Тема: Відомості про сільськогосподарську гідрологію.

Питання для самостійної роботи:

1. Види води в грунті і визначення її запасів.

2. Водні властивості грунтів.

3. Константи грунтової вологи.

4. Типи водного живлення.

Література:

1. Г.А. Мисик «Основи меліорації і ландшафтознавства» ст.7-12; 28-32.

Методичні рекомендації

При вивченні першого питання необхідно виділяти такі основні види (категорії) грунтової воло­ги, що відрізняються між собою міцністю зв’язку з твердою фазою грунту і доступністю води для рослин.:

1.Кристалізаційна (конституційна) волога — характеризується надзвичайно високою міцністю зв’язку.

2.Тверда волога (лід).

3.Пароподібна волога.

4.Міцнозв’язана волога — досить міцно утримується адсорбційни­ми силами, утворює на поверхні грунтових частинок тонку плівку.

5.Рихлозв’язана волога — утримується на поверхні тонких плівок міцнозв’язаної.

Всі перелічені вище види води в грунті недоступні для рослин.

6.Вільна (гравітаційна) волога — не зв’язана силами притягання з грунтовими частинками; доступна для рослин. Надмірна кількість води у грунті шкідлива для рослин, тому що заповнює пори і витіс­няє повітря, яке потрібне для аерації грунту.

При вивченні другого питання необхідно звернути увагу на те, що грунт складається з твердої, рідкої та газоподібної фаз. Тверда фаза — мінеральні речовини, живі та мертві організми. Рідка фаза — вода і органічні речовини. Газоподібна фаза — грунтове повітря, яке містить у собі пари води, С0₂, ИН₃ тощо.

Фізичні властивості грунту характеризуються його щільністю, об’­ємною масою, пористістю, пластичністю, твердістю та зв’язністю.

Щільність грунту — відношення маси твердої фази грунту до його об’єму. її визначають за формулою

ρ =

де р — щільність грунту, кг/м³; М — маса твердої фази грунту, кг; У о — об’єм твердої фази грунту, м³.

Щільність мінеральних грунтів становить 2,5...2,7, а торфових 1,5... 1,8 г/см³.

Об’ємна маса— відношення маси грунту до його об’єму разом з порами, заповненими водою і повітрям при непорушеній його щіль­ності:

α =

де а — об’ємна маса, кг/м³; М — маса грунту, кг; V — об’єм грунту з порами, заповненими водою і повітрям, м³.

Об’ємна маса мінеральних грунтів коливається в межах 1...1Д а торфових — 0,1...0,3 г/см³.

Пористість — сумарний об’єм пор між частинками твердої фази грунту в одиниці його об’єму:

Ρ =

Для мінеральних грунтів загальна пористість становить 40...50, а для торфових — близько 80...95 %.

Пластичність — властивість грунту змінювати свою форму під дією сил і зберігати її.

Твердість — властивість грунту чинити опір проникненню в нього твердих тіл (кг/м²).

Зв’язність — властивість взаємного зчеплення грунтових частинок, у результаті чого грунт чинить опір і протистоїть роздавлюванню, стисненню або розриву.

Водні властивості грунту характеризуються вологістю, водопро­никністю, вологоємкістю, водовіддачею, всмоктуючою силою, вологіс­тю в’янення, вологістю розриву капілярного зв’язку.

Вологість грунту визначається кількістю води, що міститься в да­ний час у грунті. Виражають її у процентах від маси або об’єму грунту.

Водопроникність — властивість грунту вбирати і пропускати крізь себе воду; характеризується коефіцієнтом фільтрації — швидкістю просочування води за одиницю часу при похилі, що дорівнює оди­ниці.

Вологоємкість — здатність груніту вбирати і затримувати макси­мальну кількість води, що відповідає в кожний відрізок часу дії на неї зовнішніх сил. Залежно від сил, які затримують вологу в грунті, розрізняють максимальну адсорбційну, повну, капілярну, найменшу і найбільшу польову вологоємкість.

Водовіддача — властивість грунту віддавати вільну гравітаційну воду шляхом стікання. Найбільша величина водовіддачі дорівнює різниці 'між повного і найменшою польовою вологоємкістю.

Всмоктуюча сила грунту — властивість грунту приєднувати і за­тримувати в собі вологу при контакті з водою в умовах певної воло­гості. Величина всмоктуючої сили грунту виражається в атмосферах та сантиметрах водяного стовпа і коливається відповідно від нуля — при повному насиченні вологою до 10⁴ атм. для сухого грунту.

Вологість в’янення — ступінь зволоження грунту, при якому по­чинається стійке в’янення рослин.

