Файл: Кочина-Полубаринова П.Я. Подземные воды.pdf

можно отнести Среднее Поволжье, Северный Крым, сте­ пи Ростовской области, юг и юго-восток Украины.

Но засушливость определяется не только недостат­ ком влаги в почве и малым размером осадков, она зави­ сит также от иссушающих ветров — суховеев. Особенно горячие ветры зарождаются в Кара-Кумах, где летом очень интенсивны восходящие токи сухого воздуха и ветры с огромной скоростью несут тучи раскаленного песка на запад, вплоть до европейской части Советского Союза.

В пустынях и степях бывают сильные ветры и ранней весной, и осенью, и зимой — это пылевые или черные бу­ ри. Они несут не только мелкие песчинки, но и сорванный с полей почвенный покров, иногда вместе с зелеными всходами.

Из-за такого рода стихийных бедствий Россия за двадцатилетие с 1891 по 1911 годы пережила двенадцать неурожайных лет и три сильных засухи.

Действенными средствами борьбы против засухи яв­ ляются агротехнические мероприятия, лесные полосы и в особенности орошение.

В настоящее время в Советском Союзе больше 12 миллионов гектаров земель с оросительными система­ ми, постоянно орошаемых — около 9,5 миллиона гек­ таров.

Самые большие орошаемые площади находятся в Китае и Индии, на третьем и четвертом местах стоят США и СССР. Египет — единственная страна, где оро­

130 миллионов гектаров, что составляет около 1 проц. площади суши и около 9 проц. цлощади всех обрабаты­ ваемых земель (она равна 1,4 миллиарда гектаров).

Объем воды, используемый во всем мире на ороше­ ние, составляет около 1400 км3 в год. Это примерно

47

4 проц. от 36 000 км3 — общего речного стока. Подзем­ ными водами в настоящее время орошается малая часть

земли не только в засушливых районах, но и в сравни­ тельно хорошо обеспеченных влагой.

Регулярное орошение. Для правильного орошения, т. е. такого, когда своевременно и полно удовлетворяют­ ся потребности растений во влаге, основными источника­ ми являются речные и подземные воды.

При орошении речными водами строят магистраль­ ный канал, получающий влагу из реки. Он обычно зани­ мает командное положение над местностью, т. е. распо­ ложен в насыпи, выше поливной площади. Вода в нем течет самотеком, по уклону. Иногда считается более вы­ годным низкий канал, без насыпи. Тогда для дальней­ шей передачи воды нужны насосы. Из магистрального канала она подается в распределительные, затем по вре­ менным каналам или арыкам разводится в орошаемые участки.

Для вывода воды из реки в ирригационную систему строится водозабор или головное сооружение. Оно обес­ печивает подачу воды по графику поливов. На рис. 17 представлена плотина, образующая на реке водохрани­ лище, в котором задерживается часть стока реки в мно­ говодные сезоны для того, чтобы покрыть недостаток влаги в маловодные.

Для орошения подземными водами строят верти­ кальные скважины, называемые иначе трубчатыми ко­ лодцами, и откачиваемую воду разводят так же, как и при орошении речными водами, но без магистрального канала,— по арыкам.

В обоих видах орошения все большее применение на­ ходит подача воды по подземным трубопроводам, еде-

4 8

вертичного горизонта, с глубины до 35 метров. Дебиты скважин составят 60—70 м3/час.

Проект составлен достаточно гибко для того, чтобы использовать различные, в том числе вновь появляющие­ ся, способы полива.

Способы полива. Самым экономным в смысле расхо­ дования воды является подпочвенное орошение: на глу­ бине около полуметра прокладывают так называемые увлажнители, представляющие собой пористые трубы; по ним подается вода, подпитывающая корни растений. При таком способе орошения уменьшаются потери воды на испарение с поверхности почвы, на ней не образуется корки, расположенные в верхних слоях сорняки не полу­ чают влаги.

Подпочвенное орошение может осуществляться так­ же с помощью гидробура. Он представляет собой метал­ лическую трубу диаметром 15 мм, длиной в 1,5 метра. К концу трубы привинчен конический наконечник, снаб­ женный клапаном. В трубу шлангом подается вода. При погружении конца трубы в землю клапан откры­ вается и вода выливается в образующуюся ямку. Гид­ робур удобен при орошении виноградных и других кустов.

В последнее время для полива все шире применяют­ ся дождевальные аппараты. Они создают условия, близ­ кие к естественным, позволяют производить полив уме­ ренными нормами — в среднем 300 м3/га, в то время как при обычном самотечном поливе трудно дать норму меньшую 800 м3/га. Дождевальная машина — КДУ-55 — короткоструйная, переносная, состоит из алюминиевых труб, устанавливаемых на ножках, вода разбрызгивает­ ся веером через специальные насадки. Дальнеструйная ДДН-45 подвешивается на тракторе, подает воду длин­ ной струей, орошает площадь по кругу. Наиболее мощ­ ными дождевальными установками являются двухкоц-

51

сольные. В них горизонтальная труба с насадками для выпуска воды поддерживается двухкоисольной балкой, смонтированной на тракторе. Агрегат ДДА-100 М (см. рис. 18) захватывает 120 метров. Он передвигается вдоль канала, из которого берет Боду, п орошает около гектара в час.

Самыми дешевыми и простыми являются поверхност­ ные или самотечные поливы, когда из арыка выпускают воду по бороздам или по полосам, огражденным валика­ ми. Если эти полосы очень широки, то получается полив затоплением, ибо заливаются целые площади. Послед­ ний вид полива допускается лишь при промывке засо­ ленных земель, орошении риса и лиманном орошении.

Полив по бороздам удобно производить из арыков с помощью сифонов — изогнутых трубок, один конец их находится в арыке, а из другого вода выливается в бо­ розду. Но можно обойтись совсем без арыков, если в гибком полиэтиленовом шланге сделать ряд отверстий на расстоянии 60—70 см друг от друга. Струйки воды потекут по бороздам.

Недостаток поверхностных способов полива заклю­ чается в том, что они требуют больших норм подачи во­ ды, значительная часть которой стекает, попадая на по­ верхность грунтовых вод и поднимая их, что может при­ вести к засолению и заболачиванию.

Если сопоставить затраты на орошение речными и подземными водами, то легко убедиться, что они. пример­ но одинаковы при расчете на один гектар. Так, по схеме Ленгипроводхоза для орошения Кулундинской степи из водохранилища у Камня-на-Оби капитальные вложения на строительство системы составляют примерно 1000 рублей на гектар. Срок окупаемости оросительных мероприятий определяется в пять лет.

Для экспериментального поля в Ключевском совхозе капитальные вложения предусмотрены также в тысячу

52

рублей на гектар, а сроки окупаемости — от пяти до семи лет.

Перспектива орошения подземными водами привле­ кательна тем, что позволяет, начав с небольших площа­ дей, по мере окупаемости, производить их расширение и, следовательно, вкладывать средства постепенно. Оро­ шение же речными водами требует сразу больших затрат на головные сооружения, магистральные каналы, распре­ делительную сеть. Однако орошение больших площадей одними подземными водами, когда нет особо благопри­ ятных условий для их пополнения, влечет к истощению водоносных пластов.

1 рунт. В последнее время для предотвращения просачи­ вания воды предлагается целый ряд средств. Но все же полностью устранить потери воды на фильтрацию не удается.

Часть поливной влаги задерживается в корнеобитае­ мом слое почвы, значительная же ее часть, просачива­ ясь, попадает, как и вода из каналов, на поверхность грунтовых вод, что вызывает их подъем. Плохая органи­ зация поливов способствует увеличению потерь. Если грунтовый поток окажется на глубине трех или менее метров, то летом будет происходить испарение, его воды, а на поверхность земли будут выноситься соли, вредные для растения. Засоление почвы на землях, орошаемых речными водами, обычно идет очень быстро.

Засоление происходит также из-за того, что сама оросительная вода, хотя она и содержит очень неболь­ шое количество солей, за десятки и сотни лет может

5 3

дать нежелательное их накопление. Основная же опас­ ность происходит от испарения с поверхности быстро поднимающихся грунтовых вод. Здесь засоление мо­ жет наступить через два-три года после начала ирри­ гации.

Заметим, что солями называются твердые кристалли­ ческие вещества с правильным расположением входя­ щих в их состав частиц — ионов. Названия солей проис­ ходят от названий кислот и тех металлов, которые вы­ теснили из кислоты водород. Так, хлористый натрий (NaCl), или поваренная соль, получается при замене водорода (Н) соляной кислоты (НС1) натрием (Na).

Среди солей есть полезные для растений, о них мы говорили, когда рассматривали питание растений с по­ мощью гидропоники. Вредными являются поваренная соль, сода, сернокислый натрий и другие. Важна также концентрация соли. Она бывает вредной, достигнув зна­ чения 0,2 проц. Основное явление, которое всегда со­ путствует засоленности,— повышение осмотического давления почвенных растворов, что, как мы уже отмеча­ ли раньше, ограничивает подъем воды растениями и тем самым понижает их рост.

Выяснено, что если к вредным солям добавлять не­ которые другие, то в комбинации первые теряют вред­ ность. Видимо, можно пользоваться для орошения соле­ ными водами, однако практическое применение этого метода еще недостаточно разработано.

Накопленный опыт орошения показывает, что круп­ ные оросительные системы должны быть комбинирован­ ными, использующими одновременно как речные, так и подземные воды, причем откачки из водоносных горизон­ тов вместе с тем должны служить вертикальным дрена­ жем. Горизонтальный дренаж, хотя и дешевле, но часто бывает мало эффективным, требующим большой заботы по содержанию его в порядке.

5 4

Когда я была в Индии (1962 г.), то индийские ученые и инженеры, рассказывая о тяжелом положении ирри­ гации в Западном Пакистане, выражали большое бес­ покойство по поводу растущего засоления и заболачи­ вания в Восточном Пенджабе. Главный инженер депар­ тамента ирригации Хари Лал Салли является горячим сторонником устройства трубчатых колодцев для отка­ чек и понижения уровня грунтовых вод и использования подземных вод на орошение. Его рассуждения можно об­ лечь в несложную математическую форму следующим образом (рис. 19).

Рис. 19. Орошение речной и подземной водой.

Предположим, что площадь F орошается речными во­ дами, и в голове (начале) ирригационного сооружения подается Q кубических метров воды в сутки (или за се­ зон). Тогда на гектар площади приходится столб воды за

этот же промежуток времени высотой “ — — метров

5 5

Из этого количества воды часть Идет на питание расте­ ний, остальное возвращается в землю и попадает на по­ верхность грунтового потока. Эти потери состоят из по­ терь от фильтрации из каналов и от стенания излишних вод при поливе. Обычно суммарные потери составляют от 30 до 50 проц. подаваемой воды. Допустим, что иа по­ тери идет аЯ метров столба воды в единицу времени. Это вызовет подъем уровня грунтовых вод Л/г, через промежуток времени At для подъема получим уравне­ ние mAh = aHAt.

Здесь т — недостаток насыщения, т. е. тот объем пор в единице объема грунта, который может быть занят жидкостью.

Допустим теперь, что работают скважины, из кото­ рых откачиваемая вода идет на полив; они дают в еди­ ницу времени столб воды Н\. Из него часть возвращает­ ся на поверхность грунтового потока — обозначим ее че­ рез p#i. Остальное (1 — P)#i потребляется растениями и уменьшает уровень грунтовых вод на величину Ahx за

Тогда будут равны правые части двух последних урав­

нений, откуда получим аЯ = (1 — р)Я ь или Я ,= а н.

1 - р

Последнее равенство показывает, какой процент под­ земной воды мы должны подавать на орошение. Напри­ мер, если принять потери от орошения речными водами

равными половине Я, т. е.а = ~~ , а потери от подземных

56