11.3. Заходи щодо запобігання і зменшення розвитку водної ерозії

Водна ерозія ґрунтів можлива тоді, коли жива сила водного потоку перевищує протиерозійну стійкість ґрунту. Тому запобігання і зниження її розвитку можливе в разі дії чинників, спрямованих на зменшення живої сили потоку й посилення опірності ґрунту змиву. Це можливо шляхом застосування комплексу організаційно-господарських, агротехнічних, лісомеліоративних і гідротехнічних протиерозійних заходів, які регулюють природні та господарські негативні чинники і відкривають можливості керованого підвищення продуктивності землі.

Організаційно-господарські протиерозійні заходи – це проектування і впровадження науково обґрунтованого комплексу заходів щодо підвищення родючості ґрунтів, зокрема:

• визначення й уточнення меж землекористування господарств;

• правильний вибір сівозміни;

• проектування полів, доріг й скотопрогонів відповідно до рельєфу місцевості;

• проектування спеціальних ґрунтозахисних заходів;

• проектування захисних лісонасаджень;

• вибір виду й характеру гідротехнічних споруд;

• визначення спеціалізації господарства та його виробничих підрозділів.

Агротехнічні протиерозійні заходи включають:

• обробку земель поперек схилу;

• боронування зябу (створення борозен через 5-10 м, переривчасте боронування);

• трестування (при похилах 2-3° орють борозни вздовж і поперек схилів. У місці перетину утворюються перпендикулярні поглиблення, які затримують поверхневий стік);

• щілювання (нарізують щілини через 10-12 м на глибину 45-55 см);

• збагачення ґрунту органічною речовиною, без відвальна оранка і плоско різний обробіток ґрунту;

• впровадження ґрунтозахисних сівозмін, залуження (на схилах крутизною 3-5° розорані смуги завширшки 40-50 м чергуються з нерозораними 10-15 метровими смугами). Із збільшенням крутизни схилу ширина розораних смуг зменшується. Після того як на засіяних смугах утвориться травостій багаторічних трав, їх розорюють, а смуги, які залишились чистими в перший період залуження, засівають. Трави краще висівати разом із внесенням добрив;

проектування спеціальних траншей (у міжряддях саду, розташованих впоперек схилу, викопують траншеї з перемичками через 20-30 см, завглибшки 1,3-1,5 м і завширшки 0,4-0,6 м. Траншеї заповнюють гноєм на висоту 0,2-0,3 м, поверх укладають гілки, потім шар соломи, після цього вносять мінеральні добрива, а траншею засипають верхнім родючим шаром ґрунту завтовшки 15-20 см. Ділянку суцільно задерновують злаковими багаторічними травами, які багаторазово скошують і залишають для перегнивання. Щорічно траншеї рекомендується заповнювати скошеною травою. В період танення снігу і літніх зливових дощів траншеї майже повністю перехоплюють поверхневий стік. Урожайність за такої системи захисту порівняно із системою утримання ґрунту в саду під чорним паром підвищується на 10-18 %).

Лісомеліоративні заходи сприяють рівномірнішому розподілу зимових опадів і сніготаненню, знижують випаровування з поверхні ґрунту. Крім того, лісосмуги сприяють прискоренню морфогенезу змитих ґрунтів. Ґрунти трансформуються у вищі таксономічні ранги. Вздовж водорегулюючих лісових смуг формуються системи грунтополіпшених поясів з ознаками і властивостями, близькими до зональних ґрунтів.

Лісові насадження фільтрують як поверхневий, так і внутрішньогрунтовий стік, утримують більшу частину біогенних речовин. Установлено, що вміст біогенних речовин у водах поверхневого стоку з ріллі при проходженні через захисні смуги лісонасаджень знижується в середньому в 4-5 разів.

Лісосмуги залежно від місця розташування та призначення можуть бути:

• вітроломними – розташовуються у при вододільному фонді перпендикулярно до напряму переважаючих вітрів через 500-900 м і більше та шириною 10-15 м;

• водорегулюючими – призначені для поглинання поверхневого стоку з вищерозташованої площі й одночасного затримання твердого стоку (розміщуються у примережному фонді й мають ширину 15 м). На сильноеродованих схилах їхня ширина збільшується до 25-30 м. відстань між водорегулюючими лісосмугами залежить від крутизни схилу:

  Крутизна схилу, град.	Відстань між лісосмугами, м
  2,0-3,0	350-400
  3,0-3,5	250-300
  4,0-6,0	100-200

• прибалковими й прияружними - призначені для запобігання ерозійним процесам у нижній частині схилів примережного фонду. Розміщують такі смуги вздовж необлісених балок і ярів перпендикулярно до лінії току на відстані 3-5 м від брівки завширшки 20-30 м. На схилах балок і ярів здійснюють суцільне лісонасадження;

• прирусловими – лісосмуги розташовуються уздовж берегів річки, навкруги ставків та водосховищ і служать для захисту їх від замулення й руйнування берегів.

Гідротехнічні протиерозійні заходи здійснюють з метою боротьби з утворенням на схилах сконцентрованих потоків талих і дощових вод, затримання поверхневого стоку для зрошення та риборозведення, а також інших цілей.

Для цього проектують такі гідротехнічні споруди:

• водозатримуючі – затримують поверхневий стік на схилах водозаборів з метою запобігання скиду його в яри, балки та нижчерозташовані схилові землі. До них відносять водозатримуючі вали-канави вали-тераси.

• водоспрямовуючі – відводять водні потоки від ярів або незалужених схилів до водоскидних споруд чи добре укріплених схилів. До них відносять водоспрямовуючі вали і нагірні канави, вали й канави-розпилювачі;

• водоскидні – скидають сконцентрований поверхневий стік від вершин ярів на дно ярів або балок. Це швидко токи, перепади, шахтні та трубчасті водоскиди;

• донні – закріплюють дно ярів, запобігають їхньому розмиву. Це загати, напівзагати, донні перепади та пороги;

• водорегулювальні (водойми-регулятори) – споруджують на малих річках і струмках. Їх використовують комплексно в різних галузях господарства (риборозведення, водопостачання, зрошення), а також з рекреаційною метою.

Вали-канави – це гідротехнічні споруди для боротьби з ярами. Їх висота 1,3-2,0 м, ширина по гребеню 2-2,5 м. Закладення мокрого відкосу до 5-7, сухого – 2-3. Безпосередньо в ярах розміщують загати. При цьому частину яру вище загати засипають, або виположують, або лишають у попередньому вигляді як додатковий резервуар для затримання води й змитого ґрунту.

Для відведення вод від вершин ярів і припинення їхнього подальшого збільшення створюють водовідвідні вали, розраховані на пропуск найбільшої секундної витрати води 10 %-ї забезпеченості. У разі великого розчленування схилів, крім валів, будують бетонні споруди (східчасті перепади, швидкотоки).

Водозатримувальні вали-канави розраховують на затримання суми одного з більших об’ємів зливового або талого стоку ( ) за розрахунковий період. Цю витрату позначають .

Знайдений об’єм стоку має бути затриманий валом-канавою з певною довжиною , висотою валу та глибиною канави .

Довжину валу-канави можна визначити двома способами.

У першому випадку – якщо довжина валу-канави відома (має становити не більше 400-600 м). Тоді робочу висоту визначають за формулою

, (11.5)

де - похил поверхні землі у місці розташування валу-канави; - об’єм стоку, який затримується одним погонним метром довжини валу-канави . Розраховану робочу висоту валу можна прийняти меншою на 0,2-0,5 м, оскільки частина об’єму поверхневого стоку затримується канавою. Поперечні розміри валу-канави встановлюють згідно з рекомендаціями (табл..11.4).

Таблиця 11.4

Поперечні розміри валів-канав

Висота валу, м	Ширина гребеня валу-канави, м	Коефіцієнт закладення відкосів		Мінімальні коефіцієнти закладення відкосів канав перед валом
		верхового	низового
до 1,5	0,5-2,5	1,0-2,0	1,5	2,5
1,5-2,0	1,0-2,0	1,0-2,0	1,5	2,5
2,0-3,0	1,5-2,5	2,0-2,5	1,5-2,0	3,0

У другому випадку довжина валу-канави невідома. Тоді висоту його визначають за вибраною категорією класу споруди.

Потім графічно зображують поперечний переріз, згідно з рекомендацією, в масштабі 1:100 і визначають площу поперечного перерізу ставка і канави . Бажано визначити глибину канави , з умовою, щоб площа поперечного перерізу канави дорівнювала площі поперечного перерізу валу або була дещо більшою від неї, оскільки вона може бути резервом для насипання валу. Площу поперечного перерізу ставка перед валом або об’єм, що затримується одним погонним метром, знаходять за формулою

, (11.6)

де - робоча висота валу; м; - похил поверхні землі в зоні ставка; - закладення мокрого відсоку валу.

За робочою висотою валу і перевищенням гребеня валу над робочою висотою м і закладенням будують поперечний переріз валу і визначають його площу (рис. 6.4).

Оскільки , або , а ширина канави , тоді глибина канави дорівнює

або , (11.7)

Об’єм стоку, що затримується одним погонним метром валу-канави, становитиме

. (11.8)

Довжина валу-канави дорівнюватиме (м)

. (11.9)

Вали-канави розташовують на відстані від вершини яру, де - глибина яру в його вершині, м; - коефіцієнт запасу (приймають для супісків та суглинків К=1,4, для глин К=1,2).

У кінці основного валу для затримання води проектують глухі або відкриті шпори під кутом 110-140° до осі валу-канави. На валу-канаві через 60-100 м влаштовують перемички для запобігання скиду всього об’єму води затриманого валом-канавою у разі прориву валу (рис ?). гребінь валу і шпор проектують на одній позначці, а гребінь перемички – на рівні робочої висоти валу. У кінці шпор влаштовують трапецеподібний водообхід на рівні робочої висоти валу завширшки 1,0-2,5 м.

Одним із способів боротьби з водною ерозією є влаштування водойм-регуляторів. За способом наповнення і живлення водойми-регулятори бувають проточні (на малих річках або струмках) і безстічні (балки, яри й інші природні пониження місцевості). Водойми-регулятори наповнюються переважно водами поверхневого стоку під час сніготанення і зливових дощів. За санітарно-гігієнічними умовами мінімальна глибина проточних водойм-регуляторів має бути 2,2-3,0 м, а безстічних 3,5-4,5 м. забороняється напувати худобу безпосередньо з водойми. Для цього слід організувати спеціальні майданчики. Водойми-регулятори слід очищувати від наносів через кожні 3-5 років.

Для захисту водойм-регуляторів від замулення і забруднення навколо них влаштовують захисні дерево-чагарникові смуги завширшки до 20 м. (рис.6.3)

При розробці протиерозійних заходів враховують інтенсивність стоку і змиву ґрунтів, зміну продуктивності еродованих земель. Їх мета – створення умов, які перешкоджають формуванню сконцентрованого потоку води вже на верхніх елементах схилу.

В останні роки для цієї мети все більше використовують різноманітні методи моделювання – від простих (карти змитих ґрунтів) до математичних і фізичних (матеріальних) моделей. Намітились шляхи оптимізації цих моделей. Значення цього методу різко зросло через необхідність оптимального використання ерозійно-небезпечних територій. Для обґрунтування системи захисних заходів використовують прогнозні рішення.