При вивченні третього питання запам’ятати, що константи (сталі величини) грунтової вологи, або грунтово-гід­рологічні константи, відповідають якісним змінам форм руху води (і розчинених у ній солей) в грунті. Ці константи широко використо­вуються для розробки заходів регулювання водного і сольового ре­жимів меліорованих земель.

Розрізняють шість основних грунтово-гідрологічних констант, які виражають у процентах від маси або об’єму грунту.

1.Максимальна адсорбційна вологоємкість (МАВ)—найбільша кількість міцнозв’язаної води, що утримується силами адсорбції.

2.Максимальна гігроскопічність (МГ) — найбільша кількість во­логи, яку грунт може увібрати з повітря, майже повністю насиченого вологою (відносна вологість повітря вище 94 %).

3.Грунтова вологість стійкого в’янення рослин (ВВ) — рослини починають виявляти ознаки в’янення, які не зникають після перене­сення їх в атмосферу, насичену водяною парою.

4.Вологість розриву капілярного зв’язку (ВРК) —вологість грун­ту, при якій рухомість підвішеної вологи в процесі висушування різ­ко зменшується.

5.Найменша, або польова, вологоємкість (НВ) — максимальна кількість капілярно-підвішеної вологи.

6.Повна вологоємкість, або повна водомісткість (ПВ),—найбіль­ша кількість води, яку може вмістити грунт після заповнення всіх його пор.

Крім названих констант ряд грунтознавців (А. А. Роде, В. Н. Смир- нов) виділяють ще одну — найбільшу польову вологоємкість (ППВ), що відповідає максимальній кількості капілярно-підпертої вологи і завжди вишд за найменшу, або польову, вологоємкість.

У літературі з грунтознавства вологість стійкого в’янення рослин вважають нижньою межею доступності вологи рослинам. Воду, що міститься в грунті між польовою вологоємкістю і вологістю в’янення, вважають продуктивною, тобто такою, що може засвоюватися росли­нами. Але не вся продуктивна волога легкодоступна для рослин. Для кожного грунту є рівень вологості, нижче якого рухомість води значно зменшується і засвоєння її рослинами утруднюється, внаслі­док чого темп росту і розвитку рослин починає зменшуватися. Цей рівень називається критичною вологістю і є нижньою межею опти­мальної для рослин вологості грунту.

Нетрудно зрозуміти, що в зрошувальних меліораціях за нижню межу оптимальної вологості грунту приймають вологість розриву ка­пілярного зв’язку.

При вивчення четвертого питання необхідно знати, що розрізняють такі основні типи вод­ного живлення (ТВЖ): атмосферний, підгрунтовий, підгрунтово-напірний, схиловий (делювіальний) і намивний (алювіальний).

При атмосферному ТВЖ основним джерелом надлишкової во­логи є атмосферні опади. Він властивий верховим болотам, а та­кож рівнинам з глинистими і суглинковими грунто-підгрунтями і при малих похилах поверхні.

В разі підгрунтового ТВЖ землі перезволожуються підгрун­товими водами, які близько залягають від поверхні (до 1,2 м). Глибина залягання їх мінімальна навесні після танення снігу і в дощові періоди, а максимальна — влітку, в посушливі. Грунто- підгрунтя з підгрунтовим ТВЖ характеризуються доброю водо­проникністю; звичайно такі землі розташовані в низинах.

Підгрунтово-напірний ТВЖ властивий землям, у водному живленні яких беруть участь підземні води другого від поверхні землі водоносного горизонту, відокремленого від підгрунтових вод слабкопроникним пластом (глини, суглинки та ін.). Висхідна течія води з напірних пластів у підгрунтові води забезпечується за рахунок перевищення рівнів (напору). Підгрунтово-напірний ТВЖ також спостерігається на болотах, розташованих у глибо­ких пониззях.

При схиловому ТВЖ землі перезволожуються за рахунок во­ди, що тече по схилах. Він властивий, як правило, важким грун­там, розташованим на схилах та біля підніжжя їх.

В разі намивного ТВЖ основною причиною перезволоження є води річок, озер, водосховищ та морів, що виходять з берегів у періоди повеней, паводків та припливів і застоюються на поверх­ні землі. Він є основним для земель, розташованих у заплавах річок та озер, у річкових дельтах.

Питання для самоконтролю

1. Назвати водні властивості грунтів та види води в грунті.

2. Перечисліть константи грунтової вологи

Тема: Водні ресурси та їх використання.

Питання для самостійної роботи:

1. Поверхневі і підземні води і їх класифікація, та використання у с/г.

