книги из ГПНТБ / Ахмедов, Х. А. Осушительные мелиорации учебник для гидромелиоративных факультетов технических и сельскохозяйственных вузов

ным засолением почв придерживался акад. В. Р. Вильямс. Он считал, что искусственный дренаж не может изолировать вод­ ный режим пахотного слоя от водного режима подпочвенной толщи по всей плоскости раздела. Поэтому дренаж не в состоя­ нии бороться с капиллярными восходящими токами солевых растворов.

Оценивая работу дренажа, В. Р. Вильямс не принял во вни­ мание, что при дренировании орошаемых земель происходит постепенная замена солевых почвенных растворов пресными водами. В противовес дренажу он переоценил значение оструктуривания пахотного горизонта травосмесью, считая, что при этом восходящее капиллярное движение солевых растворов бу­ дет прекращено полностью (Н. А. Беседнов, 1958).

А. Н. Костяков, развивавший теорию дренажа, придавал ему исключительно большое значение в оздоровлении мелиоративно неблагополучных земель.

За последние; годы дренажное строительство в нашей стра­ не приняло широкий размах. На территории Средней Азии и Закавказья построены тысячи километров дрен и коллекторов. Общая длина осушительных каналов в СССР составляет более 900 тыс. км, в том числе закрытых дрен — около 400 тыс. км.

§ 5. Развитие мелиораций в зарубежных странах

Из зарубежных стран наибольшими площадями орошаемых земель располагают Индия, Египет, Китайская Народная Рес­ публика, США. Дренаж, как инженерное мероприятие, на оро­ шаемых землях получил признание за рубежом в конце XIX— начале XX в.

В США искусственный дренаж наиболее широко распро­ странен в западных штатах, где расположены основные засо­ ленные массивы. Большая часть земель здесь имеет слабый отток грунтовых вод. Климат засушлив: суммарное испарение в год достигает 1500 мм при годовом количестве атмосферных осадков 75—125 мм (Ч. Р. Мейергофер, 1954). Минерализация речных вод колеблется в пределах 0,1—4,3 г/л. Следовательно, источником засоления орошаемых земель, наряду с содержани­ ем различных солей в почве, является также оросительная вода,

20

ного эффекта. Хорошие результаты получены после устройства вертикального дренажа, который не только понижает уровень грунтовых вод, но и позволяет использовать эти воды для оро­ шения. Дренажные колодцы в течение года непрерывно рабо­ тают 180 дней, благодаря чему уровень грунтовых вод удержи­ вается ниже критической глубины.

Поучителен пример Имперской долины в низовьях реки Ко­ лорадо, где орошается около 420 тыс. га земель. После построй­ ки оросительного канала произошел резкий подъем уровня грунтовых вод и началось засоление земель. Повсеместно при­ ступили к строительству открытого и закрытого горизонтального дренажа. Вертикальный дренаж не дал эффекта из-за неподхо­ дящих геологических условий (мощные аллювиальные отло­ жения).

Дренажные системы проектировали на расход 63 л/сек на 1 км, дренажные трубы диаметром 10, 15, 20 см укладывали на глубине 3—3,7■м.

вало повышению урожайности и росту валовой продукции сель­

многим меньше, чем удобрений (1,27 млн. г). Кроме гипса, для улучшения плодородия почвы используют также известь, серу,

ций полезен при наличии в почве избыточного количества соды. Обычно химической мелиорации подвергается верхний слой почвы толщиной от 10 до 45 см в зависимости от возделывае­

мой культуры.

На небольших участках проводить агрохимические анализы невыгодно, поэтому норму внесения гипса устанавливают при­ близительно (7,5—12,5 т/га). Три четверти химических добавок перемешивают с почвой, остальную часть высыпают на поверх­ ность мелиорируемого поля. Затем почву промывают (примерно 1250 мг воды на каждую тонну внесенного, гипса). Химические мелиорации, разумеется будут неэффективными там, где коэф­ фициент фильтрации почвы велик.

