7.3 Земляные сооружения для консервации и сохранения воды

Для серьезного строителя небольших платин и земляных резервуаров нет более достойного руководства, чем труд, недавно составленный Кеннетом Д. Нельсоном (1985 год). В этом небольшом издании можно найти описание процедур сбора воды, расчеты стоков, описание почв, конструкций, выпусков, смет объемов и затрат, а также есть подробные чертежи для расположенных поблизости сооружений.

Впрочем, как и большинство инженеров, Нельсон больше описывает плотины в долине (барьерные или земляные плотины) и в меньшей степени уделяет внимание организации плотин в рамках общего проектирования ландшафта. Очень мало строителей плотин принимают во внимание биологическое назначение таких сооружений, и мало кто даже рассматривает необходимость внесения изменений для повышения биологической производительности в водных системах.

Вторым ключевым пособием по планированию снабжения воды на ландшафте является труд П.А. Еоманса "Вода для каждой фермы/Контурный план" (P.A. Yeomans Water for Every Farm/The Keyline Plan (1981)⁵). Эта очень важная книга, написанная в 1954 году, без сомнения является первым современным пособием по проектированию ландшафта для сохранения воды и ирригации на основании эффекта гравитации. Поскольку в этом пособии также рассматривается организация разных схем, посадка деревьев, подготовка почвы и организация ограждений, это также и первая современная книга по функциональному ландшафтоведению.

Существует две стратегии сохранения воды на участках стока: отведение поверхностных вод в водохранилища (плотины, резервуары) для последующего использования и хранение воды в почве. Обе эти стратегии приводят к увеличению интенсивности потоков грунтовых вод. Как и со всеми технологиями, у земляных работ есть свои конкретные надлежащие и ненадлежащие варианты использования. Среди ключевых производительных характеристик, которые мы создаем, можно отметить:

• Плотины и резервуары (водохранилища);

• Топи (всасывающая подслойка)

• Водоотводящие системы или каналы; и

• Ирригационные сооружения, и, в частности, сооружения для полива затоплением.

НЕБОЛЬШИЕ ПЛОТИНЫ И РЕЗЕРВУАРЫ В ЗЕМЛЕ.

Небольшие плотины и резервуары в земле создаются для реализации двух основных задач. Менее значительной задачей является обеспечение точек полива для пастбищных угодий, представителей дикой флоры и фауны и для домашнего скота; такие резервуары или водоемы, таким образом, могут быть весьма умеренными системами с высокой степенью разбросанности и статичностью. Второй и более важной задачей является удержание или сохранение излишков стока воды для использования в более засушливые периоды в качестве воды для бытовых нужд или для орошения. Реализация такой задачи требует тщательного проектирования с учетом таких факторов, как безопасность, сбор поверхностного стока, общий план ландшафта, системы выпуска, понижение уровня и размещение относительно участка использования (предпочтительно с обеспечением гравитационного потока воды).

ПОДПИСИ К РИСУНКАМ

ВПУСК ИЗ БОЛЕЕ ВЫСОКОГО ИСТОЧНИКА ВОДЫ

ВЕРХНИЙ ВОДОСБРОС В ДРУГУЮ ЗАПРУДУ

РЕЗЕРВУАРЫ ДЛЯ СБОРА ВОДЫ С КРЫШИ

КРЫША САРАЯ

ПЕРЕТОК

ВОДА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПИЩИ/ПИТЬЯ

ДОМ + ПРИМЫКАЮЩИЙ ПАРНИК

КРАН

РЕЗЕРВУАРЫ ДЛЯ СБОРА ВОДЫ С КРЫШИ ДОМА

СМЫВ ДЛЯ ТУАЛЕТА

КРАН

СЕПТИК

ВОДА ДЛЯ САДА

ВОДА ДЛЯ СКОТА С ПОДАЧЕЙ ЧЕРЕЗ ШАРОВЫЙ КЛАПАН

"ДРЕВЕСНАЯ" СИСТЕМА ВПИТЫВАНИЯ СТОКОВ

ЯМА ДЛЯ СТОКОВ

РИСУНОК 7.2

ХРАНЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДЫ: План небольшой фермы. Схематическое представление гравитационных систем потока воды относительно зданий на ферме (запруды и резервуары для сбора воды с крыши).

Отдельная категория водоемов представлена прудами или влажными террасами, которые создаются специально для полного стока с водосборного бассейна (растительность или смешанные многокультурные системы морской фауны).

Открытые водоемы (участки с открытой поверхностью воды) наиболее уместны в зонах с влажным климатом, там, где потенциал испарения влаги ниже среднегодового уровня осадков. В случае организации подобных водоемов в засушливом климате существует весьма реальная угроза концентрации растворенных солей под воздействием процесса испарения. Во-первых, повышение содержания соли в воде может привести к причинению вреда животным. Во-вторых, неизбежная утечка насыщенной солями воды приведет к осолонцеванию и повреждению почвы ниже уровня таких водоемов. А в случае использования больших плотин вероятно существенное снижение притока воды на сельскохозяйственные почвы, в производственные озера и в устья рек, что может привести к снижению их производительности по причине отсутствия проточной воды и поступления илистых отложений из таких озер.

Стратегии сохранения воды в засушливом климате более подробно обсуждаются в Главе 11. То, что описывается в настоящем разделе, касается исключительно зон во влажном климате и небольших плотин, если иное не указано иначе.

Земляные плотины или водосливы с подпорными стенками ниже 6 метров (19 футов) и большими или чрезмерными стабильными водосливами не представляют угрозы для жизни или имущества при надлежащем исполнении. Создание таких плотин не влечет за собой перемещение популяций, остановку потоков воды, создание угроз для здоровья, заиливание или остановку миграций рыб. Фактически, все плотины или хранилища, которые не представляют собой барьеры на пути стока воды в долгосрочном периоде приводят к эффективному увеличению интенсивности потока.

Плотины с низкими стенками высотой от 1 до 4 метров (от 3 до 13 футов) способствуют насыщению потока кислородом, созданию постоянных водоемов, могут быть "ступенчатыми" для организации ступенчатых рыбоходов или обходных каналов, а также позволяют небольшим домохозяйствам вырабатывать электричество в небольших объемах. В то время как практически все современные эксперты признают низкую эффективность или даже отрицают таковую в случае крупных плотин (и широкомасштабных схем генерирования электричества) ввиду целого ряда фиаско в прошлом, трезвая оценка небольших водоемов демонстрирует существенные преимущества.

Учитывая объем имеющихся превосходных текстов по небольшим дамбам (которые зачастую можно получить в местных водоохранных органах или заказать по почте из хороших книжных магазинов), я намеренно не привожу конкретные и достаточно часто описываемые сведения о методах строительства таких плотин, а остановлюсь здесь больше на типах, вариантах размещения, связях с плотинами и назначении небольших плотин в общем ландшафте. Еоманс (личное сообщение, 1978) заявил, что он убежден, что если бы 10-15% нормального влажного низменного или предгорного ландшафта были обеспечены небольшими земляными водохранилищами, вероятность наводнений и засухи или пожаров можно было бы исключить полностью.

Не в любых условиях можно обеспечить рациональное хранение такого количества воды на поверхности, в частности, этому могут помешать свободно дренируемые почвы или глубокозалегающие или крупнозернистые пески. Прочие участки могут быть слишком каменистыми, или содержать известняки, или же быть слишком крутыми или неустойчивыми. Но большинство производительных участков подстилающего слоя грунта с илистой составляющей (40% содержания глины и более) будут удерживать воду за земляными плотинами, ниже уровня земли как земляные резервуары или выше уровня земли в качестве "индюшачьего гнезда" или кольцевых плотин. Впрочем, существует очень мало ландшафтов, которые не могут хранить больше воды, если пытаться прибегать к подготовке гумуса, почвы или топей; почва сама по себе является самой крупной системой сохранения воды в нашем ландшафте, если только мы позволим ей поглощать воду.