2. Вимоги до якості поливної води.

3. Значення і типи ставків і водоймищ та їх використання з метою зрошення і водопостачання та експлуатація їх.

Література:

1. Г.А. Мисик «Основи меліорації і ландшафтознавства» ст. 204-207; 187-191; 191-193;

2. В.П. Кравченко «Меліорація з основами геодезії» ст. 98-99; 106-107.

Методичні рекомендації

При вивченні першого питання необхідно звернути увагу на те, що Джерелами води для зрошення можуть бути річки, озера, водосхо­вища, підземні води, поверхневі води місцевого стоку, стічні води. Основними джерелами для зрошення є води річок в природному або зарегульованому стані. Води Землі з наявними в них твердими, рід­кими і газоподібними речовинами становлять природні води. Природ­ні води, які використовуються або можуть бути використані в народ­ному господарстві, відносять до водних ресурсів.

Систематизоване зведення відомостей про водні ресурси країни на­зивають водним кадастром.

Природні води бувають поверхневими та підземними. Зосереджен­ня природних вод на поверхні суші або в гірських породах, що мають характерні особливості поширення і режиму, називають водним об’єк­том. До поверхневих водних об’єктів належать водотоки і водойми. Природні водотоки бувають періодичні (тимчасові) і постійні (річки, струмки). Штучні водотоки — це канали і трубопроводи. Водойми також поділяють на природні (озера, лимани) і штучні (ставки і водо­сховища).

Безпосередньо на території республіки формується близько 50 млрд. м³ поверхневих вод та притікає з суміжних територій більше ЗО млрд. м³. Поверхневий стік, що формується на території республіки переважно за рахунок атмосферних опадів, зосереджений в основно­му в малих річках. Залежність водних ресурсів від кількості атмос­ферних опадів призводить до великої нерівномірності природного режиму малих річок (коливання горизонтів, величини та об’ємів стоку води) як протягом року, так і протягом багаторічного періоду.

Значну роль відіграють підземні води, які утворюються завдяки інфільтрації (просочуванню) поверхневих вод. Запаси підземних вод у нашій республіці розподілені також дуже нерівномірно. Найбільші запаси їх у північно-західній частині (близько 75 % підземних вод). Найменше забезпечені південна частина республіки та райони Дон­басу. За даними Міністерства геології УРСР, прогнозні запаси під­земних вод становлять 21,4 млрд. м³/рік (54,4 млн. м³/добу).

За умовами залягання підземні води поділяються на верховодку, грунтові та артезіанські. Іноді виділяють міжпластові безнапірні води.

Верховодка — це тимчасові, сезонні скупчення краплинно-рідин- них вод у товщі грунтів зони аерації (ненасиченої зони) над поверх­нею окремих шарів або лінз, що мають слабу водопроникність. Води верховодки практично не застосовують при зрошенні. Іноді їх вико­ристовують для водопостачання сільської місцевості. Якість води най­різноманітніша; верховодки можуть забруднюватися, водні запаси їх несталі. Нерідко вони стають причиною перезволоження грунтів.

До грунтових належать води першого від поверхні землі водонос­ного горизонту, що залягають на водонепроникному пласту. Водонос­ний пласт заповнений звичайно не на повну потужність (зверху над рівнем грунтових вод розміщується зона аерації), тому грунтові води мають вільну водну поверхню, тобто вони безнапірні. Грунтові води формуються безпосередньо за рахунок інфільтрації атмосферних опа­дів, тому область живлення та поширення грунтових вод співпадають. Рівень грунтових вод зазнає значних коливань залежно від атмосфер­них опадів: у період танення снігу та дощів він піднімається, а в по­сушливий період — знижується. Грунтові води легкодоступні, але, залягаючи на невеликій глибині, можуть забруднюватися. їх широко використовують для водопостачання сільських населених пунктів. Для зрошення грунтові води застосовують рідко. Артезіанськими називають напірні підземні води, що містяться у водопроникних пластах (пористих, тріщиноватих, карстових), пере­критих та підстелених водонепроникними породами. Вони залягають глибше грунтових вод. Артезіанські басейни формуються звичайно при вгнутому контурі шарів гірських порід. В області живлення ба­сейну водоносні пласти виходять на денну поверхню і тут відбувається інфільтрація. При опусканні водоносних пластів у них утворюються напірні води, які замкнені між водонепроникними породами і не ма­ють вільної водної поверхні. В області розвантаження артезіанського басейну водоносні напірні пласти розрізуються річковими долинами; артезіанські води можуть виходити на поверхню землі у вигляді дже­рел. Артезіанські води чисті у санітарному відношенні, їх дебіт (при­тік води з свердловини) відносно сталий. Застосовуються переважно для водопостачання міст.

