книги из ГПНТБ / Дунин-Барковский Л.В. Физико-географические основы проектирования оросительных систем (районирование и водный баланс орошаемой территории)

ной Америки (Gulhati, 1955), Алжира, Туниса, Марокко

(Шубладзе, 1955).

Вгорных странах орошаемые территории приурочены

кнемногим типам рельефа. Поэтому здесь легко просле­ дить непосредственную связь между геоморфологичес­

кими условиями и характером ирригационных систем. Орошаемые участки приурочены здесь к террасам реч­ ных долин, конусам выноса, горным склонам и широким межгорным долинам горных плато.

горизонтов воды в реках, малой ширины террас и рас­ пространенного здесь заболачивания и осаждения нано­ сов во время паводков.

В наибольшей степени орошение развито на высоких террасах, где имеются сравнительно благоприятные ус­ ловия для водозабора и борьбы с наносами, относитель­ но малое протяжение холостых частей каналов и где отсутствуют заболачивание и засоление. Сравнительно мощный мелкоземистый покров и развитые почвы позво­ ляют использовать речные террасы сплошь под орошае­ мые участки высокой продуктивности. На этих участках со сравнительно правильной конфигурацией ороситель­ ной сети, относительно малыми удельными потерями на фильтрацию в каналах возможно в той или иной степени применять механизацию процессов обработки сельскохо­ зяйственных культур. В зависимости от высотного поло­ жения здесь обычно размещаются посевы риса (на вы­ соте до 1500 м в умеренном поясе), зерновых культур, кормовых трав, табака; особенно широко распростране­ ны сады, виноградники и насаждения шелковицы.

Большинство населенных пунктов горных районов расположено в пределах речных террас.

Низкие террасы речных долин, используемые для орошения, требуют, как правило, устройства обвалова­ ния. Водозабор чрезвычайно благоприятен; рельеф пой­ менных террас характеризуется мелкой бугристостью. Часто земли здесь требуют проведения дренажа для борьбы с заболачиванием. В отдельных случаях в горных районах наблюдается засоление нижних пойменных тер­ рас, например, на Западном Памире (Иванов, 1948). Пойма используется преимущественно для посевов риса

29

ввиду высокого залегания грунтовых вод незначительны. Земли при освоении под орошаемое земледелие требуют планировки (в довольно значительных объемах). По условиям рельефа представляется возможным иметь уча­ стки правильной конфигурации, способствующей широ­ кой механизации сельскохозяйственных работ.

(гальки и валунов) со сравнительно слаборазвитым поч­ венным покровом. На молодых конусах выноса почвен­ ный покров нередко совершенно отсутствует. Орошение характеризуется сравнительно легкими условиями водо­ забора из образующих конус притоков, веерообразным. направлением оросительной сети, менее правильными, чем на речных террасах, формами орошаемых участков,, большими потерями воды на фильтрацию при прохож­ дении каналов по конусу, значительным количеством на­ носов и тяжелыми условиями борьбы с ними, чересполос­ ным освоением земель (вызванным необходимостью предварительной уборки крупных камней). Конусы вы­ носа используются преимущественно для орошения посе­ вов кормовых трав, зерновых культур, садовых .насаж­ дений, а также насаждений шелковицы. В горных райо­ нах в отличие от предгорных равнин обычно не наблю­ дается зон выклинивания по периферии конуса выноса, что объясняется наложением конусов на сложенные хорошо дренирующими материалами речные террасы.

При освоении конусов выноса под орошаемое земле­ делие трудно бороться с затоплением земель паводковы­ ми водами, ибо по условиям рельефа вода из притоков может легко распространяться по всей поверхности ко­ нуса выноса. На конусах выноса маловодных притоков трудно обеспечить орошаемые земли водой, ибо подача воды из соседних источников должна производиться в чрезвычайно тяжелых условиях рельефа.