ХОЛОДНЫЙ НОЧНОЙ ВОЗДУХ

ВОДОХРАНИЛИЩА И РЕЗЕРВУАРЫ

ЗАПРУДА НА ВОЗВЫШЕННОСТИ

ЛЕСА НА ГРЕБНЕ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ КОНДЕНСАЦИИ И ПОЧВЫ

ТЕПЛЫЙ НОЧНОЙ ВОЗДУХ

ХОЛОДНЫЙ НОЧНОЙ ВОЗДУХ

ТЕПЛЫЙ НОЧНОЙ ВОЗДУХ

ХОЛОДНЫЙ НОЧНОЙ ВОЗДУХ

САМЫЙ ВЫСОКИЙ ВОДОЕМ ВОЗВРАТА И ЗАПРУДЫ

1. САМЫЙ РАННИЙ РОСТ И ЛУЧШИЙ КЛИМАТ

2. ТОЧКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДЫ

ПРОДУКТИВНЫЙ ЛЕС

ЗАПУРДА В НИЗИНЕ

ОРОШАЕМЫЕ ЗЕМЛИ

А "ЛЫСЫЕ УЧАСТКИ" – ЛУГА НА ВОЗВЫШЕННОСТИ, ЛЕС НА ГРЕБНЕ

Б СКЛОНЫ БОЛЕЕ 18 ГРАДУСОВ В ЛУЧШЕМ СЛУЧАЕ. ПОЧВА ДОЛЖНА БЫТЬ ЗАСАЖЕНА ЛЕСОМ

В ЛУЧШЕЕ МЕСТО ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ДОМА

Г НИЗКИЕ СКЛОНЫ И УСТОЙЧИВАЯ ПОЧВА, ДЕШЕВЫЕ ВОДОХРАНИЛИЩА НА НИЗМЕННОСТИ, ПОЛЯ

СКЛОНЫ НАРАСТАНИЯ

ТОЧКА ИЗГИБА

"ТОЧКА УДАРА"

КЛЮЧЕВАЯ ТОЧКА

СКЛОН ОТСТУПАНИЯ

РИСУНОК 7.3

ОРГАНИЗАЦИЯ ПЛОТИН НА СКЛОНЕ ВО ВЛАЖНОМ КЛИМАТЕ

Схема организации водоемов относительно склона, лесов и жилища

Практически все типы плотин являются рентабельными, если они располагаются для сбора воды на участке склона под углом 5% или менее. Впрочем, большая часть ключевых плотин, если они были организованы правильно и отличаются долговечностью, могут создаваться и при большем угле склона или на более высоком уровне, выполняться из бетона, крупных камней или просто выкапываться, если вода для дома или небольшого поселения является сдерживающим фактором. При организации всех плотин требуется тщательное исследование почв и уровней, равно как и планирование локальных методов строительства.

ТИПЫ И МЕСТА РАЗМЕЩЕНИЯ ПЛОТИН

Во всех экстенсивных ландшафтах есть как минимум эти распространенные типы плотин:

СЕДЛОВИДНЫЕ ПЛОТИНЫ обычно располагаются в самой верхней точке холма, на седлах или пустотах в профиле самого холма. Для организации седловидных плотин можно прибегать к земляным работам, возведению стен либо с одной стороны, либо со всех сторон такого водоема. Такие запруды могут быть по форме круглыми, продолговатыми, в форме "яйца акулы", иметь выступы или удлинения с любой стороны (Рисунок 7.4).

Варианты использования: дикая флора и фауна, разведение скота, водохранилище на возвышенности.

ПЛАН

УЧАСТОК ВЫЕМКИ ГРУНТА

СЛИВЫ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ДЛЯ ОТВЕДЕНИЯ СТОКОВ С ВЕРХУШЕК ХОЛМОВ В СЕДЛОВИДНУЮ ЗАПРУДУ. СЛИВЫ ПРОРЕЗАЮТСЯ НА ПОДЪЕМЕ 1:250-300

ВИД В РАЗРЕЗЕ

РИСУНОК 7.4

СЕДЛОВИДНАЯ ПЛОТИНА

Очень эффективна для борьбы с пожарами, сохранения воды для дикой флоры и фауны, борьбы с засухой. "Самые высокие" водохранилища, которые получают питание с верхушек холмов.

ЗАПРУДЫ НА РЕБРИСТЫХ СКЛОНАХ или запруды в форме подковы устраиваются на суб-плато выровненных гребней, как правило, на направленном вниз склоне холма, или ниже седловидных запруд. Как правило, такие запруды имеют форму подковы для лошади. Сама запруда может быть выполнена путем выемки грунта или за счет организации стенок на склоне (Рисунок 7.5).

Варианты использования: Как и для седловидных запруд. Единственным отличием является ограниченность использования для ирригации, в то время как такие запруды более эффективны для сбора стоков с вершин холмов или накопления закачиваемой воды. Обратите внимание, что как седловидные запруды, так и запруды на склонах холмов можно использовать для хранения закачиваемой насосами воды, которая используется для генерирования энергии.

ВОДОЗАДЕРЖИВАЮЩИЕ КАНАВЫ

ВОДОСБРОСЫ (ВОДОЗАДЕРЖИВАЮЩИЕ КАНАВЫ ДЛЯ СЛЕДУЮЩЕЙ ЗАПРУДЫ)

ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ ВДОЛЬ ПЕРВИЧНОЙ ЛИНИИ СКЛОНА ХОЛМА

РИСУНОК 7.5

ЗАПРУДА НА СКЛОНЕ ХОЛМА

или запруда в форме подковы, обустраивается на ровных участках склонов. Варианты использования такие же, как и у седловидных запруд.

ЗАПРУДЫ В КЛЮЧЕВЫХ ТОЧКАХ располагаются на равнинных участках вторичных водостоков, на влажных участках ландшафта, в самой высокой точке практически возможного строительства в профиле холма, как правило, там, где профиль потока меняется с выпуклого в вогнутый; это место можно найти на глаз, а ниспадающий контур потом позволит определить все прочие ключевые точки на основной равнине (Рисунок 7.6).

Варианты использования: В основном для сохранения ирригационной воды. Обратите внимание на то, что ниже такой первичной серии запруд можно организовать еще два или три яруса запруд, а перелив из последней запруды в серии можно вернуть "выше по течению" в основную равнину для обеспечения эффективного сброса излишков в водосток.

Стенки КОНТУРНЫХ ЗАПРУД могут быть построены по контуру, если уклон составляет не более 8% или же является достаточно плавным. Контуры (и стенки запруд) могут быть выпуклыми или вогнутыми относительно линии склона (Рисунок 7.7).

Варианты использования: ирригация, аквакультура или резервуары для паводковых стоков в полузасушливых регионах.

ВЫПУСКНОЙ ВОДОСБРОС

ИРРИГАЦИОННЫЙ КАНАЛ

ВПУСКНАЯ ВОДОЗАДЕРЖИВАЮЩАЯ КАНАВА

КЛЮЧЕВАЯ ТОЧКА

ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ АА

РИСУНОК 7.6

ЗАПРУДА В КЛЮЧЕВОЙ ТОЧКЕ

А. Если используется ряд таких запруд, водосбросы не устраиваются, а переток идет в следующую запруду. Из последней запруды вода поступает в русло водостока. Используется для ирригации в нижней части склона.

B. Ключевая линия (жирные черточки) соединяет ключевые точки в первичных долинах

БАРЬЕРНЫЕ ЗАПРУДЫ всегда создаются поперек потока или промежуточного русла потока. Такие запруды требуют наличия водосбросов, тщательного планирования строительных работ, наличия ступенчатых рыбоходов в биологически значимых водных потоках. Чаще всего эти запруды создаются как энергетические системы, но они также могут использоваться для ирригации, если находятся значительно выше уровня основной долины, где также выращиваются сельскохозяйственные культуры (Рисунок 7.8).

ЗАПРУДЫ В ФОРМЕ ГНЕЗДА ИНДЕЙКИ или емкости выше уровня земли; в такие запруды вода закачивается при помощи насосов, которые зачастую используют энергию ветряных мельниц или солнечную энергию. Как правило, такие запруды используются на равнинах в качестве водоемов для хранения воды или для ирригации низкого напора (Рисунок 7.9).

ЗАДЕРЖИВАЮЩИЕ ПЛОТИНЫ. Существует большое количество разновидностей барьерных запруд, которые не предназначаются для создания резервуаров для хранения воды, а создаются для регулирования или направления потока воды. Даже наличие стенки высотой 1-3 метра (3-10 футов) на небольшом водотоке позволяет создать напор достаточный для приведения в движение гидравлического плунжера, для установки водяной мельницы, для отведения самого потока в контурный канал для ирригации или для создания своеобразного буфера на случай внезапного подтопления. Плотины, которые создаются для регулирования потоков воды во время наводнений, могут оснащаться базовыми трубами или постоянными выпусками в русле водотока, которые позволяют создать управляемый поток воды ниже по течению при одновременном создании барьера для воды во время подтопления с целью распределения интенсивного потока воды на более длительное время. Отверстие в нижней части стенки такой запруды позволяет очищать запруду от ила, что исключает ее заболачивание (Рисунок 7.10-13).