Підземні води експлуатуються за допомогою свердловин і шахт­них колодязів. З цією метою в республіці пробурено більше 80 тис. свердловин та побудовано більше мільйона шахтних колодязів. З них забирається 5,5 млрд. м³ води за рік.

У відповідності з Водним кодексом УРСР підземні води призначе­ні для забезпечення потреб у питному водопостачанні і тільки у райо­нах з надмірними запасами в окремих випадках можливе їх викорис­тання для технічного водоспоживання, зрошення тощо.

При вивченні другого питання необхідно запам’ятати якість води, що використовується для зрошення, характеризуєть­ся її фізичними властивостями (температурою, кольором, прозорістю, смаком, запахом, електропровідністю та радіоактивністю), хімічним складом (загальною мінералізацією, вмістом іонів Са, Мд, N8, СІ, 50₄, НС0₃, реакцією води рН, її жорсткістю, агресивністю, наявніс­тю заліза, колоїдів, газів, мікрокомпонентів), вмістом органічних ре­човин та бактеріологічним складом.

Для поливів вода повинна мати температуру не нижчу 14...17 °С: Підземні води звичайно мають низьку температуру, тому їх доводить­ся збирати у басейни, де вода нагрівається сонцем.

За величиною загальної мінералізації води поділяють на прісні (до 1 г/л), слабомінералізовані (1...3), солонуваті (3...10), солоні (10...25), дуже солоні (25...50) та розсоли (більше 50 г/л). Хімічно чиста вода нейтральна, їй відповідає рН 7. Якщо рН<7, води кислі; при рН>7 — вода лужна, а при рН>9 — високолужна. Полив луж­ними водами може викликати у посушливій зоні содове засолення грунтів, найбільш шкідливе для культурних рослин.

Придатність води оцінюють за величиною сухого залишку (після випаровування), вмістом ніатрію і його співвідношенням з кальцієм та магнієм, а також за лужністю. На думку акад. О. М. Костякова, для зрошення придатна вода з сухим залишком до 1... 1,5 г/л. Крім того, вода не повинна містити надмірної кількості іонів натрію по відно­шенню до іонів кальцію і магнію. За Антиповим-Каратаєвим відно­шення суми іонів кальцію і магнію до іонів натрію повинне бути мен­шим величини 0,23-С (С — сухий залишок, г/л).

Слабомінералізовані води (1...3 г/л) з безпечним вмістом натрію можна використовувати для поливів при промивному режимі зрошен­ня та інтенсивному дренуванні.

У нашій країні особливо актуальне питання про можливість зро­шення солоними водами сільськогосподарських культур у Середній Азії. При нестачі прісної води солону воду опріснюють. Відомо близь­ко ЗО способів опріснення солоних вод. Найефективнішими з них є дистиляція і виморожування.

Численні досліди з використанням мінералізованих вод для зро­шення дають підстави для висновку, що при відсутності або нестачі для зрошення прісної води можна використовувати води підвищеної мінералізації за умови дотримання таких правил: 1) води з концент­рацією солей до 5 г/л можна використовувати на добре проникних грунтах; 2) у разі використання мінералізованих вод для зрошення треба створювати промивний водний режим, застосовуючи підвищені зрошувальні та поливні норми, щоб досягти низхідних течій води у грунті.

При вивченні третього питання необхідно звернути увагу що, ставки у сільському господарстві використовують не тільки для зрошення і обводнення земель, водопостачання, а й для розведення водоплавної птиці та вирощування риби.

Ставки мають велике протиерозійне значення, підвищуючи місце­вий базис ерозії та знижуючи ерозійну потужність руслового потоку.

До складу споруд, які зводяться під час будівництва ставка, вхо­дять земляна гребля, водоскидна споруда, водовипуск. Для забору води із ставка будують водозабірні споруди.

Земляна гребля у поперечному перерізі має форму трапеції . У тілі греблі розрізняють гребінь (верхню площадку на­сипу), схили, основу і замок. Висота греблі має бути такою, щоб во­да ніколи не переливалася через неї, щоб гребінь насипу був вищий від найвищого горизонту води у ставку не менш як на 1 м.

Будують греблі висотою до 10, а то й 15 м. Схил греблі, зверне­ний у бік водосховища, називають мокрим, а протилежний — сухим. Мокрий схил роблять завжди положистішим від сухого. Коефіцієнт мокрого схилу коливається від 2,5 для суглинкових до 4,5 для піща­них грунтів; сухого — відповідно від 1,0 до 2,0.