Г о р н ы е с клоны. Орошение горных склонов, сло­ женных преимущественно обвалами и осыпями, сопря­ жено с большими трудностями. Удаленные от источни­ ков орошения и расположенные на большой высоте оро­ шаемые участки обычно требуют подачи воды на боль-

30

шие расстояния по каналам, проводимым либо в скалах, либо в осыпях. В обоих случаях наблюдаются весьма значительные потери на фильтрацию. В точках возмож­ ного забора на орошение притоки рек, протекающие вблизи горных склонов, имеют лишь периодический сток,, и орошение здесь зачастую связано с регулированием' стока, которое чрезвычайно затруднено тяжелыми топо­ графическими условиями. Почвы представлены лишь от­ дельными пятнами. Поэтому орошаемые участки разме­ щаются здесь мелкими клочками на маломощных поч­ вах. В силу больших уклонов местности и разобщенности орошцемых участков механизация обработки сельскохо­ зяйственных культур крайне затруднена. Орошаемые земли используются преимущественно для посева зерно­ вых, бобовых культур, а в отдельных случаях при отно­ сительно меньшей крутизне склонов — под виноградники

(при высоте до 2000 м).

Ш и р о к и е м е ж г о р н ы е д о л и н ы г о р н ы х п л а т о . Наиболее характерным примером подобных орошаемых участков является Восточный Памир и сыр­ ты Центрального Тянь-Шаня. Почвенный покров здесь слабо развит, почвы сильно хрящеваты. Местами, осо­ бенно в пойме рек, а иногда и на склонах долин наблю­ дается заболачивание и засоление, связанное, по-видимо­

развитого здесь отгонного животноводства. В связи с тя­ желыми условиями обеспечения водой (в период, когда орошение становится необходимым, реки почти не имеют живого тока) во многих случаях целесообразно исполь­ зование подземных вод или регулирование стока.

Проведение каналов не представляет особых трудно­ стей, так'как долины обычно сложены рыхлыми материа­ лами. Потери воды на фильтрацию, однако, довольновелики; правильная конфигурация орошаемых участков допускает механизацию уборки трав.

Некоторые из горных оросительных систем размеща­ ются в пределах двух или трех типов местности. Тем не менее, как правило, в горных районах оросительные си­ стемы сравнительно невелики, в большинстве случаев орошение из одного источника охватывает лишь один или даже часть одного типа местности.

31

Оросительные системы подгорных равнин

В зоне пустынь подгорные равнины расположены обычно на высоте от 300 до 1000 м и характеризуются сравнительно небольшим количеством осадков (от 200 до 600 мм). В геоморфологическом отношении подгорные равнины представлены: 1) конусами выноса, сложенными преимущественно проаллювиально-аллювиальными про­ дуктами эрозии горных склонов, 2) волнистыми равнина­ ми, сложенными главным образом лессовидными порода­ ми и образовавшимися в результате эрозии лессовидных отложений временными потоками и 3) межгорными кот­ ловинами, представляющими известную комбинацию ко­ нусов выноса и волнистых равнин.

Особое положение в подгорных равнинах занимают речные долины, в пределах которых могут быть выделе­ ны высокие и низкие террасы. В зависимости от количе­ ства осадков, экспозиции склонов и других физико-гео­ графических факторов каждый из указанных типов ме­ стности может иметь несколько различные условия работы оросительных систем. Однако основные черты, присущие каждому из указанных типов, могут быть лег­ ко подмечены при рассмотрении конкретных орошаемых территорий.

Наиболее важными с точки зрения орошения в этой области являются к о н у с ы в ын о с а , на которых в настоящее время сосредоточена значительная часть оро­ шаемых площадей в Средней Азии и Южном Казахста­ не. Конусы выноса подгорных равнин могут быть под­ разделены на следующие микроэлементы (участки): 1) вершину конуса; 2) среднюю часть и 3) периферию; особенности каждого из них в значительной степени вли­ яют на проектирование, строительство и эксплуатацию оросительных систем.

В зависимости от характера питания источников, формирующих конусы выноса, орошение этих территорий может потребовать регулирование стока. Как правило, конусы выноса формируются водотоками с резкими коле­ баниями стока. При снеговом питании источников зада­ ча регулирования сводится к задержанию стока весенних паводков и использованию их в критический период — во второй половине лета, а при ледниковом питании — к

32

увеличению водоносности в первой половине лета. Об­ разование запасов воды достигается в подобных источ­ никах преимущественно за счет аккумулирования зимне­ го стока, так как летний сток полностью может быть использован на орошение без регулирования.

Рис. 6. Оросительная система на конусе выноса (Фергана)

В пределах конуса выноса обычно отсутствуют места, благоприятные для устройства водохранилищ, поэтому регулирование стока создается за пределами этого типа местности, вверх по течению реки.

