11.3. Гідротехнічні меліорації

У багатьох регіонах земної кулі лімітуючим чинником розвитку землеробства є волога. Цей чинник можна регулювати різними способами, серед яких найефективнішими є штучне осушення і зрошення земель.

Основними методами регулювання і захисту територій від надлишкової вологи є водовідведення і влаштування дренажу.

При ухилих ділянки більше 3^о потрібний захист в основному від змивання родючого шару ґрунту. Водовідведення з захистом від поверхневих вод рекомендується проводити двома основними способами:

• обвалюванням ділянки, тобто побудовою валів із будь-яких насипних матеріалів (за виключенням піщано-пилуватих) зі сторони підтікання води;

• засобом перехоплення води і влаштування неглибоких нагірних канав або лотків, розташованих впоперек схилу на верхній і нижній границях території, з відведенням в дощову каналізацію.

Штучне осушення земель з допомогою дренажу полягає в :

• швидкому відведенні талих вод, що дає змогу використовувати ділянку майже відразу після від танення ґрунту;

• зниженні рівня ґрунтових вод;

• відведенні надлишкової вологи після тривалих опадів, в основному на важких глинистих ґрунтах.

Дренаж – це таке обладнання, при якому вода з ґрунту відводиться через спеціальні водопровідні порожнини, влаштовані під землею, що називаються дренами.

В якості дрен використовують спеціальні дренажні трубки або будь-який інший водопровідний матеріал (щебінь, бита цегла, хворост, жердини тощо).

У широкому розумінні «дренаж» - спосіб осушення територій.

Повна дренажна система складається з таких елементів:

• водоприймача;

• головного колектора;

• колекторів, які зв’язані з головним колектором;

• осушувальних дрен, які впадають у колектори.

Водоприймач – це місце куди можна відвести воду з осушуваної території (річка, канал, струмок, яр, канава вздовж дороги та ін.).

Колектор (від лат. збирач, з’єднувач) – трубопровід, до якого приєднані декілька трубопроводів меншого діаметру.

Для водної меліорації у дренажній системі колектор – це трубка з підвідними і відвідними патрубками для розподілу потоку води.

Розміщення дренажної мережі залежить від рельєфу і характеру використання дренажної території.

Повна дренажна система застосовується при дренуванні значних площ надмірно зволожених земель з рівним рельєфом.

При дренуванні розрізняють поняття: досконала дрена і недосконала дрена.

Досконала дрена – це та, яка розташована на водотривкому шарі, який не пропускає воду. Недосконала дрена знаходиться на водоносному шарі.

Для пониження ґрунтових вод застосовують горизонтальний або вертикальний дренаж.

У свою чергу горизонтальний дренаж поділяється на відкритий і закритий.

Відкритий горизонтальний дренаж – це система каналів для відведення поверхневих вод. Відкриті канали можуть мати різну глибину в залежності від характеру рельєфу. На рівній ділянці з мінімальними ухилами глибина каналу складає 1,5 м, на більш рельєфній – менше 1,5 м. Приведені норми застосовують для всіх типів ґрунту.

Закритий горизонтальний дренаж складається із траншей (засипаних зверху землею), на дні яких розташовані дрени. Ширина траншей під дрени і колектор становить 35-40 см, а глибина – 1,0-1,2 м. Діаметр дрен складає 6-9 см, а колектора – 9-10 см. На невеликих за площею ділянках (менше 0,05 га) діаметри колектора і дрен можуть бути однаковими. Колектор розташовують нижче дрен. Дренажна система повинна мати ухил 0,002-0,005 (2-5 мм на 1 м). Таким чином, вода із дрен поступає в колектор, а із колектора - в водоприймач.

Вертикальний дренаж – це колодязі або свердловини, з яких відкачують воду.

Закритий дренаж часто поєднується з відкритою сіткою. У кожному випадку ступінь поєднання визначається вимогами механізації сільськогосподарських робіт, порівняльною вартістю дренажу та відкритих каналів, необхідністю скидання поверхневих вод, розміщенням полів сівозмін, доріг тощо. За умовами механізації робіт, відстань між відкритими каналами при поєднанні їх із закритим дренажем не слід приймати меншою 200 м.

На рівнинних ділянках, перезволожених атмосферними опадами або ґрунтовими водами, влаштовують порівняно густу сітку дрен. Дренаж у цьому випадку називають систематичним.

При ухилах поверхні більше 0,002 і рухові ґрунтових вод вздовж схилу осушувальні дрени розміщують впоперек схилу (поперечний дренаж), а при ухилах поверхні менше 0,002 – вздовж схилу (поздовжній дренаж).

Якщо на території закладають рідку сітку дрен з виходом ґрунтових вод у западинах, дренаж називають вибірковим.

Залежно від виду будівельного матеріалу дренаж може бути фашинний, жердяний, дерев’яний дощаний і жолобковий, гончарний, кам’яний та ін.

Дренаж, прокладений безпосередньо в ґрунті без будь-яких будівельних матеріалів називають кротовим.

Для побудови фашинного дренажу використовують свіжонарубаний хворост переважно листяних порід, завтовшки 2-5 см у комлі. З хворосту безпосередньо біля траншеї в’яжуть довгі жмутки діаметром 20-30 см, які і називають фашинами. Для запобігання замулюванню фашин, їх обкладають зверху мохом або дерном, а потім засипають. Дерен укладають на фашину вниз травою. Фашинний дренаж недовговічний, застосовують його переважно на торфових ґрунтах.

Жердяний дренаж влаштовують з жердин, завтовшки 7-10 см у комлі.

Для жердин використовують різні дерев’яні породи, краще вільхові без кори. Жердяний дренаж більш довговічний, ніж фашинний.

Для дощаного дренажу з дошок складають трубу квадратного, прямокутного або трикутного перерізу.

При побудові кротового дренажу діаметр кротових дрен у мінеральних ґрунтах приймають у межах 6-8 см, у торфових – 10-20 см.

Важливим сільськогосподарським об’єктом меліорації є болотні ґрунти. У природних умовах вони малопродуктивні, а в результаті осушення і докорінного поліпшення перетворюються в досить родючі землі, конкуруючи з чорноземними і дерновими ґрунтами. Осушення боліт, а разом з цим поліпшення водного, повітряного, теплового і поживного режимів досягається різними гідротехнічними заходами (щілюванням, кротуванням та ін.) у комплексі з агромеліоративними й агротехнічними заходами. Під час осушення відбувається поступове дренування ґрунту і заміна анаеробних процесів на аеробні, посилюється розкладання органічних решток, зменшується оглеєння, опосереднюється реакція ґрунтового розчину. Всі осушені болотні ґрунти, й особливо кар’єрні, вимагають внесення органічних і мінеральних добрив, вони реагують на вапнування.

У гірничій справі дренаж застосовується для захисту шахт і кар’єрів від підземних гравітаційних вод шляхом збирання й відведення їх у ріки, озера чи спеціальні гірничі виробки. Дренажні пристрої в даному випадку розділяються на поверхневі, підземні і комбіновані.

До поверхневих належать: вертикальні водознижувальні і водовбирні свердловини, горизонтальні дренажні свердловини, голкофільтрові установки і випереджувальні поверхневі траншеї. До підземних – дренажні штреки, наскрізні фільтри, водознижувальні колодязі, а також випереджувальні виробки (горизонтальні і похилі свердловини).

За схемою розташування дренажні пристрої поділяють на кущові, лінійні, контурні, сітчасті, а в розрізі – на одно- і багатогоризонтні, колекторні і безколекторні.

Важливим чинником для вирощування високих і стабільних урожаїв сільськогосподарських культур у степових районах України є зрошення.

Зрошення застосовують в тих умовах, коли витрати води на транспірацію і випаровування перевищують кількість її надходження в ґрунт.

Залежно від сільськогосподарських вимог до зрошення, характеру джерела зрошення, топографічних, кліматичних і ґрунтових умов зрошуваної території розрізняють наступні види зрошувальних і обводнювальних меліорацій:

• регулярно-діюче зрошення з використанням постійної системи каналів і споруд. Залежно від характеру водозабору воно може бути самопливним – якщо вода із джерела зрошення самопливом надходить на зрошувану територію і механічним – якщо вода з джерела зрошення подається механічним способом;

• одноразово-діюче зрошення: паводкове під час повені річок, лиманне затримання на водозаборі талих вод, водонаповнююче в невегетаційний період (пізно восени або рано навесні);

• обводнення місцевості із споруджених водоймищ, ставків, каналів, вода з яких використовується для сільськогосподарських та інших потреб (для зрошення невеликих ділянок).

Залежно від основного призначення зрошення має декілька різновидностей, а саме: зволожувальне зрошення, удобрювальне зрошення, промивне зрошення і утеплювальне зрошення.

Зволожувальне зрошення застосовують для безпосереднього зволоження ґрунту, створення і підтримання в ньому водно-повітряного режиму в комплексі з поживним режимом в умовах необхідного для рослин тепла і світла.

Удобрювальне зрошення полягає у внесенні в ґрунт добрив за допомогою води. Вода тут є лише розчинником і транспортером, що розподіляє добрива по площі ділянки. До цього виду зрошення належать:

• зрошення стічними водами;

• зволоження талими водами, збагаченими на мул;

• поливи водою, що містить мінеральні добрива.

Промивне зрошення очищає ґрунт від шкідливих для рослин солей.

Утеплювальне зрошення полягає в тому, що в ґрунт вводять воду з вищою температурою, ніж ґрунт – для зігрівання його та подовження вегетаційного періоду. Використовується переважно в холодній місцевості.

Зрошення у поєднанні з хімізацією землеробства сприяє розширенню асортименту і зміні структури посівних площ сільськогосподарських культур, розвитку у південних районах степової зони України рисосіяння і промислового овочівництва.

Однак, поряд з високою ефективністю водних меліорацій вони можуть спричинювати деякі негативні наслідки.

Так, при неправильному зрошенні відбувається вторинне засолення ґрунту.

Під засоленням розуміють надлишковий вміст у кореневмісному шарі ґрунту солей, які згубно діють на розвиток сільськогосподарських культур. До токсичних солей, які мають отруйний вплив на рослинний організм, належать: NaCl, CaCl, Na₂ SO₄, MgSo₄, NaHCO₃, Na₂CO₃ і до нетоксичних – Ca(HCO₃)₂, CaSO₄ , CaCO₃.

Розрізняють два види засолення: первинне і вторинне.

Первинне засолення ґрунтів проявляється у природних умовах та обумовлене такими чинниками, як глибина і мінералізація ґрунтових вод, гранулометричний склад, будова і складення ґрунту, водообмін, кліматичні умови та ін.

Вторинне засолення ґрунтів обумовлене ненормованим зрошенням і відсутністю природного або штучного дренажу. У випадку вторинного засолення спостерігається руйнування структурних агрегатів та ущільнення ґрунту, підвищення рівня ґрунтових вод і підняття сольових розчинів до поверхні, еквапотранспірація (випаровування з поверхні ґрунту і транспірація) та відкладання солей у кореневмісному шарі ґрунту.

Для уникнення або зменшення засолення ґрунтів необхідно застосовувати комплекс агротехнічних і гідромеліоративних заходів, які включають дренаж, планування, капілярну та експлуатаційну промивку ґрунтів та ін.

На зрошуваних землях слід дотримуватися високої культури землеробства, постійно стежити за водно-сольовим режимом, структурним і гумусним станом ґрунту.

При неправильному осушенні торфових ґрунтів також спостерігаються небажані явища: переосушення верхніх горизонтів, водна і вітрова ерозія, вторинне заболочення та ін.