книги из ГПНТБ / Нурманов, А. Н. Мелиорация засоленных земель в современной дельте реки Аму-Дарьи

рихозяйственным водопользованием. Чем лучше будет организо­ вано водопользование в колхозах, совхозах и других хозяйствах, тем лучше будет организована эксплуатация оросительных систем, тем меньше будут потери оросительной воды, тем слабее питание грунтовых вод и меньше подъем их уровня.

Известно, что засоление орошаемых земель является результа­ том высокого стояния уровня минерализованных грунтовых вод, поднимаемых к поверхности земли за счет 'вышеуказанного бесхо­ зяйственного использования орошаемых вод.

Не допускать засоления посевных площадей могут и должны сами водопользователи, орошающие земли, т. е. колхозники, рабочие совхозов, а также работники, обслуживающие оросительные си­ стемы.

Исходя из 'сказанного нам следовало бы использовать те при­ родные явления, которые 'воздействуют на уменьшение потерь воды на фильтрацию из каналов. При наблюдении установлено, что потери воды на фильтрацию из каналов в современной дельте Аму-Дарьи в течение вегетационного периода изменяются по мере их. заиления. Например, на некоторых каналах указанной дельты реки, потери воды на фильтрацию в период их работы уменьшаются в несколько раз по сравнению с потерями, имеющими место сразу после чистки каналов. Это происходит оттого, что пылеватые пески

спреобладанием частиц диаметром 0,05—0,25 мм и со значитель­ ной примесью пылеватых частиц диаметром 0,01—0,05 мм и мельче отлагаются в руслах оросительных, каналов в современной дельте Аму-Дарьи. Водопроницаемость таких песков невелика и измеряет­ ся коэффициентом фильтрации 2—4 м/сутки, а в большинстве межхозяйственных и внутрихозяйственных каналах его величина уменьшается до 0,23 м/сутки.

При ничтожных уклонах поверхности грунтового потока (в не­ сколько сантиметров падения на 1 км пути) — скорость движения потока последних не превзойдет долей метра за год; так что даже при большой мощности водоносного слоя, он в состоянии отвести от канала расход 'воды порядка десятой доли кубометра в секунду на каждый километр его протяжения.

Таким образом, потери воды на фильтрацию из оросительных каналов ограничиваются с одной стороны грунтами современной дельты реки Аму-Дарьи, являющимися в основном суглинистыми

смалой водопроницаемостью, с другой стороны, амударьинская вода содержит значительное количество мельчайших фракций ила, которые не задерживаясь в отстойниках в головных частях системы, а осаждаясь на смоченной поверхности русел імежхозянственных и внутрихозяйственных каналов, сильно ослабляют интенсивность фильтрационного потока из них. Следовательно, уменьшение потерь воды на фильтрацию в указанной дельте связано с более тяжелым механическим составом грунтов, заиленностью русел каналов и вы­ соким положением уровня слабоотточных грунтовых вод, что в сово­ купности может уменьшить фильтрационные потери в этой зоне.

Для внутрихозяйственной распределительной сети имеются раз­ работанные и проверенные на практике советскими учеными спо­

русла канала затиркой, трамбование, а на песчаных грунтах созда­ ние утрамбованных глинистых экранов в ложе канала и заиление поверхностного слоя кольматацией грунта. При этом достигается сокращение потерь в 2—3 раза при уплотнении грунта ложа канала

б. Зона поливных земель. Зона поливных земель в современной дельте реки Аму-Дарьи расположена на равнине, занимающей значительную часть территории, к ней приурочены староорошаемые и новоорошаемые земли, которые прорезаны современной и древней оросительными системами, а также многочисленными древними руслами реки Аму-Дарьи, хорошо прослеживаемыми па новоорошаемом массиве; причем площадь этой зоны сложена пере­ слаивающимися комплексами суглинков, супесей и песков, реже с прослойками глин.

Процесс формирования режима грунтовых вод на новоорошае­ мых и староорошаемых землях проходит по разным путям. Поэтому мы здесь рассматриваем их отдельно.

а) Зона старого орошения. Влияние орошения на формирование грунтовых вод определяется поливными нормами, глубиной зале­ гания уровня грунтовых вод, инфильтрационными свойствами и * влажностью почв.

Следует отметить, что в почве различают следующие виды влаги: 1) полную влагоемкость — когда водой заполнены все капиллярные и некапиллярные промежутки между частицами почвы; а) предельную полевую (или потенциальную) влагоем­ кость — способность почвы в естественных условиях удерживать предельно максимальное количество воды без стенания в нижние слои почвы; 3) капиллярная влагоемкость — способность почвы вмещать и удерживать в капиллярных промежутках почвы некото­ рое количество воды, которое перемещается под действием капил­ лярных сил в любом направлении; 4) максимальную молекуляр­ ную влагоемкость — количество воды, которое удерживается части­ цами почвы, вследствие молекулярного притяжения; при этом: в почве остается влага, недоступная растениям и они увядают.

Водные свойства различных почв по изложенным формам влаж­ ности А. Н. Костяков приводит в таблице 10.

Из этой таблицы ясно видно, что чем больше почва содержит физической глины, тем она тяжелее и в ней больше пористости, тем больше предельная и капиллярная влагоемкость и тем больше процент влаги, недоступной растениям.

При расчетах промывных и поливных норм в современной дельте Аму-Дарьи необходимо учитывать полную и полевую влаго-

52

Таблица 10

Водные свойства различных почв (по А. Н. Костикову)

емкость, которые нами ориентировочно установлены: полная поле­ вая влатоемкость равна 43—45%, предельная нолевая влагоем­ кость— 30—35% к общему объему почвы. Мы считаем целесо­ образным привести в таблице 11 некоторые полевые данные из на-, тих .наблюдений:

Таблица 11

Расчет запасов влаги в слоях почвы с поверхности земли до уровня грунтовых вод на хлопковом поле

м^ / га .......................... 11137 11124 10664 8901 7310 7912 9245 9460 9718 10191 10628 10965

Предельно - по­

55

Кроме изложенного для выяснения влияния полива на режим грунтовых вод необходимо уточнить еще расход почвенной влаги на испарение с поверхности почвы и на транспирацию растительным покровом.

Опытным путем доказано, что для условий низовьев Аму-Дарьи общая транспирация хлопчатника при урожайности 40 ц/га и высо­ кой агротехнике, примерно равна 5500 м3/га, а почва, находящаяся под хлопчатником, испаряет воду за вегетационный период около

ционного полива следует устанавливать с вычетом количества воды, получаемой растениями за счет подпочвенного питания.

использование; в результате чего поливные нормы здесь в несколько раз выше предельной полевой влагоемкости. Поэтому инфильтрацнонные воды, накладываясь на грунтовые, вызывают резкий подъем их по староорошаемым участкам.

Кроме того неиспользованная избыточная вода сбрасывается на соседние неорошаемые площади, что также оказывает влияние на подъем уровня грунтовых вод под ними; в связи с чем образуется подпор грунтовых вод против потока, идущего от орошаемых полей. Это является одной из причин затрудненного оттока грунто­ вых вод под староорошаемьши землями, расположенными на равнинной территории современной дельты Аму-Дарьи с уклоном 0,0001; в таких же условиях находятся огромные площади изучае­ мой дельты реки, которые расположены на границах орошаемых земель с неорошаемыми. Сюда же относятся и площади, занимаю­ щие пониженные формы рельефа, занятые солончаками и сброс­ ными впадинами.

Ы

Следовательно, характер грунтовых вод обуславливает, как медленное движение и застойность последних, так и близкое ах расположение к поверхности земли, что сильно влияет на форми­ рование почвенного и растительного покрова.

На практике водозабор оросительной системой на один гектар орошаемой площади Чимбайского района, являющегося централь­ ной зоной современной дельты Аму-Дарьи, в последние годы до­ ходил до 28 тыс. м3, а в 1964 году до 34,6 тыс. м3. Оптимальные же нормы водозабора этого района при залегании уровня грунтовых вод 1,5—2 м составляют, примерно 17—18 тыс. м3/га. Из них (по многолетним данным) более 13 тыс. м3/га должно расходоваться на испарение с почвы и транспирацию растениями, а количество воды, потребляемое для пополнения запасов влаги почв до пре­ дельной полевей влагоемкости (занимает 30—32% общего объема

м,

никновения поливной воды ниже активного слоя почвы и соеди­ нения ее с грунтовыми водами, в результате чего под каждым поливаемым участком образуется бугор грунтовых вод; причем в зависимости от характера культур и их транспирирующих способ­

дующим режимом: подъем грунтовых вод, отмечаемый в феврале — марте месяцах за счет выпадения осадков, резко возрастает в апреле в связи с проводимыми в то время массовыми промывками орошаемых земель; причем этот подъем грунтовых вод достигает своего максимума в мае, затем начиная с июня идет общее пони­ жение зеркала последних, происходящее под влиянием интенсив­ ного испарения влаги из почвы и транспирации растительным по­ кровом; это понижение уровня грунтовых вод доходит до своего минимума в декабре — январе.

Процесс изменения уровня грунтовых вод па орошаемых землях современной дельты происходит следующим образом: в указанной дельте по мере насыщения почвы влагой избыток воды, превы­ шающий предельно-полевую влагоемкость, просачивается в грунт и уходит в грунтовые воды. Эти воды скапливаются в слое песка, супеси и суглинка, являющегося староречным отложением и ле­ жащих над слоем достаточно водонепроницаемых озерных отложе­

55

ниях (глина, мергель, тяжелый суглинок) и, в зависимости от уклона водоупорного слоя, с большей или меньшей скоростью, сте­ кают в направлении понижений внутри орошаемого массива; чем больше уклон водонепроницаемого слоя, крупнее частицы грунта водоносного слоя, тем быстрее проходит сток грунтовых вод.

На рисунке 4 показана схема характера залегания, взаимодей­ ствия и движения грунтовых и поверхностных вод.

и-парения

Водонепроницаемый (водоупорный) слои

;>/т ш ж 0/т т ////;/т м т м Ш

Г4. Схема взаимодействия и движения грунтовых и поверхностных вод.

.Из этого рисунка видно, что между поверхностью уровня грун­ товых вод и нижним горизонтом почвенного покрова находится зона аэрации (/га), которая регулирует поступление воды в водо­

носный слой с поверхности земли; а над уровнем грунтовых вод залегает зона капиллярного поднятия (hK), представляющая собой

увлажненный слой грунта, который поднимает воду капиллярными силами по мелким порам и трещинам.

Если зона аэрации сложена крупнозернистыми слоями (супесь и песок), то передвижение воды сверху вниз происходит довольно быстро, зона капиллярного поднятия в таких грунтах имеет наи­ меньшую мощность, а средняя порозность — наибольшую; в про­ тивном случае все процессы происходят в обратном направлении.

Таким образом, в крупнозернистых, легких по механическому составу почвах, вода быстрее (поднимается, но высота ее подъема в песках не превышает 0,5 м, а при частицах почвы диаметром в 2—2,5 мм и более она по капиллярам уже не поднимается.

Капиллярное поднятие воды в почве на большую высоту проис­ ходит при диаметре ее частиц от 0,05 до 0,1 мм (микроструктурное

56

строение почвы), причем высота подъема в этом случае достигает 4—5 м и больше, но подъем грунтовой воды на эту высоту в тяже­

лых плотных суглинистых грунтах может потребовать нескольких месяцев.

Зона аэрации современной дельты Аму-Дарьи сложена яз мелкозернистых пород (суглинок и глина), поэтому величина ка­ пиллярного подъема имеет наибольшую мощность, а средний коэф­ фициент свободной порозности грунтов — наименьшее значение.

Известно, чем больше мощность капиллярного подъема и меньше зона аэрации, тем быстрее смыкаются проникающие в грунты поверхностные воды с грунтовыми водами, в этом случае происходит повышение уровня последних, причем повышенный их уровень держится тем больше, чем меньше скорость оттока, чем меньше коэффициент фильтрации и величина испарения.

При изучении режима грунтовых вод также необходимо обра­ тить внимание на то, что если характер насыщения грунтов и про­ сачивания вод в первую очередь зависят от продолжительности полива, размеров массива орошения и водно-физических свойств грунта, то последующие стадии их движения тесно связаны с филь­ трационными свойствами самого водоносного слоя, причем вели­ чина просачивающихся до поверхности грунтового потока поливных вод зависит от следующих причин: водно-физических свойств пород зоны аэрации и ее мощности, характера севооборота и состава сельскохозяйственных культур, уровня агротехники, особенностей

ивремени полива, величины поливных норм и других. Передвижение воды вниз под действием сил тяжести (стенание

вниз) или так называемое гравитационное движение воды может происходить до тех пор, пока вес столба воды остается больше суммы сопротивления движению, обусловленных трением и капил­ лярным натяжением, удерживающим воду вогнутым мениском; в противном случае стекание воды вглубь почвы прекращается и при равновесии противодействующих двух сил, последняя обладает предельной полевой влагоемкостью.