Вершина конуса выноса, сложенная рыхлообломоч­ ными отложениями, характеризуется значительной водо­ проницаемостью пород и глубоким залеганием грунто­ вых вод. Поэтому даже при наличии благоприятных топографических условий создание водохранилищ в вер­ шине конуса выноса неэффективно.

В средней части конуса, в зоне выклинивания, грун­ товые воды залегают неглубоко, значительное участие в литологическом строении принимают связные малопро­ ницаемые породы (глины, суглинки). Подобные геологи-, ческие условия не исключают возможности создания во­ дохранилищ, однако топографические условия здесь явно неблагоприятны. На периферии конуса и особенно на стыке двух конусов создание водохранилищ возможно как по геологическим, так и по топографическим усло­ виям. Следует, однако, иметь в виду, что в этом случае площадь командования водохранилища ограничивается сравнительно небольшой частью поверхности конуса.

При наличии на подгорных равнинах смежных кону­ сов выноса с различным характером питания источников весьма эффективно регулирование стока путем пере­ броски воды из одного источника в другой, При этом за­ частую оказывается целесообразным перебрасывать на некоторые конусы воду из двух соседних источников. Такая взаимная переброска воды из источников, форми­ рующих конусы выноса, в определенных условиях позво­ ляет обойтись без устройства водохранилищ и в то же время гарантирует наиболее эффективное использование стока.

Вследствие большого количества донных наносов в источниках, формирующих конусы выноса, проблема во­ дозабора на орошение представляет значительные труд­ ности. Необходимость забирать на орошение из потока всю воду в течение вегетационного периода ограничива­ ет возможность применения в борьбе с наносами мето­ дов поперечной циркуляции и гидравлического промыва насосов. Тем не менее во многих случаях период прохож­ дения паводков может быть с успехом использован для промыва наносов в водозаборных сооружениях1.

Вопросы создания устойчивых горизонтов при водо­ заборе не имеют большого значения, ибо река, как пра­ вило, командует над поверхностью конуса выноса и вы­ вод воды на ту или иную точку возможен без подпора. Однако на древних конусах при снизившемся базисе эро­ зии русло реки может оказаться врезанным в поверх­

1 Например, на ферганских реках, где водозабор обеспечивается гидротехническими узлами, так называемого ферганского типа, ос­ нованного на борьбе с наносами при помощи поперечной циркуляций.

34

ность конуса на значительную глубину1. Тяжелые усло­ вия борьбы с наносами требуют применения специаль­ ных конструкций водозаборных узлов.

С точки зрения потерь воды на фильтрацию в ороси­ тельных каналах конусы выноса также должны быть разделены на три участка: верхнюю часть, сложенную рыхлыми отложениями крупных фракций, среднюю часть — зону выклинивания и периферию, сложенную связными породами.

В верхней части конуса потери воды на фильтрацию обычно достигают значительной величины. Однако при большой мутности воды в каналах, работающих в тече­ ние длительного времени, вследствие естественной кольматации происходит снижение потерь; для борьбы с по­ терями могут широко применяться бетонирование, мо­ щение и другие методы облицовки. Искусственная кольматация и устройство экранов из естественных грунтов обычно экономически нецелесообразны, так как эти ме­ роприятия требуют значительного уменьшения скоростей воды в канале и увеличения числа перепадов, а также подвозки грунта на большие расстояния.

При проведении мероприятий по борьбе с потерями на вершинах конуса выноса следует учитывать, что эти потери являются одним из основных источников попол­ нения грунтовых вод в зоне выклинивания. Поэтому в тех случаях, когда режим реки не соответствует режиму водопотребления сельскохозяйственных культур, такие потери могут рассматриваться как положительный фак­ тор, увеличивающий использование водных ресурсов на оросительных системах. На древних оросительных систе­ мах Средней Азии и Закавказья вода, теряющаяся на фильтрацию в конусах выноса, использовалась на оро­ шение нижележащей зоны. В этих случаях уменьшение фильтрации могло приносить значительный ущерб эф­ фективному использованию воды.

В США за последнее время с развитием орошения из артезианских скважин и истощением ресурсов подземных вод (в результате интенсивного забора воды артезиан­ скими скважинами) возникла проблема искусственного пополнения цодземных вод (Schiff, 1954).

г Например, на р. Ходжабакырган (Таджикская ССР), где вы­ вод воды из русла на поверхность конуса без устройства водоподъемг ной плотины оказался невозможным.

3* 35

Для того чтобы искусственное пополнение грунтовых вод было наиболее эффективным, необходимо иметь со­ ответствующие гидрогеологические условия. Как показа­ ли многочисленные исследования, проведенные в оро­ шаемых районах США, наиболее благоприятная обста­ новка для пополнения запасов грунтовых вод и после- д’ующего использования этих запасов на орошение име­ ется на конусах выноса. Это объясняется тем, что вер­ шина конусов выноса сложена обычно хорошо водопро­ ницаемыми грунтами, а отток подземных вод за пределы конуса незначителен. Поэтому в американской практике уже довольно широко проводятся мероприятия по искус­ ственному пополнению подземных вод путем распределе­ ния паводковых вод по поверхности конуса специальны­ ми сооружениями — бассейнами, образуемыми дамбами обвалования, колодцами и каналами (Brashears, 1953).

В зоне выклинивания грунтовые воды залегают близ­ ко от поверхности земли, и борьба с фильтрацией из ка­ налов в этой зоне нецелесообразна, так как облицовка каналов подвергается разрушению напорными подзем­ ными водами.

На периферии конуса выноса, сложенной связными грунтами (суглинками), борьба с потерями воды на фильтрацию в оросительной сети не может дать особенно ощутимого эффекта. Однако это может оказаться необ­ ходимым для уменьшения питания грунтовых вод из оросительной сети в целях борьбы с заболачиванием и засолением. Поскольку на периферии конуса зачастую в отдельные периоды наблюдается высокое стояние уровня грунтовых вод, борьба с фильтрацией во избежание раз­ рушения облицовки должна проводиться лишь на основе тщательного изучения гидрогеологических условий рай­ она. В дальнейшем, по-видимому, можно будет рекомен­ довать искусственное уплотнение грунтов и использова­ ние асфальтовых мембран1.

1 Следует, одйако, иметь в виду, что глубокое уплотнение ложа ирригационных каналов пока еще не вышло из стадии опытов и ши­ рокое применение его на практике упирается в создание эффективных средств механизации.

Асфальтовые мембраны в настоящее время используются в США (Lauritzen, 1953) при облицовке каналов. По экономической эффек­ тивности и размеру требуемых затрат это мероприятие сходно с обли­ цовкой каналов бетонной одеждой.

36

Использование орошаемой территории на конусе вы­ носа имеет специфические особенности. Верхнюю часть с нередко слаборазвитым почвенным покровом, осваива­ ют преимущественно отдельными разобщенными участ­ ками. Эта зона располагает наилучшими условиями для выращивания садовых культур (особенно косточковых). Зона выклинивания, имеющая высокий уровень грунто­ вых вод и сплошной почвенный покров (представленный преимущественно болотными и лугово-болотными почва­ ми), при условии дренажа может быть использована для всех сельскохозяйственных культур, особенно трав, тех­ нических культур и риса. Древесные же насаждения страдают здесь от высокого уровня грунтовых вод.

Взоне рассеивания поверхностного стока почвенный покров обычно представлен в той или иной степени засо­ ленными сероземами, лугово-солончаковыми почвами и солончаками. Мощные мелкоземистые отложения благо­ приятствуют сплошному освоению земель под различные сельскохозяйственные культуры: кормовые, многолетние травы, технические культуры и пр. Однако на ранних этапах освоения, при отсутствии дренажно-коллекторной сети, наблюдается пониженный коэффициент земельного использования, что придает неосвоенным участкам функ­ ции «сухого дренажа» (Малыгин, 1934).

Вверхней части конусов в каналах, как правило, со­ держится значительное количество донных и взвешенных наносов, но вследствие больших уклонов они с успехом

транспортируются по каналам и очистка сети обычно проводится в ограниченных размерах. Крупные донные наносы удаляются на головных узлах.

Питание ирригационных систем в зонах выклинива­ ния, а также частично в зонах рассеивания осуществля­ ется за счет выклинивающихся подземных вод. Несмотря на значительное уменьшение уклонов по сравнению с предыдущей зоной, здесь также не наблюдается интен­ сивного заиления оросительной сети. Борьба с наносами может осуществляться внутрисистемными отстойниками и путем непосредственного извлечения наносов из ороси­ тельной сети.

Вопрос борьбы с засолением и заболачиванием наибо­ лее актуален на периферии конуса выноса, где эти про­ цессы развиваются главным образом в результате за­ трудненного подземного стока. Особенно эффективна

37