ВОДОСБРОС

ВОДОТОК

ДОРОГА НА СТЕНЕ ЗАПРУДЫ

РИСУНОК 7.8

БАРЬЕРНАЯ ПЛОТИНА

"Инженерная запруда". Может оказывать влияние на миграцию рыб, отличается сложностью опорожнения; работает надлежащим образом только как часть системы ключевых линий.

ВОГНУТАЯ СТЕНКА

ВЫПУКЛАЯ СТЕНКА

СКЛОН 1 К 20

ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ

РИСУНОК 7.7

КОНТУРНЫЕ ПЛОТИНЫ

Практически реализуемы на склонах до 8 градусов как часть общей серии на фермах.

ГАБИОННЫЕ ПЛОТИНЫ. В засушливых регионах использование водопроницаемых сетчатых "корзин" со скальными породами (габионов) приведет к накоплению ила и распределению воды по всей поверхности долины. Масштаб этих плотин может варьироваться, но в сельском хозяйстве обычно применяются плотины с высотой стены 0,5-2 метра (2-6,5 фута). Как показано на Рисунке 7.12, основное назначение плотины заключается не в сохранении воды со свободной поверхностью, а создание плоской поверхности, где есть возможность полезного отложения ила, а также организация защиты на случай наводнения.

Мы можем рассматривать ландшафт (хоть он и разбит на слои по разным контурам) как набор зон по захвату, хранению, использованию воды и ревитализации. (Рисунок 7.15)

СТРОИТЕЛЬСТВО ПЛОТИН

Хотя при наличии достаточного количества материальных ресурсов мы можем строить плотины или организовывать резервуары на любом участке, здравый смысл диктует необходимость тщательного анализа следующих параметров расположения водохранилищ:

• Тип почвы (керн из ямы для оценки содержания глины);

• Уклон за стенкой (чем ниже склон, тем выше эффективность системы)

• Безопасность сооружений и зданий ниже по течению (ключевой фактор в больших плотинах);

• Высота над точками использования (желательно обеспечить гравитационный поток); и

• Доступные средства удержания или отведения воды.

КОЛЬЦЕВАЯ ПЛОТИНА НА РОВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ (КРУГ В ПЛАНЕ)

РИСУНОК 7.9

КОЛЬЦЕВЫЕ ПЛОТИНЫ И ПЛОТИНЫ В ФОРМЕ ГНЕЗДА ИНДЕЙКИ

Удержание воды, закаченной при помощи ветряной мельницы, и предоставление малого напора на равнинных участках; может оснащаться трубами для подачи воды с крыши здания или с парковки.

ВОДОТОК

СТЕНА В ФОРМЕ БУМЕРАНГА ИЗ КАМНЕЙ ИЛИ ГЛИНЫ

ВОДОЗАДЕРЖИВАЮЩАЯ КАНАВА ПО КОНТУРУ

СУХОЕ РУСЛО ВОДОТОКА

РИСУНОК 7.10

ЗАДЕРЖИВАЮЩАЯ ДАМБА

Перераспределяет поток воды на склоны, в водоемы или каналы по контуру.

ВОДОСБРОС

БАЗОВАЯ ТРУБА

ПРОФИЛЬ ВОДОТОКА

РИСУНОК 7.11

БЕТОННАЯ ПЛОТИНА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ НАВОДНЕНИЙ

Сохраняет обычный водоток, задерживает наводнения и не допускает быстрого поступления воды во время подтоплений.

ИЛ

РУСЛО ВОДОТОКА

РИСУНОК 7.12

ПЛОТИНА ДЛЯ СБОРА ИЛА

Стенки из земли или бетона или габионы удерживают места залегания ила, распределяют воду, снижают иловую нагрузку в потоках.

РИСУНОК 7.13

ЗАЩИТНАЯ ПЛОТИНА ДЛЯ ПРИВЕДЕНИЯ В ДВИЖЕНИЕ НАСОСА ИЛИ ВОДЯНОЙ КОЛЕСА

Стенка высотой всего 1-3 метра позволяет вырабатывать достаточно энергии для привода различных механизмов, подъемных насосов или распределения воды по каналам.

РУСЛО РЕКИ В ПОПЕРЕЧНОМ СЕЧЕНИИ

ЗАПОЛНЕННАЯ КАМНЯМИ СТАЛЬНАЯ СЕТКА: "ГАБИОН"

"ПОЛЯ" ДЛЯ НАКОПЛЕНИЯ ИЛА

ПРОФИЛЬ СТАРОЙ ДОЛИНЫ

БРЫЗГОВИК

ГАБИОННЫЕ СТЕНКИ

РИСУНОК 7.14

Эродирующие каналы лучше всего стабилизировать при помощи прочных проволочных корзин с камнями или щебнем. Такие заграждения хорошо выдерживают наводнения.

ХРЕБТЫ И ВЕРХНИЕ ЧАСТИ ХОЛМОВ – ЗАХВАТ ВОДЫ (ЗДЕСЬ ВОДЫ ВЫПАДАЕТ БОЛЬШЕ ВСЕГО)

ВЕРХНИЕ СКЛОНЫ – ЛЕСА, УКЛОН 12-18 ГРАДУСОВ

КЛЮЧЕВАЯ ТОЧКА

НИЖНИЕ СКЛОНЫ, УКЛОН 4 – 12 ГРАДУСОВ

НИЗМЕННОСТЬ

СКЛОН ОТ 0 ДО 4 ГРАДУСОВ – РЕВИТАЛИЗАЦИЯ ВОДЫ, БИОЛОГИЧЕСКИЕ ВОДОЕМЫ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

РИСУНОК 7.15

Уплотненная земля с содержанием глины выше 50% является водонепроницаемым барьером при высоте до 3,6 метра (12 футов), не учитывая углубления за такими стенами, которые образуются при создании подпорной стенки. Таким образом, мы можем говорить о глубине 4,5 – 6 метров (15-20 футов) для небольших земляных плотин. Мало кто захочет создавать у себя на ферме более высокие плотины и выполнение такой задачи будет требовать ряда консультаций.

Склоны к гребню должны быть вогнутыми, а через каждые 25 см (10 дюймов) нужно пройтись оборудованием типа прокатчика или даже бульдозером, чтобы утрамбовать землю. Этот процесс, наряду с выемкой больших камней и бревен, удаления травы и слоя почвы, является критическим для ограничения усадки почвы (степень усадки хорошо утрамбованной почвы составляет менее 1 процента). Таким образом прокатанная почва не будет слишком сухой, чтобы крошиться, и слишком влажной, чтобы оползти или продавиться под тяжестью прокатчика.

ДОРОГА (ПО ХРЕБТУ ХОЛМА)

ВОДОСДЕРЖИВАЮЩАЯ КАНАВА

ИРРИГАЦИОННАЯ КАНАВА

ЛИНИЯ ХРЕБТА

ЛИНИЯ ДОЛИНЫ

БАРЬЕРНАЯ ПЛОТИНА

КОНТУРНАЯ ПЛОТИНА НА ХРЕБТЕ

РУЧЕЙ

РИСУНОК 7.16.А

"Контурная" система П.А. Еоманса обеспечивает защиту от засухи для ферм и практически не требует обслуживания и эксплуатации; он первым написал книгу на английском языке, которая была посвящена проектированию водотоков для ферм на холмах, обеспечению доступа, организации поясов деревьев, созданию почвы, минимизации необходимости пахоты и творческому подходу к сохранению воды.

плотина м. куб, 1000 л. ///неразборчиво

ДОРОГА

Ручей Редбанк

СИФОЕН

НАСОС

ВОДОЗАДЕРЖИВАЮЩИЕ КАНАВЫ

ИРРИГАЦИОННЫЕ КАНАВЫ

РИСУНОК 7.16.8

КАРТА ОДНОГО ИЗ ВЛАДЕНИЙ П.А. ЕОМАНСА

Бывшее владение П.А. Еоманса "Yobarnie" после 17 лет развития контурной ирригации. Владение простирается на площади 307 га (758 акров). Дорога на южной границе владения Yobarnie располагается на вершине главного хребта. Обратите внимание на первичные долины и хребты, которые опускаются к ручью Редбанк на севере. Для получения дополнительной информации и фотографий, см. ссылку Еоманс⁽⁵⁾.

Для предотвращения вертикального сдвига и исключения утечек необходимо прорезать выемки. Такие выемки требуются для всех стен 1,8 м (6 футов) и выше. В противном случае основание должно располагаться на небольшом рве, который должен быть заполнен глиной. Безопасность склона гарантирована при соотношении 3:1 (внутри) или 2 или 2,5:1 (снаружи), запас гребня плотины должен составлять 0,9 м (3 фута), выемка должна находиться на глубине 0,6-0,9 м (2-3 фута). При работе с ненадежными почвами рекомендуется выполнять всю сердцевину из глины (Рисунок 7.17).

Стенка может быть как выпуклой, так и вогнутой, но при надлежащем проектировании и обеспечении широкого водосброса она должна обеспечивать устойчивость и безопасность, чтобы разрушить ее можно было только в результате подрывных работ или сильных землетрясениях.

Необходимо внимательно следить за состоянием водосброса на уровне 1 метра ниже хребта и по обе стороны подпорной стенки (не пытайтесь оценить состояние на глаз, измерьте эти значения) и СИФОНА или БАЗОВОЙ ВЫПУСКНОЙ трубы с заглушками для слива воды (Рисунок 7.18).

Эффективность плотин зависит от ровности поверхности за стенкой. Для обеспечения максимальной эффективности V или U-образные долины, плато или поля должны быть как можно более ровными. Ключом к эффективности является соотношение длины подпорной стенки к "длине" воды в запруде. Если подпор больше длины стенки, можно говорить о повышении эффективности использования энергии или перемещении земли для получения воды. Тщательный анализ уровней плюс учет длины плотины позволяет получить эти данные еще до начала строительства стенки. Некоторые плотины отличаются очень высокой эффективностью, в особенности те короткие плотины, которые обустраиваются в стесненных участках, когда долина за ними является преимущественно ровной.

Небольшие плотины такой природы являются драгоценной находкой для ландшафта. Если огородить такой водоем забором и высадить вокруг него 30-60 метров леса и фруктовых культур, водоем станет источником биологически чистой, пусть и иногда мутной, воды, а если вернуть верхний слой почвы, использовать известняк, засадить границы водоема, то мутность воды со временем сойдет на нет и вода станет по-настоящему чистой и прозрачной. Для обеспечения чистоты воды и борьбы с паразитами коровы, овцы и прочие животные должны пить воду только из специальных поилок из труб или лотков, а не непосредственно из запруды. Желоба для животных очень легко очищаются всего лишь несколькими кристаллами сульфата меди для борьбы с улитками и другими паразитами; если в запруде будет рыба, это также положительно влияет на ее чистоту.

Хребты подпорных стенок можно засыпать гравием и безопасно использовать их в качестве дорог для пересечения долин или болотистой местности, а в запруде можно организовать особые глубокие участки, островки, полуострова и полки или скамьи, чтобы там могли поселиться разные птицы, росли растения и стояли другие устойчивые к пожарам домики.

ПРЕВЫШЕНИЕ ГРЕБНЯ ПЛОТИНЫ НАД МАКСИМАЛЬНЫМ УРОВНЕМ ВОДЫ

ХРЕБЕТ

ВНЕШНЯЯ СТЕНКА СО СКЛОНОМ 1:2,5

ВНУТРЕННЯЯ СТЕНКА

СЕРДЦЕВИНА

ВЫЕМКА

ОСНОВАНИЕ

НИЖНЯЯ ЧАСТЬ ПЛОТИНЫ

НЕИЗМЕНЕННЫЙ УЧАСТОК

ПРИ ПОМОЩИ ВЫЕМКИ ГРУНТА МОЖНО СОЗДАТЬ НЕБОЛЬШУЮ ПРИЛИВНУЮ ЗАПРУДУ (НА УРОВНЕ МАЛОЙ ВОДЫ)

РИСУНОК 7.17

СТРОИТЕЛЬСТВО ПЛОТИНЫ

А. На рисунках A-D показано, как можно использовать склон для сохранения воды при выемке грунта. Склоны крутизной 7-9 градусов являются максимально практически рентабельными водохранилищами.

B. Погруженная в воду стенка внутри водохранилища обеспечивает защиту для мелководных растений и животных, а также способствует укреплению береговой линии от действия волн на мелководье.

ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ПРОТЕЧЕК ПЛОТИН

Существует несколько разных методов герметизации протечек плотин:

• Глей;

• Бентонит;

• Взрывчатые вещества;

• Глина; и

• Водонепроницаемые мембраны.

ГЛЕЙ представляет собой слой расплющенного, влажного, зеленого, сочного растительного материала без контакта с воздухом. В то время как более предпочтительным является использованием очень зеленого навоза скота, также можно использовать измельченную сочную растительность. Этот материал укладывается непрерывным слоем толщиной 15-23 см (6-9 дюймов) на основание и пологие слоны (соотношение 1:4) пруда и полностью закрывается землей, картоном, толстой влажной бумагой, пластиковыми листами или свернутой глиной и оставляется для анаэробной ферментации. В результате этого процесса образуется бактериальная слизь, которая надежно герметизирует поры в почве, песке и гравии. После завершения процесса ферментации пруд можно наполнить водой. После этого можно будет удалить бумагу или пластик. Я с высокой степенью успешности использовал ковры и разные куски пластиковых листов, которые накладывал внахлест друг на друга. В холодных регионах для ферментации может потребоваться неделя или две, в тропиках – день или около того. Трава с лужаек или покосов, листья папайи и банановых пальм, побеги овощных культур и прочие отходы также могут служить в качестве основного слоя. Я убежден, что в очень хороших почвах, в особенности в тропиках, можно выращивать глей как массу бобов Dolichos и затем просто раскатать ее на поверхности для герметизации (Рисунок 7.19).

Возможные модификации:

• Создать загон и кормить стадо домашнего скота в запруде без воды до тех пор, пока дно не превратится в навозную мякину; для ускорения процесса можно время от времени поливать дно водой.

• Разбрасывать кипы зеленых растений и навоза в пруды, которые протекают лишь незначительно. Это приведет к появлению водорослей, которые быстро закроют мелкие трещины.

• Засадить в сухой запруде зеленые насаждения, выполнять полив из шланга и регулярно скармливать зелень скоту.

БЕНТОНИТ представляет собой скользкий глинистый порошок из вулканической золы. При контакте с водой бентонит разбухает. Бентонит можно использовать для герметизации суглинка при фрезеровании почвы на глубину до 5-7 см (2-3 дюйма) с последующей утрамбовкой. Впрочем, материал отличается достаточно высокой стоимостью и результат работы зачастую гарантирован быть не может. Предпочтительней будет использовать цемент с последующей утрамбовкой или разбрызгивание битума после культивации почвы. В глинистых почвах такого же эффекта можно добиться при использовании соли или карбоната натрия.

Иногда для уплотнения стен плотины используют ВЗРЫВЧАТКУ. Для этого в воду бросают 3-5 палочек динамита. Временами такой метод приносит хорошие результаты, но данный вариант является весьма опасным, если у Вас есть собака или же если стенка плотины изначально была уплотнена слишком плохо.

Использование ГЛИНЫ также является достаточно дорогостоящим, если нужно транспортировать глину на большие расстояния. Этот метод рекомендуется использовать при наличии месторождений глины рядом с плотиной, которую нужно загерметизировать. Глина равномерно распределяется и уплотняется до толщины 23-30 см (9-12 дюймов по всему участку, где может быть утечка.

ВОДОНЕПРОНИЦАЕМЫЕ МЕМБРАНЫ могут быть представлены сварными пластиковыми листами, неопреном или даже жидким бетоном. Водонепроницаемые мембраны слишком дорогие и их нужно использовать только на критических плотинах, которые обеспечивают гарантированную подачу воды для дома или сада в местах с очень высокой пористостью. При использовании мембран берега могут быть намного более крутыми, чем при использовании других методов, что позволяет вместить больший объем воды в меньшее пространство. Такой вариант герметизации может стать "естественным, биологическим" только в случае добавления песка или поверхностного слоя почвы на слой бетона, после чего Вы сможете запустить в запруду рыбу или растения.

Водохранилища в земле сейчас являются самым дешевым, самым простым и самым автономным методом сохранения воды. Если города и фермы не будут использовать такие методы, чистая вода заслуженно станет самым редким минералом в мире, здоровье людей будет под угрозой, а засухи и наводнения станут нормой жизни. Разве нам это надо?

Затраты могут существенно варьироваться; для прикидки, дешевле всего хранить воду в почве и гумусе, и в этом случае также можно добиться самых больших объемов сохранения воды. На втором месте по дешевизне будет организация запруд, использовать резервуары дороже, но все равно это значительно дешевле, чем качать воду из водопровода. Я могу только просить людей доброй воли продвигать, финансировать и изучать методы сохранения воды, использования водной энергии и очистки воды, ведь та ядовитая вода с высоким содержанием хлора, металлов, асбеста, которая подается в наши дома по централизованным трубопроводам, является причиной роста частоты заболеваний раком, недостаточности костного мозга и желудочно-кишечных заболеваний.

Если резервуар на 22 500 литров стоит 20 единиц денег, то за то же количество денег можно организовать водохранилище в земле на 2 500 000 литров воды, то есть получить практически в 100 раз больше объема воды. Если заказывать резервуар на 135 000 – 2 500 000 литров, он в итоге будет стоить меньше, так как на такой объем воды потребуется меньше бетона. То есть, большие резервуары обходятся относительно дешевле небольшого резервуара. Резервуары емкостью свыше 22 500 литров обычно отливаются на месте, в то время как резервуары меньшего объема чаще всего доставляются уже в готовом виде непосредственно с завода-производителя.

Плотины же, напротив, стоят тем дороже, чем выше будет подпорная стенка. Максимальная высота стенки для дешевой запруды – не более 3 метров (10 футов). Если стенка будет выше, стоимость запруды будет возрастать очень резко, так как для организации таких плотин потребуется больше опыта, больше дорогих и тяжелых материалов, более тщательный контроль уровней, а также и более высокие экологические риски.

Как уже указывалось ранее, "дешевая" вода в запрудах зависит от местоположения площадки, например, в очень низко расположенной запруде порой можно собрать в 20-100 раз больше воды, чем на той же площади на более крутом склоне, где перемещение каждой единицы земли равняется единице воды. Впрочем, даже земляные резервуары, которые выкапываются ниже уровня земли, стоят в 10 раз дешевле обустройства бетонных резервуаров выше уровня земли.

Где уместно использовать резервуары, небольшие и крупные запруды? Резервуары лучше всего использовать в случае изолированного жилища, на равнинах и повсеместно в городах и городских поселках. Запруды объемом от 22 500 до 4,5 млн. литров воды лучше всего обустраивать на всех подходящих площадках за городом и в парковых зонах. Крупномасштабные запруды уместны пожалуй только в скалистом или обледеневшем высокогорье и на лесистых холмах, которые мало подвержены угрозе землетрясения и опять же только для умеренного домашнего (не грязного промышленного) генерирования электроэнергии.

РЕЗЕРВУАРЫ

Варианты выемки и использования грунта зачастую зависят от культурной и исторической подоплеки. Некоторые народы вообще отрицают возможность выполнения каких-либо земляных работ. К примеру, австралийцы настолько привыкли к различным вариантам сбора и хранения воды на поверхности, что они удивляются, почему в Европе, США или Индии (где чистая питьевая вода вообще редкость) нет подобных крупных резервуаров для сбор дождевой воды. Они не могут понять, почему британские, американские и бразильские фермеры редко используют водохранилища в земле и предпочитают "альтернативу" дорогих трубопроводов и скважин даже там, где локальные осадки превышают потребности местного населения.

Простые формы для создания бетонных резервуаров стоят несколько сотен долларов и могут использоваться сотни раз. Резервуар емкостью 22 500 литров может полностью обеспечить потребности в воде целой семьи в течение одного года (питье, душ, приготовление пищи, умеренный полив для сада). Воду в таком резервуаре можно обновить во время дождя в любое время года. Вода с крыш всех зданий, как бытового, так и промышленного назначения, может наполнить большое количество таких резервуаров, и простые подсчеты (среднее количество осадков в миллиметрах или дюймах) и преобразование данных в литры или галлоны даст нам ожидаемые результаты.

Учитывая тот факт, что сами крыши могут быть загрязнены птицами, пылью или промышленными отходами, первая мера предосторожности заключается в отсечении первой партии воды для использования ее в целях полива и для хозяйственных нужд в садах или на болотистой местности. На Рисунке 7.21 показаны два метода, как можно выполнить это требование.

Что же касается попадания насекомых, птиц или грызунов в резервуары (и это также касается попадания москитов), справиться с этими трудностями вы сможете благодаря использованию U-образных труб на входе и на выходе, герметизации крыши резервуара, установке водосбросной трубы для отведения излишков в яму с гравием. Если птицы постоянно садятся на гребень крыши, можно натянуть на крыше очень тонкую проволок или леску на высоте около 10 см (4 дюймов) от края крыши.

Вы можете регулярно очищать желоба на крыше или же установить желоба или стояки труб, которые не допускают попадания листиков и другого мусора (в настоящее время выпускается 3 или 4 типа таких желобов, несколько образцов исполнения систем можно посмотреть на Рисунке 7.22).

Учитывая факт удаления пыли и листьев, можно говорить о том, что остаточная органика не представляет особой опасности. Различные органические соединения будут оседать в виде активной биологической пленки на стенках и днище резервуара. Краны или выпускные трубы обычно устанавливают на высоте 15-20 см (6-8 дюймов) от дна резервуара, что позволяет предотвратить смешивание воды с отложениями такой органики.

И наконец, в резервуаре подвешивается сетка или сумка с известняком, ракушками или мраморными опилками. Это позволяет сделать воду более жесткой (щелочной), удалить из нее тяжелые металлы и сократить вероятность инфарктов у людей, которые будут пить воду из резервуара. Для мытья можно использовать и мягкую (кислотную) воду, но полезней всего использовать для приготовления пищи и пить именно щелочную воду.

Было бы весьма разумно законодательно требовать наличие таких резервуаров на всех крышах, а не подвозить воду в города за многие десятки миль; кроме того, такие методы позволили бы лучше соблюдать положения по защите чистого воздуха на локальном уровне, обеспечить стратегические запасы воды для каждого дома и привить людям консервативный подход к использованию воды.

ДОЖДЬ

ПРОТИВОВЕС

СЪЕМНЫЕ СЕТКИ

СПУСКНОЕ ОТВЕРСТИЕ ДЛЯ ОПОРОЖНЕНИЯ ВЕДРА С ЦЕЛЬЮ АВТОМАТИЧЕСКОГО СБРОСА КАЖДЫЙ ЧАС (МОЖНО НАСТРОИТЬ ПРИ ПОМОЩИ НЕБОЛЬШОГО КРАНА)

ИЗВЕСТНЯК ДЛЯ УДЕРЖАНИЯ КИСЛОТ, МЕТАЛЛОВ И СОЛЕЙ

ВЕДРО

ПРОТИВОВЕС

СПУСКНА ТРУБА

ШАРНИР

СТОЧНАЯ ВОДА

РИСУНОК 7.21

МЕТОДЫ ОТВЕДЕНИЯ ПЕРВОЙ ВОДЫ С КРЫШИ

После начала дождя сначала осуществляется промывка крыши дождевой водой, которая собирается в специальные баки для сточной воды. Системы для отведения первой воды с крыши автоматически переходят в режим ожидания после опорожнения главного сосуда.

РИСУНОК 7.22

ТИПЫ ЖЕЛОБОВ

Самоочищающиеся и защищенные от попадания листьев желоба или стояки труб весьма полезны там, где рядом с домом есть деревья; установка конусов на трубы также позволяет собирать воду с каменистых сводов.

ТРАНШЕИ

Траншеи представляют собой вытянутые одноуровневые выемки грунта, которые могут очень сильно варьироваться по ширине и вариантам подготовки от небольших гряд в садах и преград из камней на склонах до специально вырытых углублениях на равнине и на участках с очень пологими склонами (Рисунок 7.23).

Как и системы для улучшения или рыхления почвы, траншеи предназначаются для хранения воды в нижних слоях почвы или в донных отложениях. Попросту говоря, это сухие каналы или бассейны, расположенные поперек потока воды, которые предназначаются для перехвата воды с более высоких участков и задержания ее на несколько часов или дней для полного впитывания в почву с целью пополнения объемов грунтовых вод для почвы и корневых систем деревьев. Деревья играют решающую роль в системах организации траншей, так как без них мы можем столкнуться с риском заболачивания почвы и последующим снижением количества осадков ввиду недостаточного испарения и растительной транспирации собранной воды. Таким образом, деревья являются обязательной составляющей систем траншей в засушливом климате.

Траншеи в идеале не должны превышать по ширине общего охвата крон высаженных по краям деревьев, которые должны впитывать воду из отложений в траншее. Деревья создают тень и охлаждают почвы траншей, что еще больше снижает риск испарения и повышения концентрации солей или потерь воды. Хотя траншеи можно засадить травой, редкая трава сможет эффективно впитать всю поглощенную воду для повторного увлажнения потоков воздуха.

Траншеи, таким образом, широко используются в засушливых и полу-влажных и даже во влажных условиях, как на умеренно крутых склонах, так и в низине, и в городской, и в сельской местности. Они могут использоваться для сбора воды с дорог и прочих илистых или загрязненных стоков (если пыль и масла, которые попадают в почву, не могут причинить вред росту деревьев).

Базовые принципы организации траншей весьма просты: они создаются по контуру или по линиям абсолютной равнины и не предназначаются и не могут использоваться для протока воды. Их функция заключается лишь в удержании воды. В отличие от запруд, берега траншей и их основания никогда не уплотняются и не герметизируются (хотя в основания траншей могут быть положены небольшие баки для организации поилок для скота или для полива деревьев). Напротив, почва в траншее может быть выложена гравием, вспахана или разрыхлена для повышения интенсивности инфильтрации воды. Глубина и ширина траншеи зависят от скорости впитывания воды в почву на конкретном участке, поэтому в песчаной почве рекомендуется обустраивать более широкие и мелкие траншеи, а в глинистой – более узкие и глубокие.

После первых дождей, которые промочат почву на метр или более того по берегам или склонам траншей высаживают деревья. Процесс посадки деревьев может растянуться на два периода дождей. Таким образом, потребуется приблизительно 3-5 лет для того, чтобы кроны деревьев закрыли основание траншеи, а опадающие листья начали превращаться в гумус. (Впрочем, гумус начнет скапливаться уже за счет поступления стоков и порывов ветра с голой или холмистой местности.)

На ранних этапах организации траншеи еще без надлежащего объема растительности вокруг вода может впитываться очень медленно, но эффективность абсорбции со временем повысится за счет роста корней деревьев и развития гумуса. Как только степень абсорбции вырастет, можно будет обеспечить дополнительную подачу воды из других участков, направляя ее по водозадерживающим канавам. Такая "экзотическая" вода с неиспользованных дорожных или скалистых поверхностей или склонов холмов может позволить выращивать особо ценные породы деревьев, которые требуют большого количества воды, или же организовать дополнительные траншеи.

В любом полузасушливом и засушливом городском климате с высокой степенью энергоэффективности и значительным снижением затрат на организацию дорог и водопользование можно оснастить все дороги и мощеные зоны траншеями, вдоль которых будут высажены деревья, обеспечивающие тень и защиту от изнуряющей жары при одновременном производстве топлива, мульчи и продуктов питания. Все водосбросы с крыш и стоки загрязненной воды также можно направлять в траншеи (если не используются содержащие Бор чистящие средства).

Траншеи, которые прокопаны повсюду в пригородах Дэвиса, штат Калифорния (Майкл Корбетт, дизайнер), принимают все стоки с дорог и крыш, и обеспечивают рост сотен продуктовых деревьев в поселении. Вода проникла на глубину 6 метров (19 футов) уже через несколько лет эксплуатации, а сами траншеи оказались в тени от высаженных на берегах деревьев через 3-4 года после их высадки. На Гавайских островах и в центральной Австралии спроектированные мной траншеи способствовали активизации роста деревьев на почве с высоким содержанием вулканического пепла и песка.

РИСУНОК 7.23

Траншеи по контуру создаются не для протока воды; они предназначаются для удержания и поглощения стоков с более высоких участков местности. Траншеи у подножия холмов представляют собой часть систем доступа и производства.

В отличие от развития открытых плантаций, траншеи в засушливом климате Австралии помогли существенно повысить рост деревьев, которые получали питание из дождевых стоков. В засушливых регионах высаживать деревья на берегах траншей просто обязательно, в противном случае мы рискуем столкнуться с повышением концентрации солей в почве и приведению их в негодность к использованию. Таким образом, все траншеи являются временными элементами, так как деревья очень быстро перенимают на себя их функции; они просто являются обязательным условием для восстановления нормальных лесов в своем регионе. Естественные траншеи во влажных лесах (Тасмании) не только способствуют росту более крупных деревьев и обеспечивают ровные проходы, но также являются источником гумуса и особых растений, которые растут на дне траншеи. Орхидеи, грибы и женьшень лучше всего растут именно в таких траншеях.

Большинство траншей нужно настраивать (путем расширения, выкладки гравием или вспахивания) для впитывания или инфильтрации всей воды, которая поступила за период от 3 часов до 3 дней. При быстром впитывании повреждение большинства деревьев практически исключается, хотя такие виды, как каштан или цитрусовые лучше садить на расположенных поблизости отвалах для обеспечения адекватного дренажа для корней. Я считаю, что траншеи являются весьма ценным и мало используемым типом земляных сооружений для большинства климатических условий, включая высокогорье и равнинные участки, которые зимой покрыты снегом.

В итоге, траншея представляет собой большое углубление или широкую дренажную канаву, которая предназначается для сбора воды с последующим ее поглощением. Таким образом, для повышения впитывания воды нужно вспахивать дно траншеи, выкладывать его гравием, песком, заниматься рыхлением или наполнять дно траншеи гипсом. В идеале деревья обеспечивают тень для всей траншеи. Дно может быть не совсем ровным, разным по ширине, и может требовать разной подготовки в зависимости от типа почвы. Отвал, как правило, высыпается вниз по холму или (на равнинах) равномерно распределяется по поверхности. Вода в траншеи подается с дорог, крыш, через водосбросы резервуаров, системы отведения грязной воды и водозадерживающие канавы.

Расстояние между траншеями (поверхность для стока воды или участок, засаженный мульчей) может быть в 3-20 раз шире, чем сама траншея (в зависимости от уровня осадков на участке). Учитывая, что полезное основание траншеи равно 1-2 м (4-6 футов), интервал между траншеями должен быть равен 3-18 метрам (12-60 футов). В первом случае уровень осадков будет превышать 127 см (50 дюймов), а во втором – будет равен 25 см (10 дюймов) или менее. Во влажном климате расстояние между траншеями полностью засаживается морозостойкими или производящими мульчу породами. В очень засушливых регионах этот участок может быть практически голым и служить исключительно для передачи воды в траншею.

Мульча задувается в траншеи ветром, ее можно переносить туда искусственно или же выращивать непосредственно на месте. Мелкая пыль и ил скапливаются на дне траншеи, где также можно закапывать бытовые отходы в качестве основы для мульчи для голодных растений. Траншея и отвалы обеспечивают защиту растений от ветров, а траншеи на нижних склонах рекомендуется засаживать преимущественно казуариной или другими овощными культурами, чтобы предотвратить появление ветра вверх по склону. На хребтах в обязательном порядке высаживаются растения для остановки ветров и активизации конденсации (как правило, это казуарина и другие полезные виды типа акации, Leucaena, шелковистого дуба, сосны, кипариса). Ветроломы могут занимать границы каждой шестой или каждой десятой траншеи на площадках, где ветер представляет собой ограничивающий фактор. Лучше всего высаживать такие деревья на идущем вниз склоне, чтобы можно было собирать мульчу на дне траншеи и в дальнейшем использовать ее в других частях участка.

Сечения траншей могут быть специально углублены, чтобы кромка траншеи оставалась на одном уровне с остальным участком. Дно траншеи может подниматься и опускаться в разных участках. Большая глубина траншей требуется для почвы с высоким содержанием глины, в этом случае траншея превращается в своего рода мелкий пруд для растений, которым требуется много воды. Расширять траншеи рекомендуется в почвах с высоким содержанием песка или вулканических пород, которые очень быстро пропускают воду на нижние уровни.

В траншеях также можно использовать следующие две системы: в первом случае траншея может быть заполнена мульчей и навозом для обеспечения подкормки высокой питательности (для ямса, банановых пальм и т.д.), а во втором случае в траншее могут быть размещены бочки из-под нефтепродуктов, пластиковые листы или старые покрышки как своего рода герметичные резервы воды для полива молодых растений. Такие запруды можно засаживать лотусами, кангконгом, водяным крессом, китайским водным орехом или подобными культурами.

Если удерживать ширину траншеи достаточной для перемещения трактора, тележки, движения пешком или на тачке, можно будет в дальнейшем расширять некоторые участки для высадки новых общин растений, выкапывания прудов или ям под мульчу или для высадки новых деревьев с более высокой потребностью в воде. Таким образом, вы сможете добавлять новые растения, виды и менять структуру траншеи в соответствии со своими потребностями.