Э л е к т р о м е л и о р а ц и я . За последние годы ученые об­ наружили, что обработка почв постоянным электрическим током

21

в Монтаце (США), эа<;оленная болотная почва, не дававшая в течение Ш лет никакого урожая, после обработки ее постоян­ ным электрическим током через 50 дней покрылась густыми всходами трав, в том числе донника. За короткое время содер­ жание натрия в дренажной воде исследуемого района возросло с 1,6 до 37 г/л.

По сообщению Почвенного института им. В. В. Докучаева, в СССР начаты экспериментальные исследования по мелиора­ ции заселенных почв с помощью электроэнергии. Но пока еще не выработаны рекомендации по применению этого метода. Их можно будет разработать, если будут установлены:

1)оптимальная продолжительность периода поддержания массива под электрическим током в зависимости от типа и сте­ пени засоления почвы; оптимальное количество электроэнергии, необходимой для рассоления почвы;

2)оптимальное напряжение электрического тока, пропуска­ емого через заболоченный, засоленный массив;

3)техника безопасности, требуемая в период рассоления

почвы массива электрическим током;

4)схема распределения электрического тока и расположе­ ния электропроводов (оптимальное расстояние между электро­ проводками, глубина их заложения и т. д.);

5)экономика электромелиорации (стоимость оборудования, увеличение концентрации дренажного стока, общего дебита его, урожайности сельскохозяйственных культур, стоимость элек­

тромелиорации 1 га, срок окупаемости капиталовложений и др.).

§ 6. Причины заболачивания и засоления орошаемых земель

Когда земля имеет плохое мелиоративное состояние — забо­ лочена, Засолена, к ней нужно подходить так, как врач подхо­ дит к больному. Чтобы избежать рецидива (повторения болез­ ни), прежде всего нужно установить причину, вызвавшую забо­ левание.

Выбирая способы осушения, предварительно устанавливают основные причины заболачивания и засоления орошаемых зе­ мель. Когда эти причины станут известными, намечают меро­ приятия, осуществление которых может устранить вредное действие избыточных вод и солей. Основные причины периоди­ ческих или длительных застоев поверхностных вод на данной площади следующие:

1) очень медленный и недостаточный сток или даже отсут­ ствие стока атмосферных осадков (дождевые и талые воды). Причины застоя: малые уклоны, замкнутые понижения — кот­ ловины, густой растительный покров, способный задержать воды, болотные кочки;

22

2)затопление земель поверхностными водами, поступающи­ ми с вышележащих водосборов или фильтрационными снизу. Такой процесс заболачивания происходит во время паводков или при подпоре воды на реках, в каналах или наполнении водохранилищ;

3)в третьей гидрогеологической зоне основным фактором

засоления почвы является капиллярный подъем грунтовых вод и интенсивное испарение из почвы.

По источникам питания подземных вод территорию Средней Азии разбивают (В. М. Легостаев, 1959) на три основные при­ родные области:

1) область межгорных равнин: Ферганская долина, Голод­ ная степь, верхняя часть Зеравшанской долины, Вахшская до­ лина, долина р. Чу и другие более мелкие долины;

2)область равнин, прилегающих одной своей стороной к горам: Бухарская и часть Кашкадарьинской областей, Прикопетдагская равнина, Прикаратауская равнина, районы, приле­ гающие к Киргизскому хребту и др.;

3)область равнин с питанием грунтовых вод от протекаю­ щих здесь рек: Кызылкум, Каракумы и др.

Существует определенная закономерность в распределении типов засоления почв и грунтовых вод. Соли угольной кислоты

(карбонаты) труднорастворимы и легче остальных выпадают из раствора, отлагаясь ближе всего к источникам выноса солей.

чала хлоридно-сульфатный, а затем сульфатно-хлоридйый типы засоления почв. В бассейне Амударьи в зоне рассеивания бли­ же к реке формируется карбонатный тип засоления, далее суль­ фатный и на окраине — хлоридный. В местах перехода одного основного типа засоления в другой встречаются смешанные ти­ пы засоления почв.

По вертикальному разрезу почво-грунтов и грунтовых вод в естественном состоянии также сохраняется аналогичная зако­ номерность. Менее минерализованные грунтовые воды обычно размещаются в тех слоях, в которых они передвигаются с наибольшей скоростью от основного источника питания в гори­ зонтальном направлении. Наибольшее засоление грунтовых вод наблюдается, как правило, там, где скорости передвижения их в горизонтальном направлении наименьшие, а расход воды на испарение и транспирацию наибольший.

Хлориды наиболее легко растворимы в воде и располагают- » ся в верхних слоях почвы и грунтового потока. Эти соли и наибо­ лее токсичны. В бассейне Сырдарьи, вследствие сложности

23

»того региона, хлоридное засоление присутствует как в среднем, так и верхнем ее течении.

Ярким примером гидрохимической зональности могут слу­ жить конусы выноса рек Центральной Ферганы.

Грунтовые воды находятся в постоянном движении. Они непрерывно пополняются за счет фильтрации из рек, озер, во­ дохранилищ, каналов, оросительной воды на полях, притока воды с вышерасположенных участков и, наконец, за счет конден- / сации водяных паров в почве и просачивания атмосферных осадков. Это приходные статьи.

К расходным статьям грунтовых вод'относятся транспирация растениями, испарение с поверхности почво-грунтов, подземный отток в сторону по уклону местности. Если приходные статьи преобладают над расходными, то уровень грунтовых вод повы­ шается и наоборот.

Движение грунтовых вод происходит под действием силы тяжести или гидродинамического напора. Скорость передвиже­ ния зависит от водопроницаемости почво-грунтов, которая ха­ рактеризуется значением коэффициента фильтрации и зависит от литологии грунтов. Величина гидродинамического напора-, создаваемого рельефом, рекой, каналом или водохранили­ щем, измеряется нередко в пределах сотен или даже тысяч мет­ ров.

Если грунты, лежащие выше основного напорного водонос­ ного слоя менее водопроницаемы, то движение воды происходит преимущественно в вертикальном направлении (в данном слу­ чае снизу вверх). Это явление называют вертикальным водооб­ меном. Движение воды из основного водоносного слоя в верх­ ние слои почвы происходит под действием гидродинамического напора.

Напорные подземные воды (артезианские) нередко мешают действию горизонтального дренажа, снижают его эффектив­ ность; для снятия напорности часто прибегают к помощи верти­ кального дренажа.

На режим грунтовых вод влияет в о д о н о с н о с т ь рек. Расход воды в реке зависит от количества осадков, выпавших в ее бассейне, и от колебания температуры воздуха в вегетацион­ ный период. При дружном таянии снега на водосборной площади или интенсивном таянии льда на ледниках водоносность рек увеличивается, образуются паводки. В этих условиях при выхо­ де реки из берегов увеличивается затопляемая площадь, больше воды просочится в грунт, и грунтовые воды получают пополне­ ние. Кроме того, пополнению запасов грунтовых вод и подъему их уровня способствуют обильные поливы сельскохозяйствен­ ных культур, излишние сбросы воды в пониженные места, раз­ ливы ее по дорогам, пустырям и др.

В орошаемых районах осадки обычно оказывают наиболее заметное влияние на подъем уровня грунтовых вод только в

24

период с февраля по май, когда испарение и транспирация сни­ жены.

На режим грунтовых вод влияют техническое с о с т о я н и е о р о с и т е л ь н о й сети, несовершенная техника самотечного орошения, отсутствие планировки поверхности поливных участ­ ков.

В Узбекистане из источников орошения ежегодно забирается

потери распределяются так: магистральные каналы—10%, рас­ пределительные каналы—25%, внутрихозяйственная сеть 65%. Большие потери во внутрихозяйственной оросительной сети объ­ ясняются тем, что общая протяженность внутрихозяйственных каналов сравнительно велика, они работают периодически, малы­ ми расходами, водораспределение зачастую проводится без водооборота и техника полива несовершенна. При орошении несплапированных полей расход оросительной воды за счет неровности рельефа увеличивается на 20—30% (Голодная степь). Большая часть всех этих потерь идет на пополнение запасов грунтовых вод.

Потери воды на испарение с водной поверхности каналов в общей сложности не превышают 0,5—1%, а потери по техниче­ ским причинам достигают значительной величины (15—25% го­ ловного водозабора).

Из приведенных данных следует, что в первую очередь необ­ ходимо добиваться увеличения КПД оросительных систем, что­ бы не только можно было более производительно использовать поливную воду, но и улучшить мелиоративное состояние ороша­ емых земель. Так как 60—65% потерь воды приходится на внутрихозяйственную оросительную сеть, улучшать водополь­ зование необходимо в первую очередь в колхозах и совхозах.

Ряд исследователей (Б. С. Коньков, Е. Г. Петров, Б. М. Ге­ оргиевский, В. М. Легостаев) считает, что подъем горизонта врды в действующих каналах влияет на подъем уровня грунто­ вых вод на расстоянии до 1 км от канала в обе стороны, при глубине залегания грунтовых вод в 1,5 м.

Следовательно, в мелиоративно неблагополучных районах необходимо закрывать оросительные каналы на невегетацион­ ный период, а питьевое водоснабжение перевести на водопро­

водную (артезианскую) воду.

Не следует заилять коллекторно-дренажную сеть сбросом по­ верхностных вод, создавать подпор в коллекторах с целью водо­

ных культур. Там, где грунтовые воды близко залегают к поверх­ ности1земли, после полива резко поднимается их уровень. Это происходит потому, что расход грунтовых вод прекращается, а

25

поливная норма значительно больше нормы, рассчитанной по дефициту влажности. Применение проектных или плановых ре­ жимов орошения в значительной мере зависит от техники поли­ ва, т. е. от правильного выбора ее элементов. При самотечном поверхностном орошении часто нарушают установленную нау­ кой и практикой длину борозд. В результате происходит вынуж­ денный перелив поливной нормы: вместо положенных 800— 1200 нередко льют 1500—2500 м3/га. Это ускоряет процесс смыкания

Амударьи, Голодная степь), особенно там, где еще недостаточна удельная протяженность или совсем нет дренажа, промывные поливы большими нормами резко поднимают уровень грунтовых вод. Величина испарения с поверхности почвы в промывной пе­ риод (осенью) незначительна. Промывка засоленных земель в весенний период оттягивает начало сева, сокращает срок веге­ тации хлопчатника, снижает его урожайность.

Уровень грунтовых вод зависит от с о с т а в а с е л ь с к о ­ х о з я й с т в е н н ы х к у л ь т у р . Из суходольных культур срав­ нительно небольшую оросительную норму (3000 м3/га при глубоких грунтовых водах) имеют зерновые колосовые. Хлоп­

впределах 25—30 тыс. м3/га и более.

Встарой зоне орошения Голодной степи в результате увели­ чения посевов риса уровень грунтовых вод в 1953 г. поднялся по сравнению с 1949 г. в Мирзачульском районе на 44 см, в Сырдарышском — на 20 см.

Рис •—экономически выгодная культура, и поэтому площадь под этой культурой, равно как и урожайность, следует увеличи­ вать, соблюдая при этом увязку с режимом источника орошения и районированием рисосеяния. Рис часто сеют в мелиоративно­ неблагополучных районах (Центральная Фергана, Бухара, Хо­ резм) хлопковой зоны. Это следует запретить категорически, отводить под рис пойменные земли и низины, не допуская черес­ полосицу.

Необходимо отметить, что режим грунтовых вод в естествен­

гими словами, в регулировании уровня грунтовых вод участвует

26

и «сухой дренаж»— понижение уровня грунтовых вод за счет испарения с поверхности неорошаемых земель. С уменьшением площади «сухого дренажа», т. е. по мере освоения неиспользуе­

и- др.).

По расчетам С. Л. Миркина (1960), при стопроцентном оро­ шении земель инженерной оросительной системой (при КПД около 0,70) подъем грунтовых вод до критического уровня про­ изойдет при исходной глубине их залегания в 10 м через 15 лет,

Рис. 2. Схема повышения уровня грунтовых вод для такырно­ солончаковых почв в зависимости от КПД оросительных сис­ тем, КЗИ и глубины залегания грунтовых вод (по С. Л. Мир-

кину):

Т (лет) — время поднятия грунтовых вод до критического уровня (оросительная норма 6 т и с . Msiza); Н — исходная глубина залегания грунтовых вод, м; а — коэффициент земельного использования; т) — коэффициент полезного дей­ ствия оросительных систем.

при глубине 25 м — в течение около 50 лет. Взаимосвязь между временем подъема грунтовых вод Т, исходной глубиной их зале­ гания Н, КЗИ (а) и КПД (tj) показана на рис. 2. Если повы­ сить производительность оросительной системы (КПД), соот­ ветственно отодвинется время подъема грунтовых вод Т до кри­ тической глубины.

В зоне рассеивания резкий подъем грунтовых вод наблюда­ ется в первые годы освоения целинных земель. Так, в совхозе «Пахтаарал» в первые годы орошения (1924—1925) грунтовые воды поднялись больше чем на 5 м, а за последующий период (с 1925 по 1955 г.)— лишь на 3 м. Это объясняется тем, что с приближением грунтовых вод к поверхности земли сильно уве­ личивается расход влаги из почвы на испарение и транспира­ цию.

Резкий подъем уровня грунтовых вод в первые годы ороше­ ния вызывается повышенной некапиллярной порозностыо (во-

27

допроницаемостыо) грунтов, образовавшейся в результате мно­ голетней деятельности животных и растительных организмов. По данным СоюзНИХИ, в Голодной степи на 1 М2 насчитывает­ ся до 1000 нор землероющих животных и ходов от разложив­ шихся корней растений. Диаметр этих ходов 2—8 мм. Во время осенне-зимних влагозарядковых поливов (яхоб) и промывки засоленных целинных земель часто наблюдается «кипение»—• обильное вытеснение водой воздуха; приходится длительное время поддерживать постоянный горизонт в чеках, не прекра­ щая подачу воды на поле из участкового распределителя. В та­ ких случаях рекомендуются тщательная капитальная плани­ ровка, глубокая вспашка и другие агротехнические мероприя­ тия. Со временем происходит снижение водопроницаемости верхних горизонтов почвлл под действием поливов и обработок. Вода разрушает агрегаты почв, уплотняет их, заиляет некапил­ лярные и капиллярные ходы.

§ 7. Промывка засоленных земель

Как уже отмечалось, основным средством борьбы с засоле­ нием орошаемых земель служит промывка их. Промывные по­ ливы пока являются единственным незаменймым мероприятием по удалению излишних солей, повторяющимся несколько раз в зависимости от степени засоления почв и наличия дренажа. Размер промывной нормы зависит в первую очередь от степени засоления почв, состава солей, глубины промываемого слоя, водно-физичёских свойств почв, глубины залегания и минерали­ зации грунтовых вод, времени и техники проведения промывных поливов, подготовки почв к промывке, степени дренированности почв и т. д.

На слабозасоленныхземлях суммарные промывные нормы колеблются от 1,5 до 4 тыс. м3/га на хорошо дренированных легких почвах и от 2 до 5 тыс. м3/га на слабодренированных тяжелых почвах. На среднезасоленных легких пойвах применя­ ют промывную норму 1,5—6 тыс. м3/га, на тяжелых почвах — 2—8 тыс. м3/га. Сильнозасоленные почвы и солончаки (легкие и средние по механическому составу) промывают нормой б—10 тыс. м3/га, тяжелые—8—12 тыс. м3/га. Слабозасоленные почвы промывают в дренажных условиях 1—3 раза, среднезасолен­ ные—1—4 раза, снльнозасоленные почвы и солончаки—3—б раз. После каждой промывки положено делать перерыв: на лег­ ких почвах 2—3 дня, на средних—3—4, на тяжелых—6—7 дней.

28

где у — прснуыввая норма, мм; х — сре/^ее содержание солей в слое почвы 0—2 м (% от

А. Н. Костяков (1960), обобщивший свои данные и данные В. А. Ковды, С. В. Астапова, В. Р. Волобуева, В. М. Лего­ стаева, И. С. Рабочева и др., вывел следующую формулу:

Р— наличная влажность почвы в момент промывки, % по весу;

товых вод, содержания и характера солей).

Если потребное для вымыва из слоя Н количество солей превышает допустимую величину сезонной промывной нормы, то промывки проводятся за несколько осенне-зимних сезонов.

Величина сезонной промывной нормы, которая не вызывает

(величина, зависящая от влажности почвы перед про­ мывкой);

29