Поскольку на территории современной дельты Аму-Дарьи уро­

вень грунтовых вод залегает близко к поверхности земли (1—3 м от поверхности), поэтому полагаем, что капиллярная кайма здесь поднимается до поверхности почвы. В таком случае поверхность земли можно делить на две зоны, которые отличаются механиз­ мами просачивания воды вглубь почвы: 1) зона занятая капил­ лярной каймой; 2) зона за пределами капиллярной каймы.

В первом случае вода, попадающая на поверхность капилляр­ ной каймы через просвет грунта, входит в гидравлическую связь с грунтовой водой и, можно считать, целиком просачивается до уровня грунтовых вод. Количество поверхностной воды, которое

57

щади капиллярной каймы, имеющей средний механический состав, рекомендует следующее эмпирическое уравнение

5='19ö0’6—0,08,

где D — диаметр частиц почвы.

Решение последнего уравнения приДМИн = 0,0018 ждает5=0,03. Это означает, что элементарная площадь капиллярной каймы со­ ставляет 300 м2 на га.

Как отмечалось выше фактическая поливная норма хлопчат­ ника в современной дельте Аму-Дарьи равна 3200 м31га. По нашим расчетам (уравнение 1) из этого количества воды должно уйти на исполнение запаса грунтовых вод 96 м3, в результате которых уровень грунтовых вод поднимается на 8 см за вегетационный период, что очень мало но сравнению с подъемом уровня последних за счет промывки орошаемых полей и потери воды на фильтрацию из оросительных каналов.

Для подтверждения сказанного приводим данные наблюдений по смотровому колодцу № 17, расположенного на расстоянии 15 м от хлопкового поля (рис. 5). Все наблюдаемые годы вегетационный полив хлопчатника начинался в начале июня.

Как видно из рис. 5 максимальный подъем уровня грунтовых вод произошел до начала поливного периода, а за время полива

Р и с . 5. Г р а ф и к м н о го л е т н и х н а б л ю д е н и й у р о в н я г р у н т о в ы х в о д н а к о л о д ц е № 17.

скачкообразный подъем уровня последних на рисунке не наблю­ дается.

Таким образом, из анализа полевых материалов, собранных в условиях современной дельты Аму-Дарьи, следовало бы прене­ бречь влиянием полива (при существующей его норме) на форми­ рование режима грунтовых вод, а изменение их уровня исходит из объема воды, подаваемой для промывки орошаемых полей и потери ее на фильтрацию из оросительных каналов.

Что касается различного расположения уровня грунтовых вод по годам, то оно -было связано с количеством водоподачи на эту

В таком случае максимальную величину подъема уровня грунтовых вод за счет инфильтрации поливной воды можно выразить уравнением:

Д Н =

р

где р — недостаток насыщения грунтов в нижней части зоны развития восходящих капилляров над уровнем грунтовых вод или водоотдача, т. е. количество воды, которое способна поглотить единица объема грунта при подъеме уровня грун­ товых вод или отдать при понижении его.

Для орошаемого участка уравнение будет иметь вид:

зеркала грунтовых вод (влажность полного насыщения) и объемная влажность грунтов выше уровня грунтовых вод

взоне сезонного колебания. Остальные обозначения — прежние.

Втаком случае уравнение выражается:

59

современной дельты Аму-Дарьи имеет свои отличительные особенности. Промывные поливы здесь проводятся обычно весной, в марте, апреле, а иногда в мае. С конца мая, т. е. вслед за промывными поливами, начинаются вегетационные. Последние продолжаются до конца августа. А водоподача на вегетационные поливы, как правило осуществляется завышен­ ными нормами, в сравнении с действительно потребными для растений.

Отсюда естественно, что грунтовые воды орошаемых зе­ мель современной дельты реки получают мощное пополнение, которое при отсутствии оттока грунтовых вод, усиливает пи­ тание их и вызывает быстрый подъем уровня, часто дости­ гающий поверхности земли; причем в течение всего вегета­ ционного периода горизонт последних остается на высоком уровне.

Высокое положение зеркала грунтовых вод отмечается по преобладающему большинству пунктов в летние жаркие ме­ сяцы (на глубине 0,80—1,20 м). Только в районе староречий Аму-Дарьи, где основной расходной статьей грунтовых вод

тельных каналов и орошаемых полей на изменение уровня грунтовых вод определяется их размерами, режимом канала, фильтрационными свойствами грунтов и, при прочих равных

60