Основа — це нижня частина греблі, де грунт тіла греблі стикаєть­ся з материковим грунтом балки. Замок глибиною не менш як 1 м роблять із щільно утрамбованої глини вздовж осі по всій довжині греблі. Він обов’язково повинен врізатися у водонепроникний грунт не менш як на 0,5 м.

Щоб запобігти руйнуванню греблі фільтраційними водами, вздовж підошви сухого схилу роблять зворотний дренаж у вигляді відсипки з послідовно укладених шарів піску, гравію, каміння.

Земляні греблі зводять з однорідного маловодопроникного суглин­кового грунту з замком з глини або важкого суглинку. Такі греблі мають просту будову і найбільш поширені.

Для скидання надмірної кількості води із ставка роблять водо­зливи та водовипуски. Водозлив забезпечує автоматичне скидання води, якщо її горизонт у ставку перевищує проектний. Найчастіше — це канал, прокладений збоку греблі так, що він огинає її на відстані ЗО... 50 м. Водозлив спускається по схилу перепадами або швидкотоком і закін­чується не ближче як за 40...50 м від пі­дошви сухого схилу. Водозливи буду­ють бетонні, залізобетонні, кам’яні, де­рев’яні.

Водоспуски — це прорізи в тілі греб­лі, перекриті щитами. Щити призначе­ні для спуску води до будь-якого гори­зонту, а в разі потреби і всієї води з ставка. Вони полегшують пропуск повеневих і зливових вод, забезпечують вільне регулювання горизонту води у водосховищі, і дають змогу легко очищати водосховище від наносів. На невеликих водосховищах водоскидні споруди роблять у вигляді закритих трубчастих водоспусків.

Зведення різних споруд біля греблі підвищує вартість будівництва і зменшує її надійність. Найбільш надійні в експлуатації ставки, роз­раховані на затримання стоку багатоводного року 1 %-ної ймовірнос­ті перевищення (в один рік із ста стік може перевищити розрахунко­вий). Це стає можливим при достатній місткості ставка і невеликій водозбірній площі (до 5...6 км²).

Досвід будівництва ставків у Центрально-Чорноземній смузі РРФСР і в Українській РСР свідчить, що в багатьох випадках ви­гідніше будувати більш високу греблю для збільшення місткості ставка без будівництва дорогих водоспусків. Для забору води та часткового спорожнення ставка використовують сифони.

При експлуатації ставків найвідповідальнішим періодом є пропуск весняного або зливового паводка. Перед весняним паводком очища­ють водоспуски і водозливи від снігових завалів, скидають воду до горизонту мертвого об’єму, а в період паводка організовують цілодо­бове чергування, щоб своєчасно усунути можливі прориви греблі. Сис­тематично спостерігають за якістю води в ставку, за мілководними ділянками, де провадять санітарний обробіток, по можливості зни­щують рослинність.

На берегах ставків роблять підходи і під’їзди, майданчики для напування худоби тощо. Щоб запобігти інтенсивному замулюванню і забрудненню ставків, навколо них висаджують захисні лісонасаджен­ня і закріпляють усі діючі яри, розташовані вище від них. У верхів’ях ставків і в місцях зосередженого надходження в них талих та дощо­вих вод роблять ряди поперечних загат, які знижують швидкість сті­кання води і сприяють осадженню наносів.

Лісові насадження навколо водоймищ захищають береги від руй­нування хвилями, зменшують швидкість вітру, сприяючи тим самим зниженню випаровування з водної поверхні. Ставки відіграють важ­ливу роль у створенні мальовничого пейзажу.

Надійні в санітарному відношенні ставки стають місцем для ку­пання і культурного відпочинку трудящих.

Висока ефективність і доцільність будівництва ставків, де це мож­ливо, не викликає сумніву. У Мар’їнському районі Донецької облас­ті, наприклад, де немає жодного природного джерела води, для зби­рання вод місцевого стоку збудовано 64 ставки загальною місткістю 35 млн. м³ води. Вони забезпечують зрошення понад 13 % усіх орних земель у районі.

Питання для самоконтролю

1. Як класифікуються підземні та поверхневі води?

2. Які є типи ставків та яке їх призначення?

Тема: Основні відомості про зрошення сільськогосподарських культур.

Питання для самостійної роботи:

1. Поняття про зрошення.

2. Сучасний стан і перспективи розвитку зрошення в Україні.

3. Види і способи зрошення.

4. Вплив зрошення на грунт, рослини, врожайність с/г культур.

Література: