при поливе слой почвы мощностью

0,8—1,0

м;

для зерновых в начале и конце вегетации активный слой промачи-

вания равен соответственно

0,4-0,5

0,7—0,8

м; для многолет-

них трав

—

0,5-0,6

0,8-0,9

м. Рекомендуются следующие ориен-

тировочные глубины расчетного (активного) слоя для различ-

ных сельскохозяйственных культур при поверхностном орошении

(табл. 11).

Размер поливной нормы связан не только со свойствами почв

и культурой, но и со способом полива. Чтобы добиться равномер-

ного увлажнения при поверхностном поливе, поливная норма не

должна быть меньше 600 м

Да. Максимальные размеры поливных

норм при поверхностном поливе имеют место при орошении напу-

ском по полосам (до 1000-1400 м

/га). Вместе с тем при дождева-

нии обычно используют поливные нормы, равные 200-300 м

/га.

Теоретически при дождевании можно вылить любую величину по-

ливной нормы и равномерно увлажнить почву, но при конкретном

проектировании расходов следует иметь в виду, что потери влаги

на испарение в этом случае будут значительными — до 10—40%.

Поэтому и мощность расчетной толщи при определении поливной

9 - 2099

129

Таблица

Ориентировочная мощность расчетного слоя увлажнения

при вегетационных поливах

Культура

Зерновые

Кукуруза

Сахарная свекла

Многолетние травы

Хлопчатник

Капуста, лук, огурцы

Картофель, корнеплоды,

томаты

Сады и виноградники

Фаза развития

кущение

выход в трубку

до выброса метелки

после выброса метелки

укоренение

развитие листьев

образование корнеплодов

кущение

бутонизация (выход в трубку)

до цветения и после укоса

бутонизация

цветение

созревание

укоренение

максимальное развитие

укоренение

максимальное развитие

в период вегетации

Мощность активного

слоя,м

0,4-0,5

0,6-1,0

0,4-0,5

0,6-1,0

0,3-0,4

0,4-0,6

0,6-0,7

0,4-0,5

0,5-0,6

0,8-1,0

0,5-0,6

0,7-1,0

0,5-0,6

0,2-0,3

0,3-0,6

0,3-0,4

0,5-0,7

0,8-1,5

нормы связана со способом полива. Так, при дождевании обычно

увлажняют слой не более

0,5—0,6

м; при напуске по полосам и за-

топлении по чекам

—

1,0—1,5

м.

В зонах недостаточного увлажнения с сухой весной, малоснеж-

ной зимой практикуют влагозарядковые поливы. Они необ-

ходимы для того, чтобы к моменту сева влажность почвы была бла-

гоприятна для развития растений. Влагозарядковый полив произ-

водят осенью или весной до посева. Его осуществляют на большую

глубину (до

1,0—1,5

м) более крупными нормами, чем вегетацион-

ные поливы. Так, для легких почв — 800-1200, для тяжелых —

1500-2000 м

/га. Влагозарядковые поливы, очевидно, недопусти-

мы при близком залегании грунтовых вод. Норму влагозарядки

определяют по формуле

Ш-Н-р

-(W

-lV

scl

.)-a-P+E

где /я

вз

— норма влагозарядки, м

/га; В

—

мощность расчетного

слоя почвы, м; Pi

—

средневзвешенная плотность расчетного слоя

почвы, т/м

;

TmB

—

оптимальная влажность расчетного слоя поч-

вы после полива, практически равная или несколько меньшая

ППВ (0,90—0,95 ППВ);

SCT

—

естественная влажность расчетного

130

слоя почвы перед полином (W

nnB

и W

ecT

—

влажность почвы в % к

сухой массе ); Р

—

объем осадков осенне-зимнего периода, м

/га;

—

коэффициент использования осадков; ej

—

испарение за осен-

не-зимний период, м

Да.

Вневегетационные, или специальные, поливы обычно произ-

водятся следующими нормами. Предпосевной полив

—

перед

севом второй культуры (летом), норма — 800-1000 м

/га. Поса-

дочный полив

—

при высадке рассады; полив дождеванием, нор-

ма

—

150—200 м

/га. Промывной полив применяют для удале-

ния избытка солей из почвы, выполняют обычно путем подачи

на поля крупных норм воды. Промывные поливы позволяют уда-

лить соли через дренажную сеть с орошаемого поля. Различают

капитальные промывки, осуществляемые обычно 1—2 раза за

ротацию севооборота нормами 4-6 тыс.

/га

и более, и п р о ф и -

лактические, или эксплуатационные, промывки, кото-

рые производят через 1—2 года. Последние выполняют в виде вла-

гозарядкового полива нормой

2—5

тыс.

/га

напуском по полосам

или по чекам.

5.3.

РЕЖИМ ОРОШЕНИЯ, ОРОСИТЕЛЬНЫЙ

ГИДРОМОДУЛЬ И ОРОШЕНИЕ

СЕВООБОРОТНОГО УЧАСТКА

Распределение поливов во времени с определенными полив-

ными нормами называется режимом орошения. Поскольку в

орошаемом земледелии полив производят таким образом, чтобы

влажность почвы постоянно находилась в интервале от нижнего

предела оптимальной влажности для развития растений (обычно

65—75%

ППВ) до предельной полевой влагоемкости, сроки назна-

чения поливов могут быть определены графически на основе рас-

чета водного баланса но методике А.Н. Костякова (1951). Для про-

ектирования режима поливов (или режима орошения) необходимо

изучить и уточнить для конкретных условий следующее:

1) общую потребность данной культуры в воде для создания

необходимого урожая;

2) суточное водопотребление по фазам развития культуры;

3) мощность активного слоя и его изменение в ходе вегетации;

4) нижний допустимый предел содержания влаги в почве;

5) запас влаги в активном слое почвы;

6) количество и распределение осадков на протяжении вегета-

ционного периода.

На графике (рис. 53) строят две кривые. Нижняя А~А\ отража-

ет изменение запаса влаги в активном слое почвы при возделы-

вании данной культуры, соответствующего нижнему пределу опти-

мальной влажности роста и развития растений (0,65—0,75 ППВ).

131