ДЕРЕВЬЯ, ВЫСАЖЕННЫЕ У ТРАНШЕИ

НАСЕСТ

БАТАРЕЯ ГНЕЗД

СОЛОМЕННАЯ ПОДСТИЛКА

ПОМЕТ

МЕСТО ВЫСАДКИ РАСТЕНИЙ

ВЕРОЯТНОЕ МЕСТО РАЗМЕЩЕНИЯ ПРУДА

РИСУНОК 7.24

КУРЯТНИК НАД ТРАНШЕЕЙ

Навоз от животных, которые содержатся в траншеях, или каналы, которые служат для подачи воды на влажные террасы, обеспечивают приток питательных веществ за счет транспортировки воды для растений в траншее и для соответствующих деревьев.

ПОСЛЕДУЮЩИЙ РОСТ ДЕРЕВА

ОТСЫПКА ИЛА ПОД КОРНИ ДЕРЕВА

ПОСЛЕДУЮЩАЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ВЫЕМКА ГРУНТА

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ РАСТЕНИЙ-АЗОТОФИКСАТОРОВ

РИСУНОК 7.25

ИЗМЕНЕНИЕ ФОРМЫ ТРАНШЕЙ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ИЛА

Ил из траншей можно отсыпать или перекидывать на уровень деревьев на нижней части склона. Траншеи со временем можно расширять для создания своеобразных террас.

ВОДОЗАДЕРЖИВАЮЩИЕ КАНАВЫ И ИХ БЕРЕГА

Водозадерживающие канавы представляют собой канавы с небольшим углом понижения, которые предназначаются для отведения воды из долин или водотоков и передачи ее в водохранилища и системы ирригации, или на песчаные отмели или в траншеи для последующего впитывания. Если поперек русла более крупных водозадерживающих канав устроить невысокие земляные стенки, они могут выступать в качестве серии мини-траншей для конкретных групп деревьев, в то время как излишки воды все равно будут направляться в водохранилища. Водозадерживающие канавы отличаются от траншей тем, что они создаются для протока воды после дождя (со склонов или из питающих водотоков). Они являются нормальной и необходимой составляющей для соединения серии запруд в рамках контурных систем и позволяют обеспечить подачу излишков воды из одной запруды в питающие каналы запруды, которая расположена несколько ниже.

Такие системы водоотведения требуют тщательного планирования и анализа, а уклон основания канав в почве с содержанием мелкого песка не должен быть больше каких-то 1:6000. Также тщательно нужно планировать гребни плотин и каналы для ирригации. Даже без наличия стабильного водотока водозадерживающие канавы будут собирать воду с более высоких по уровню склонов при выпадении всего лишь 1-1,5 см (1/2 дюйма) осадков за одни сутки. Именно поэтому изолированные запруды обычно оснащаются водозадерживающими канавами даже в самых засушливых условиях. Водозадерживающие канавы могут отводить воду в широкие траншеи на сухой низменности или могут выполняться или простых бетонных или каменных стенок у цельных поверхностей скал. Например, на Канарских островах такие канавы собирают стоки со скал и перенаправляют их в подземные пещеры или большие открытые резервуары. Простые заслонки поперек русла таких канав или на их берегах позволяют контролировать поток воды в канаве, лучше планировать ирригацию и (во время наводнений) защищать запруды.

Заслонки для контроля разливов могут быть стационарными (бетонные держатели направляющих и бетонированные площадки) или передвижными (пластиковые листы, которые размещаются поперек канавы, с одной стороны подвешиваются на цепи, а с другой закрепляются на трубах с муфтами поперек канавы). Последние заслонки принято называть "флагами" (Рисунок 7.27).

Скользящие затворы могут открываться в направлении линий склона для выпуска воды вниз по склону холма, в то время как пластиковые флаги можно устанавливать и использовать на любом участке канавы. Все это позволяет одному-двум людям эффективно поливать за утро участок в 200-240 гектар (400-600 акров). Кроме того, такое решение является эффективной системой предотвращения пожаров в лесистой местности. В случае необходимости продвинутых систем предотвращения пожаров и организации ирригации как скользящие затворы, так и клапаны в основании запруд можно оснастить средствами удаленного управления при помощи радиопередатчиков и аккумуляторов или скрытой электропроводки, которые будут использоваться для привода небольших двигателей или гидравлических устройств. Полноценная система предотвращения пожаров может быть представлена запрудами и листовой ирригацией с применением инфракрасных датчиков и автоматических затворов. Такие системы позволяют снизить риски для пожарных и способствуют регенерации лесов в полу-засушливых зонах.

Перехватывающие канавы. Такие канавы – или, пожалуй, коллекторы, - выполняют совершенно противоположную функцию. Такие земляные сооружения были специально разработаны (Гарри Виттингтоном из Западной Австралии) для предотвращения стока вод с верхних склонов и заболачивания, в результате которого вероятно оползание засушливой низины или почвы на нижних участках склона в катене пустыни. Таким образом, эти канавы идеально перехватывают весь поток воды с верхних склонов и направляют его в водотоки или равнинные сточные воды. Они могут располагаться поперек склона, как и траншеи, но они отличаются от водозадерживающих канав и траншей тем, что их строительство всегда требует уплотнения (ковшом бульдозера) нижних слоев почвы у нижнего берега канавы. Это позволяет эффективно предотвратить или минимизировать протечку воды через нижнюю стенку коллектора. Кроме того, такие канавы всегда имеют глубину 1,5-2,5 метра (5-8 дюймов), чередуются с четко просчитанным интервалом и эффективно останавливают не только стоки с верхних участков склона, но также предотвращают протечку соленой воды в прослойки песка. Фактически, такие канавы используются для изоляции больших блоков почвы от заболачивания и осолонения.

После такой подготовки можно будет высаживать деревья на ранее осушенных почвах.

В случае наличия более глубоких прослоек песка, через которые может проходить соленая вода, необходимо вырыть траншею и остановить поток воды за счет установки вертикального пластикового барьера, который нужно загерметизировать глиной с верхней стороны склона.

Коллекторы, расположенные поперек слонов с соотношением уклона 1:600 – 1:500 эффективно отсекают зарождающиеся или эродирующие сельхозугодья от опустынивания и приводят к созданию блоков по 100 м (330 футов) – максимум 300 м (8=985 футов) в ширину с эффективной изоляцией каждого блока от наводнения и соленого "каскада" с верхних участков склона. Излишки воды передаются в водотоки. Берега таких коллекторов также позволяют остановить поток воды из соленых озер и могут направлять первые (соленые) стоки вокруг соляных ям, чтобы направить более поздний поток пресной воды в ямы или неглубокие озера.

Распределительные канавы или отвалы предназначаются для распределения тонкого слоя избыточной воды по широкому травянистому склону либо в целях полива, либо ( в пустынях) для предотвращения размыва русла и образования оврагов. Обычно они предназначаются для забора избытка воды из траншей и запруд и могут быть по несколько десятков или сотен метров в длину. У распределительных канав нижний край находится на уровне абсолютной равнины и подвергается уплотнению или даже бетонированию Вода поступает из запруды, траншеи или небольшого водотока и выходит из канавы в виде тонкого распределенного потока вниз по склону. Выемка грунта остается сверху канавы, предпочтительно в виде небольших холмиков, или удаляется, чтобы равномерный поток сверху склона мог попасть в эту распределительную канаву (Рисунок 7.28).

РИСУНОК 7.26

ВОДОЗАДЕРЖИВАЮЩИЕ КАНАВЫ

В отличие от траншей, они идут от водотоков к запрудам или же собирают поток со склона и перенаправляют его в водоемы. Они являются частью любой системы сбора дождевой воды.

КОЛЫШКИ ДЛЯ УДЕРЖАНИЯ ЦЕПЕЙ

ПОТОК

ПЕРЕЛИВ ЧЕРЕЗ СТЕНКУ КАНАВЫ ВНИЗ ПО СКЛОНУ

РИСУНОК 7.27

ФЛАГ

Пластиковый лист, один конец которого удерживается краями канала, а другой подвешивается на цепи. Представляет собой временную запруду, используется для инициирования перелива канала для полива расположенного ниже участка.

Для орошаемых участков в траншее зачастую прорезают ряд выпусков на уровне абсолютной равнины, каждый из которых подает воду в пролет для ирригации (который имеет совершенно ровную поверхность), в которой вода удерживается между низких боковых стенок (регулирующие борта). В нижней части каждого пролета есть сбросной коллектор для отведения излишков воды в поток или во вторичную запруду для хранения воды. В таких случаях верхняя или первичная питающая канава называется подводящим каналом, в котором устанавливаются поперечные задвижки для ограничения потока. Эти задвижки позволяют направить переток из трубы в пролеты для орошения. Иногда трубы заменяют ровными бетонными отливами, а в старых распределительных канавах вся нижняя кромка могла быть забетонирована для обеспечения постоянного равномерного перелива, который не мог бы пострадать от перемещения скота или автомобилей.

Вырытый грунт выше по распределительных канав лучше всего складывать в кучи или как минимум создавать в таком грунте много проходов, чтобы вода сверху холма могла беспрепятственно попадать в канаву и не вымывать ил с верхнего склона.

В любом ландшафте тщательное и качественное планирование комбинации запруд, канав, распределителей, траншей и соответствующих труб, затворов, заслонок, флагов или водопропусков позволяет собирать, хранить и использовать излишки осадков или стоков с вершин холмов. Такие сооружения позволяют вымывать соли из почв, равномерно распределять воду по сельхозугодиям, бороться с лесными пожарами и обеспечивают умеренное орошение земли. Сначала нужно принять решение, а затем понаблюдать за всеми этими системами и, учитывая возможные долгосрочные последствия для ландшафта и почв.

Все земляные сооружения можно рассматривать как восстановительные или лечебные, если они создаются для того, чтобы на пропитанных солями и подверженных эрозии почвах снова появилась многолетняя растительность или леса. Они могут представляться ОПАСНЫМИ и эксплуататорскими, если они используются для ирригации культур с высокими потребностями в воде (например, люцерны) на засушливых территориях, отсечения потока воды в сухие участки или для направления воды на ненадлежащие цели в больших городских центрах, например, для полива лужаек или автомоек.

ВЫЕМКА ГРУНТА

ПОТОК

РИСУНОК 7.28

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ КАНАВА

Переток воды равномерно распределяется по склону за счет выравнивания нижней кромки канавы.

ПОДВОДЯЩИЙ ВОДОВОД (ПОДАЧА ВОДЫ)

вода для ирригации

отверстия в трубе или лотке

ОТВОДЯЩИЙ ВОДОВО ЗАБИРАЕТ ИЗЛИШКИ ВОДЫ

ПОДВОДЯЩИЙ ВОДОВОД

УКЛОН 1:500

ЗАСАЖЕННЫЙ ТРАВОЙ УЧАСТОК ИЛИ ОБРАТНЫЙ СИФОН

КОЛЛЕКТОР СТОКОВ

ДЕРЕВЬЯ, ПОСАЖЕННЫЕ НИЖЕ УСТУПА

СТУПЕНЬКА НА СКЛОНЕ ХОЛМА С УСТУПОМ (ЕСЛИ ЭТО СУХАЯ ТЕРРАСА) ИЛИ НАСЫПЬЮ (ЕСЛИ ТЕРАССА СОДЕРЖИТ ВОДУ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР)

ТЕРРАСА

(МОЖЕТ БЫТЬ ПОД УКЛОНОМ К УСТУПУ ИЛИ ЖЕ РАСПОЛОЖЕНА ПРОДОЛЬНО ДЛЯ СЛИВА ВОДЫ, ИЛИ БЫТЬ РОВНОЙ С ПЕРЕЛИВОМ – БУРТИКОМ).

РИСУНОК 7.29

СХЕМАТИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИРРИГАЦИОННЫХ ПРОЛЕТОВ

Схема для канальной ирригации; пролеты не должны быть более 100 метров в длину, в противном случае вода может успеть испариться. См. также Рисунок 7.30.

7.4

СОКРАЩЕНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДЫ В СИСТЕМАХ КАНАЛИЗАЦИИ

В городах вода подвергается хлорированию и снова возвращается в систему, иногда подвергаясь смешиванию с морской водой или "необработанной" сточной водой, что придает ей тот городской вкус, который так характерен, например, для города Лас Пальмас на Канарских островах. Избытки канализационных стоков зачастую сбрасываются в море с бактериями, вирусами и паразитами, которые попадают в те места, где купаются люди.

Все это происходит по причине частого, нерационального и ненужного использования смыва в туалетах в нашем неэкологичном обществе. В Швеции Вы обязаны использовать сухие туалеты в удаленных местах без канализационных систем или подобных сооружений. В США, СК и Австралии же Вам придется очень долго бороться за получение разрешения использовать такие туалеты, так как речь идет о заинтересованности промышленных предприятий и городской бюрократии, которые получают прибыль от поставки и использования систем канализации.

Впрочем, при наличии отводного канала от раковины в чашу унитаза использовать чистую воду для смыва в туалетах не требуется. Как минимум в Австралии точно можно найти на рынке унитазы, в которых встроены умывальники (Рисунок 7.31). В таких системах нужно использовать только унитазы с нижним сливом, так как в противном случае добиться полного смыва будет невозможно, а это приведет к скоплению популяций патогенных бактерий.

Это простое решение для устранения до 40% ненадлежащего использования воды в домохозяйствах, которое больше способствует чистоте рук, чем ложной чистоте/опрятности смыва в унитазах ради самого факта смыва.

Сухие туалеты рекомендуется использовать далеко не во всех случаях, хотя это оптимальное решение для всех городов и регионов с нехваткой воды. Такие туалеты абсолютно не нужны на фермах или в хорошо дренированных почвах или там, где стоки используются для производства метана путем анаэробного разложения в резервуарах. Фактически, сухие туалеты сокращают варианты использования стоков точно так же, как и компост является ограниченным вариантом использования мульчи. Сухие туалеты особенно полезны там, где:

• Системы производства метана не используются;

• Канализация не используется для выращивания растений;

• Почвы не подходят для установки септиков; и

• В городах есть существенные проблемы с поставками воды.

При использовании стоков с кухни, из ванной и прачечной будет весьма разумно сначала определить, какие химические вещества и в какой концентрации сбрасываются в сады и в почву (или водотоки). Типичный анализ порошкового моющего средства или мыла может включать: соли натрия или калия или другие полисульфаты, силикаты, сульфаты или бикарбонаты, бораты, остаточные биоциды (сконцентрированные в жирах животного происхождения), например, ДДТ, дильдрин, гексахлор от молочного скота, присадки типа смол (затвердителей), отдушек, красителей и осветлителей, фекальные бактерии и вирусные патогены и черви (при мытье в душе или стирке белья). Эти данные были получены у Кевина Хендрека, CSIRO, Подразделение почв (pers. comm. 1979).

Разумеется, большая часть этих веществ будет разложена почвенными организмами, но если изначальная вода уже содержит большое количество солей, к ним могут добавиться соли натрия и калия, которые могут вызвать дефлокулирование глины в почве или порчу листьев (при концентрации выше 1 000 частей на миллион), в то время как бораты при концентрации выше 0,5 частей на миллион могут привести к существенному повышению содержания бора в почве, а концентрация более 1,0 части на миллион является вредной для организмов и растений в почве. Таким образом, мы можем сливать стоки с содержанием простых мыльных средств на сельскохозяйственные культуры, а более сложные загрязняющие вещества направлять к системам деревьев (при должном уровне контроля), так как многолетние древесные породы могут справиться с таким загрязнением намного эффективней, чем садовые овощи. Кроме того, необходимо предусмотреть достаточно длительный период для разложения долгосрочных загрязняющих веществ.

В критических точках, и особенно в засушливой или подверженной другим негативным воздействиям среде нам может потребоваться создавать как особые типы мыла (незагрязненные масла, поташ или натрий) и выращивать особые растения, которые могут удалять излишки (большинство водных растений), прежде чем сбрасывать грязную воду в почву и водотоки. Здесь нет универсальных ответов на все вопросы, но, если мы знаем состав почв и используемых средств мы можем рассчитывать на повышение эффективности использования и очистки воды.

ОТВОДЯЩИЙ КАНАЛ

НАСЫПЬ

ПЛОЩАДКА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ РИСА

ТАРО

НАСЫПЬ

КАНГКОНГ, КРЕСС-САЛАТ

ПОДВОДЯЩИЙ КАНАЛ

ВСЕ ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ТРУБЫ ОСНАЩАЮТСЯ ЗАГЛУШКАМИ НА ВЕРХНЕЙ СТОРОНЕ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СКОРОСТИ РАСХОДА И ВРЕМЕНИ ДЛЯ ОТВЕДЕНИЯ ВОДЫ.

РИСУНОК 7.30

ИРРИГАЦИЯ

Небольшой склон на главном "подводящем" канале позволяет блокировать трубы, когда вода проходит через меньшие сифоны или лотки в ирригационные бухты. Отводящий канал (см. Рисунок 7.29) забирает излишки воды. Пролеты заполнены водой на 60% длины; следующая серия орошается.

РЕЗИНОВОЕ УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО