Вопрос 1. Осушение (дренаже) – искусственное удаление из пор почвы и ее поверхности избыточной воды в целях повышения плодородия

Осушение (дренаже) – искусственное удаление из пор почвы и ее поверхности избыточной воды в целях повышения плодородия. Для этого строится осушительная система. Она состоит из сети осушителей или закрытых дрен, которые регулируют водный режим поля и избыточную воду сбрасывают в проводящие каналы, последние отводят ее в водоприемник, реку, озеро и т.д.

Орошение (ирригацион) – искусственное введение недостающего количества воды в почву для повышения ее плодородия. Для этого строится оросительная система, которая состоит из группы подводящих каналов или трубопроводов распределительной и поливной сети. Ирригационные системы бывают различных размеров и конструкций.

Если ά*А > У* К_вод, то на территории наблюдается избыточное увлажнение, плодородие почвы будет понижаться. Здесь также необходимо регулировать водный режим, или за счет агротехнических мероприятий или за счет проведения осушительных мелиораций.

Для обоснования необходимости проведения орошения или осушения кроме осадков и суммарного расхода воды существенную роль играют грунтовые воды и запасы талых вод. Также для улучшения водного режима почвы кроме орошения и осушения проводятся работы по задержанию местного стока воды путем строительства прудов, водохранилищ, различного типа лиманов, а также работы по борьбе с эрозией почвы и обводнению маловодных и безводных земель.

Химические мелиорации – обеспечивают улучшение химизма корнеобитаемого слоя за счет изменения неблагоприятных свойств почвы. При этом виде мелиорации можно использовать внесение извести на кислых почвах и гипсование засоленных почв, насыщение оросительных вод кислородом и т.д.

Фитотехнические мелиорации – направлены на укрепление и улучшении почв, борьбу с водной и ветровой эрозией, на создание благоприятного водного режима почв и микроклимата. Создаются лесные полосы, используется залесение песков. Проводят закрепление склонов, откосов, тальвегов посевами многолетних трав. Биологические особенности некоторых растений используются для рассоления поверхностных слоев почвы. Растения-сидераты улучшают структуру почвы и способствуют в борьбе с солонцеватостью..

Лесотехнические мелиорации служат для улучшения земель и микроклимата мелиорируемой территории при помощи посадки древесной растительности или ее сочетания с травянистой.

Тепловые мелиорации направлены на улучшение теплового режима почвы. Это поливы теплой водой, снегозадержание, мульчирование поверхности.

Культуртехнические мероприятия – удаление камней, кустарников, пней, кочек, засыпка ям выравнивание поверхности.

Агромелиоративные мероприятия – предназначены для улучшения физических свойств почвы. Это планировка поверхности, профилирование, грядование гребневание, щелевание чизелевание, узкозагонная вспашка, залужение склонов, мульчирование почвы.

Следует отметить, что мелиорация наряду с улучшением водного режима и повышения плодородия почв может оказать нежелательное воздействие на природную среду, т.к. она изменяет не только гидрографию территории, но также меняет гидрологические условия и микроклимат.

Вопрос. 2. История мелиорации

Мелиорация (melioratio – лат. слово – улучшение) – отрасль народного хозяйства, занимающаяся коренным улучшением земель, грунтов, ландшафтов и смягчением неблагоприятных природных условий (климатических, гидрологических и т.д.) для различных хозяйственных, природных и др. целей.

Мелиорация – одна из древнейших областей человеческой деятельности, зародилась в Египте, Индии, Месопатамии в 5-3 тысячелетии до н.э.. В средней Азии и Армении обнаружены следы ирригационных сооружений 4-2 тысячелетия до н.э. На территории Нидерландов защита земель от затопления начата около 2 тыс. лет до н.э. В период расцвета Древнего Римма была предпринята попытка осушения Понтийских болот (Причерноморье). Осушение заболоченных земель осуществлялось в Древней Руси (Новгородском, Владимирском и др. княжествах). В начале 18 в. Проводились осушительные работы в связи со строительством Петербурга и освоением берегов Финского залива. Огромные объемы мелиоративных работ выполнены в 19 в. В Индии, Египте, США и странах Западной Европы. К началу 20 в. в мире орошалось 48 млн. га и осушалось 20 млн. га с.-х. угодий. К середине 20 в. насчитывалось около 120 млн. га орошаемых и около 60 млн. га осушаемых земель, а к началу 80 годов площадь мелиорируемых земель составляла 426 млн. га, или 28% всех обрабатываемых земель и многолетних насаждений. Наибольшие площади освоены в КНР, США, Индии, России (31 млн.га, 8%). В Японии, АРЕ, Иране, Пакистане, Финляндии все обрабатываемые земли мелиорируются.

Первые работа по мелиорации земель в России относятся к 19 в., в этот период начато осушение окрестных болот вокруг Петербурга. Развитие научных основ мелиорации в нашей стране связано с именами таких крупных ученых, как В,В, Докучаев, А.А. Измаильский, П.А. Костычев, В.Р. Вильямс, В.В. Подырев, П.А. Витте, А.Н. Костяков, Б.А. Шумаков, А.Д. Брудастов, И.А. Шаров, С.Ф. Аверьянов и др.

Мелиорация в настоящее время - одно из самых крупномасштабных и глубоких антропогенных вмешательств в природную среду; орошаемое и осушаемое земледелие преобразуют почвы, изменяют растительность, ландшафты, климат. Мелиорация приводит к серьезным изменениям природной среды. Поэтому для их проведений необходимо детальное обоснование и точный экономический расчет.

Вопрос 3. Основные почвенно-эрозионные зоны Западной Сибири.

В зависимости от влаго-и теплообеспеченности вся территория России делится на 5 ландшафтных зон: тундра, лес, лесостепь, степь, полупустныня и пустыня. Западная Сибирь характеризуется весьма разнообразными условиями и рельефными особенностями. Значительная часть территории на ходится на склонах – это большая часть Кемеровской, восточные районы Новосибирской областей, центральные и восточные районы Алтайского края, гривной рельеф ряда районов Омской, Томской и Тюменской областей.

Основные климатические показатели природных зон России (Колпаков В.В., Сухаре И.П., Голованов А.И.)

зона	среднегодовая температура воздуха, ^0с	число дней с температурой более 5^0с	Осадки за год, мм	Испарение с водной поверхности за год, мм
тундра	-9
лес	-1
лесостепь	+2
степь	+5
полупустыня и пустыня	+11

Тундра – очень холодная зона (зона избыточного увлажнения и вечной мерзлоты).

Лес – для этой зоны характерно избыточное увлажнение и довольно низкие температуры.

Степь – зона, для которой характерно наличие большого количества тепла и света, но наблюдается недостаток воды.

Полупустыня и пустыня - очень много тепла, но эта зона большого дефицита влаги в почве и воздухе.

Лесостепь – относительно благоприятная зона для ведения сельского хозяйства.

Потребность в мелиорациях принято определять по климатическим показателям. Для этого рассчитывают коэффициент влагообеспеченности:

К= , где

ά*А – приход воды от осадков, м³ /га;

W - приход из расчетного слоя почвы, м³ /га;

V - приход воды за счет грунтовых вод, м³ /га;

У – планируемая урожайность, т/га;

К_вод – затраты воды на единицу урожая, м³ /га.

При К=1 потребность в гидротехнических мелиорациях не требуется.

При К>1 – в данной зоне требуется осушение

При К<1 – в данной зоне требуется орошение.

В зависимости от рельефа местности и климатических особенностей зависит растительный и почвенный покров и характер проявления эрозионных процессов, плодородие почвы.

Различают четыре типа эрозии почв: ветровую, водную, совместную (водно-ветровую), антропогенную (техногенную).

Ветровая эрозия почвы, дефляция почвы, разрушение и перенос почвы ветром. Возникает при взаимодействии воздушного потока с поверхностью почвы, состоящей преимущественно из частиц диаметром менее 1 мм. Возникает в засушливое время года при пересыхании почвы, в условиях слабого развития растительности или ее отсутствия, при нерациональной распашке земель. Засыпает посевы, вызывает заносы, разрушение верхнего слоя почвы, гибель посевов, охватывает значительные территории и вовлекает в воздушный поток большие массы почвы.

Водная эрозия почвы, разрушение (смыв и размыв) почвы и подстилающих пород потоками талых и дождевых вод, перемещение продуктов разрушения и их переотложение. Подразделяется на плоскостную (поверхностную) и линейную (глубинную, овражную). Проявляется в основном на склонах крутизной более 1 градуса. Практически все земли с такой крутизной эрозионно-опасные. Наносит вред народному хозяйству и природе, т. к. вызывает поверхностный смыв плодородного слоя почвы, размыв почвогрунта, образует овраги, ведет к заилению рек и озер.

Ускоренная эрозия почвы, или антропогенная, разрушение почв и подстилающих пород поверхностными водами в результате неправильного воздействия человека на земную поверхность. Характеризуется превышением скорости разрушения почв над темпами почвообразования (0,2 – 0,5 мм/год). Развивается при скорости разрушения почвенного покрова сероземов более 0,27 мм/год, черноземов – 0,28 мм/год, каштановых почв – 0,35, дерново-подзолистых – более 0,87 мм/год. Приводит к уменьшению плодородия почв, заилению рек, озер, водоемов, снижает качество продукции.

Техногенная эрозия почвы, агротехническая эрозия почвы, механическая эрозия почвы, систематическое перемещение пахотного слоя почвы почвообрабатывающими орудиями вниз по склону.

Вред от эрозии не ограничивается сферой сельского хозяйства, в результате выноса больших масс почвогрунтов ослабевают водоисточники, заиливаются, мелеют речки, реки и водохранилища, наносится ущерб рыбному хозяйству, гидроэнергетики и т.д.

В Сибири различные эрозионные процессы нередко развиваются одновременно на одном и том же угодье со сложным рельефом: на склонах северной экспозиции – смыв и размыв; на сухих и ветроударных южных склонах – ветровая эрозия.

Оценка ветровой и водной эрозии:

Слабая – до 3 м³ почвы с 1 га;

Средняя – от 3 до 8 м³ почвы с 1 га;

Сильная – от 8 до 15 м³ почвы с 1 га;

Очень сильная – от 16 до 30 м³ почвы с 1 га;

Черезмерный смыв – свыше 30 м³ почвы с 1 га.

В Западной Сибири в связи с проявлением эрозии различают 6 почвенно-эрозионных подзон:

1 подзона – проявление средней ветровой эрозии, среднего смыва и среднего размыва.

Охватывает центральную часть Алтайского края, в основном Приобского плато. Высота над уровнем моря – 200-300 м, перепады местности – 50-60 м, что и определяет высокую эрозионную опасность. Крутизна распахиваемых склонов до 5-7⁰, сенокосы и пастбища – уклон 9-8 градусов. В подзоне резко выражена континентальность климата, за год выпадает 400-425 мм осадков, В течении года преобладают ветры южного и юго-западного направления. Из почв наиболее распространены выщелоченные черноземы и темно-серые лесные. Слабосмытые почвы занимают 10%, среднесмытые – 8,5%, сильносмытые -5%. В почвах содержатся около 20-35% устойчивых к ветровой эрозии агрегатов. Водопрочность – 15-20%.

2подзона – средняя ветровая эрозия, средний смыв и слабый размыв. Включает в себя крайнюю юго-восточную часть Тюменской области, южную лесостепь и приречье Иртыша (от Омска по поселок Муромцево), южная и центральная часть Барабинской низменности, часть приобского плато Новосибирской области и лесостепь Кемеровской области.

Глубина эрозии колеблется от 10-20 до 30 м. Среднегодовое количество осадков 325-400 мм. Максимум ливневых осадков выпадает в июне-августе. Имеет место активная ветровая деятельность. Почвы представлены обыкновенными и выщелоченными черноземами, лугово-черноземными и оподзоленными почвами и солонцы. Неблагоприятный механический состав и нерочная структура. Эродированность пашни – 15-35%. Вынос почвы за год составляет 5-20 т/га.

3 подзона – среднего смыва и среднего размыва, слабой ветровой эрозии. Включает в себя Зауральское плато, через северную лесостепь Омской облати, северную часть Барабинской низменности, узкая полоса Приобского плато и Томской области.

Почвы темно-серые лесные, серые лесные, лугово-черноземные, луговые, отчасти выщелоченные и оподзоленные черноземы, солоди и солонцы.

Годовое количество осадков 325-450 мм,обуславливает смыв и размыв почвы на повышенных элементах рельефа и ее вынос в пределах 5 -10 т /га в год. Распаханность территории 20-60 %,Эродированность 10-25%.

4 подзона – сильного смыва, сильного размыва и слабой ветровой эрозии. Алтайское и Новосибирское правобережье, Присалаирье.

Почвы выщелоченный черноземы, оподзоленные и серые лесные почвы. Осадки 450-600 мм. Эродированность почв от 10-50%, Вынос почвы 15-30 т/га. Глубина эрозии может достигать 100-300 м.

5 подзона – слабого смыва и слабого размыва. Охватывает подтаежные районы и включает в себя восточную часть зауральского Плато, Тобол-ишимсое и Ишим-Иртышское междуречья, Васюганское, Кеть-Тымское и Чулымо-Енисейское плато. А. с/х отношении малоосвоена. Среднегодовое количество осадков 450-600мм. Преобладающие почвы – дерново-подзолистыеи подзолистые. Распаханность южной части подзоны 5-20 %, причем до 2-% пашни подвержено смыву и размыву. Вынос почвы до 5 т\га.

6 подзона – горные районы Алтая, Салаира и Кузнецкого Алатау.

Вопрос 4. Районы Тюменской области распределяются по подзонам следующим образом:

1) Южная часть Сладковского, Казанского и Ишимского районов – 2 подзона (южная лесостепь и степь)

2) Тюменский, Ялуторовский, Исетский, Упоровский, Заводоуковский, Армизонский, Омутинский, Бердюжский, Абатский, южная часть Голышмановского, северо-западная Ишимского, северная - Сладковского, Казанского районов – 3 подзона, (северная лесостепь)

3) Северная часть Голышмановского, Нижнетавдинский, Ярковский, Юргинский, Аромашевский, Сорокинский, Викуловский, Вагайский, Тобольский, Уватский, южная часть Ханты-Мансийского округа – 5 подзона (южная подтайга).

Вопрос 5. Эффективность мелиорации.

Проведение любых гидротехнических мелиораций связано с большими затратами труда и средств. Капитальные вложения на мелиорацию 1 га площади во многих случаях значительно превосходят все другие с/х (машины, удобрения, насаждения и т.д.) и несельскохозяйственные затраты (инженерные сооружения, коммуникации и т.д.) на эту площадь.

Размеры капитальных затрат на строительство систем и мелиоративное освоение земель зависят от конкретных природных и хозяйственных усдовий (топографии местности, почвенной характеристики, принятого способа орошения или осушения, размера участка, уклона и т.д.).

Величина капитальных вложений в строительство оросительных систем в долларовом эквиваленте составляет 10-16 тыс. долларов на 1 га в зависимости от густоты коллекторно-дренажной сети. Капитальные затраты на строительство осушительных систем закрытого типа варьируют в пределах 4-6 тыс. долларов/га, а на строительство систем с открытыми каналами – 2-4 тыс. долларов на га.

Основные формулы при определении выгодности применения орошения.

ЧД=С-С_о (ЧД чистый доход, С стоимость реализованной продукции, С_о – затраты на его производство)

Производительность труда определяется по формуле: П=С/К (К – количество затраченных человеко-дней).

При определении рентабельности используется зависимость:

Р=ЧД/ С_о *100%.

Окупаемость капитальных затрат на орошение (О) определяют по формуле:

О=З/ДЧД (З – капитальные затраты на орошение 1 га; ДЧД – дополнительный чистый доход)

ДЧД = ЧД₀ –ЧД_б, (ЧД₀ - чистый доход при орошении; ЧД_б – чистый доход без орошения.

Лекция 2. Водные ресурсы и водный баланс почв.

1. Распределение воды на земном шаре

1.1. поверхностные водные источники;

1.2. подземные воды.

2. Баланс влаги

2.1. Атмосферные осадки;

2.2. Испарение;

2.3. Сток и инфильтрация.

3. Вода в почве и ее использование.

Вопрос 1.

71% поверхности Земли покрыто водами мирового океана, и только 29 % площади занимает суша. Неравномерное распределение воды и суши имеет большое значение для круговорота воды, дифференциации климата и водного баланса Земли.

Общие запасы воды на земном шаре составляют около 1386 млн.км³. В отличие от других естественных ресурсов вода непрерывно перемещается во времени и в пространстве, переходя из одного вида в другой. Перемещения свойственны всем видам вод: океаническим, речным, подземным, перенос влажных масс воздухом, движение воды от корней к листьям – это все отдельные звенья взаимосвязанного влагооборота в природе.

1.1. Поверхностные водные источники.

К ним относятся реки, озера, водохранилища. Они являются основным источником водопотребления в народном хозяйстве. В зависимости от площади водосбора, длины, объема протекающей воды реки условно подразделяются на большие, средние и малые. В зависимости от изменения климатических факторов: стока, осадков и испарения – количество воды в руслах рек непрерывно меняется от года к году и от сезона к сезону.

Озера мира – один из важных источников воды, доступной для пользования в хозяйственных целях. Площадь всех озер мира приближенно оценивается в 2,1 млн. км², т.е. 1,4% площади суши. Общие запасы воды в 145 крупных озерах мира составляют 168 тыс. м³. При этом половина озерных вод являются солеными.

В связи с увеличением использования водных ресурсов наряду с естественными водоемами большое значение приобретает создание прудов и водохранилищ для регулирования водного режима и повышения водообеспеченности территорий. Создание водохранилищ связано с гидроэнергетическим строительством, развитием орошения и регулированием стока в целях борьбы с наводнениями и половодий. Суммарная емкость эксплуатируемых 10000 водохранилищ составляет около 5000 км³, что приблизительно равно 11% объема годового стока с поверхности суши.

1.2. Подземные воды.

Общие запасы подземных вод составляют 49,5 млн. км³. Они образуются главным образом в результате просачивания (инфильтрации) в грунт атмосферных осадков. Могут образовываться также за счет конденсации в почвенной толще водяных паров атмосферы, а также в результате физико-химических процессов проходящих в глубоких слоях земли.

По условиям залегания подземные воды подразделяются на воды зоны аэрации, грунтовые, безнапорные и напорные (артезианские).

К водам зоны аэрации относят почвенные воды и верховодку.

Они залегают вблизи земной поверхности. Верховодка отличается от почвенных вод тем, что накапливается на слабопроводящих воду грунтах. Она образуется за счет просачивания талых вод, дождевых вод.

Грунтовыми водами называют подземные безнапорные воды, залегающие на первом от поверхности водоупорном слое. Область питания грунтовых вод обычно совпадает с областью их распространения. Глубина их залегания связана с рельефом местности, климатом, временем и количеством выпадающих осадков, наличием овражно-балочной и речной сети, составом и свойствами грунтовых пород. Грунтовые вода часто могут вызывать переувлажнение и заболачивание почв.

Человек может искусственно изменять режим грунтовых вод. В зонах избыточного увлажнения УГВ можно искусственно понизить путем осушения местности.

Межпластовые безнапорные воды – эти воды с дух сторон ограничены пластами водоупорных пород. Область их питания значительно меньше площади распространения водного горизонта.

Межпластовые напорные, или артезианские воды - это подземные воды, полностью заполняющие водоносные породы между водоупорными пластами. При вскрытии водоносных горизонтов скважинами вода в них поднимается до определенного уровня, который называется пьезометрическим. Если пьезометрический уровень выше поверхности скважины, тогда из нее будет фонтанировать. Скважины, вскрывающие межпластовые напорные воды, называют артезианскими. Площади распространения напорных вод называют артезианскими бассейнами. Артезианские бассейны иногда занимают огромные территории и содержат ряд мощных водоносных горизонтов с большими запасами воды, способными обеспечит водоснабжение отдельных районов. Естественные выходы подземных вод на поверхность называют ключами или родниками.

Вопрос 2. Баланс влаги.

Вода в природе находится в непрерывном движении, совершая круговорот. Основная роль в этом принадлежит солнечной энергии. Под влиянием солнечного тепла часть воды на поверхности земли превращается в пар, который поднимается в атмосферу, охлаждается, конденсируется и вновь выпадает на поверхность в виде атмосферных осадков.. Выпавшая в виде осадков вода, частично испаряется, частично впитывается в почву, а некоторое ее количество стекает по поверхности земли или подземными потоками в ручьи, реки и далее в океан.

При составлении уравнения водного баланса для небольшой суши (мелиорируемой территории) необходимо в нем более подробно определить приходные и расходные статьи. Водный баланс водного массива следует определить так: ∆W+∆V= (P+V-S)+(G+A-O)-E

Где ∆W – прибыль (убыль) запаса почвенно-грунтовой воды в расчетной толще грунта данного массива;

∆V – прибыль или убыль поверхностной воды на данном массиве

P – атмосферные осадки, выпавшие на массив

V – приток поверхностных вод на массив

S – сток поверхностных вод с массива

G – приток грунтовых вод на данный массив

A – конденсационная влага из атмосферы

O – отток почвенно-грунтовых вод

E – испарение влаги с почвой и растительностью.

Для сравнительно небольшой территории водный баланс определяется водным режимом почвы. Совокупность процессов поступления влаги в почву, ее передвижения и расходования называют водным режимом. В зависимости от величины отдельных источников прихода и расхода влаги выделяют три основных типа водного режима: промывной, непромывной, выпотной.

В зоне таежных лесов влага атмосферных осадков промачивает почву до грунтовых вод, потери влаги на испарение незначительные – это промывной тип. В степных районах сквозного промачивания не происходит, за летний же период испаряется вся поступившая влага – это непромывной тип;

При неглубоком залегании грунтовых вод и небольшом количестве осадков в некоторых районах страны происходит капиллярный подток влаги к зоне испарения. Воды больше испаряется, чем поступает с осадками – это выпотной тип водного режима.

2.1. Атмосферные осадки

Под ними понимают всю воду, которая выпадает из атмосферы на земную поверхность в жидком или твердом состоянии. Распределение осадков как по территории, так и по времени крайне неравномерно. В России наибольшее количество осадков выпадает на южных склонах Главного Кавказского хребта, в районах Черноморского побережья Кавказа. Наименьшее – характерно для центральных районов Якутии. Установлено, что отсутствие естественных осадков в течение определенного времени вызывает засуху. Периоды засухи бывают различной длительности. В Тюменской области чаще всего встречаются кратковременные весенне-летние и летние засухи до 10-15 дней.

2.2. Испарение

Это процесс отрыва молекул воды от испаряющей поверхности и переход их в атмосферу. Испарение происходит только в том случае, когда атмосфера не полностью насыщена водяными парами. При определении количества испаряющейся воды определяют испарение и испаряемость. Испаряемость – это максимально возможное или потенциальное испарение при неограниченном поступлении влаги к испаряющей поверхности.

Испарение зависит не только от дефицита влажности воздуха, но и от скорости ветра, температуры, влажности почвы, ее гранулометрического состава и окраски. Чем выше влажность почвы, тем больше испарение.. Плотные почвы испаряют воды больше, чем рыхлые. Испарение с поверхности почвы, покрытой растительностью меньше, чем с обнаженной, однако в совокупности с растениями она испаряет воды больше, чем непокрытая. Испарение происходит в течение всего года. Максимальные значения определяются летом (50-60 % годовой суммы), наименьшие – зимой.

На величину испарения влияет рельеф местности. Волнистые неровные поверхности испаряют больше влаги, чем плоские и гладкие. Поэтому в засушливых районах важное значение приобретает планировка полей. Испарение также зависит от глубины залегания грунтовых вод и степени минерализации, а также от засоленности почв. Лес уменьшает испарение с поверхности почвы, т к затеняет и покрывает ее листвой и лесной подстилкой. Кроме того, кроны деревьев задерживают и испаряют около 30 % осадков.

2. 3. Сток и инфильтрация.

Под стоком понимают количество воды от атмосферных осадков, которое стекает по поверхности и в почвогрунте и поступает обратно в океан. Сток складывается из поверхностного (дождевые осадки и при таянии снега) и подземного (вода стекает внутри почвы) Формирование стока обусловлено избытком осадков над испарении на суше.

Сток принято выражать в слое воды h (мм) за год или за период (слой стока). Для перевода слоя воды в объемные единицы надо значение h умножить на 10 (1 мм слоя равен 10 м/га). Под объемом стока (W) понимают количество воды (м), которое поступает с водосборной площади (F) за расчетный период, т.е. W=hF (м/га или м/км). Зная объем воды можно вычислить ее расход за расчетный период (Q) по формуле:

Q= W*1000/86400t, где W объем стока, м³

86400 – число секунд в сутках,

t – расчетный период, сут.

Расход и объем стока – абсолютные характеристики стока, позволяющие сравнить водоносность различных речных бассейнов.

Отношение общего расхода воды поверхностного стока Q (м³/с или л/с) к площади водосбора F (км²) называется модулем поверхностного стока и обозначается q (м³/км² или л/(с*га))

q=Q/F q=W/Ft86400

Зная модуль стока и площадь водосбора, общий расход воды можно определить по формуле: Q=q*F (л/с.).

Вопрос 3. Вода в почве и ее использование.

Почвенная вода, размещенная в порах, является основным водоисточником для растений. Кроме этого, часть воды входит в состав минералов. Вода находится в газообразном, жидком и твердом состоянии. По степени доступности можно выделить четыре вида воды: недоступную, труднодоступную, легкодоступную и свободную.

К недоступной воде относится парообразная и гигроскопическая. Почвенные частицы обладают гигроскопичностью, т.е. способностью притягивать молекулы воды. Гигроскопическая вода удерживается на поверхности почвенных частиц молекулярными и электрическими силами сцепления.

К труднодоступной воде относятся пленочная и стыковая (менисковая). П леночная облекает почвенные частицы не в виде отдельных частичек воды, а в виде пленки и удерживается на поверхности частиц, под действием молекулярных сил давлением в одну атмосферу. Стыковая менисковая вода –это та вода, которая находится в уголках пор между частицами. Эта вода появляется раньше, чем давление на периферии пленки достигнет одной атмосферы.

К легкодоступной воде относится некапиллярная и капиллярно-подвешенная вода. Капиллярно-подвешенная и капиллярная вода –это такая вода, которая удерживается в капиллярах или в углах пор, и не имеет снизу сплошного водного слоя. Находится в свободном движении под действием сил поверхностного натяжения.

К свободной воде относится гравитационная, которая передвигается под действием силы тяжести. Она заполняет в основном некапиллярные слои почв. Встречая на пути просачивания вниз водоупорный пласт, гравитационная вода образует безнапорный водоносный горизонт и называется грунтовой. Грунтовая вода может быть застойной или стекающей. Свободная вода заполняет все имеющиеся промежутки в почве. Еще имеется вода в твердом состоянии в виде льда.

Т.К. в почве имеется вода, то она обладает определенными водными свойствами. Водные свойства почв – это влагоемкость, водопроницаемость. Влагоемкость – это способность почвы вмещать и удерживать определенное количество воды. По влагоемкости они разделяются на сильновлагоемкие (торфянистые, глинистые, ил, суглинистые), средневлагоемкие (супесчаные), слабовлагоемкие (мелкозернистые пески, лесс) и невлагоемкие (крупнозернистый песок).

Водопроницаемость – свойство почвы пропускать через себя воду. Зависит от размера пор, гранулометрического состава почв и наличия коллоидных частиц, температуры воды, глубины залегания грунтовых вод и т.д. Характеризуется влагоемкость средней скоростью впитывания за время. Почвогрунты по скорости впитывания за первый час классифицируются на 5 групп: слабопроницаемые W < 5 см/ч

Пониженной водопроницаемости W – 5-7 см/ч

Средневодопроницаемые W – 7-10 см/ч

Повышенной водопроницаемости W – 10-15 см/ч

Сильнопроницаемые W >15 см/ч.

Лекция 3. Осушительные мелиорации.

1. Объекты осушения.

2. Влияние осушения на почву.

3. Нормы осушения

Вопрос 1.

Осушительные мелиорации – это совокупность мероприятий, направленных на регулирование водного режима избыточно увлажненных территорий.

Избыток воды в почве приводит к недостатку в ней кислорода и к развитию анаэробных бактерий, что заметно замедляет процессы разложения органических остатков. Поэтому в переувлажненной почве мало минеральных солей, необходимых для питания растений, корни растений задыхаются от недостатка кислорода, отмирают. Переувлажненные почвы в течении вегетационного периода имеют более низкую температуру и они медленно прогреваются. Также при отсутствии кислорода в переувлажненной почве происходят процессы брожения. Дающие кроме углекислоты, ядовитые вещества. Избыток воды разрушает структуру почвы. Земли на которых необходимо проводить осушительные работы расположены преимущественно в северных, северо-западных районах Тюменской области.

При осушении удаляется избыточная для растений вода из пор почвы и с ее поверхности, а при необходимости (в засушливые периоды) приводится недостающее количество воды. Регулирование водно-воздушного режима почв проводится в зависимости от условий хозяйственного использования осушаемой территории и требовании растений.

Значительное количество осадков, неравномерное их выпадение, пониженное испарение при плохом стоке – основные причины избыточного увлажнения почв. Иногда к атмосферным осадкам прибавляется вода, притекающая с поверхности прилегающих водосборов, а также грунтовая и грунтово-напорная вода из нижележащих слоев грунта.

Земли, требующие осушения, подразделяются на три группы: болота, заболоченные земли и земли с переувлажненными минеральными почвами.

Болотом – это часть земной поверхности, на которой избыточное увлажнение при недостатке воздуха привело к развитию характерной для торфообразования влаголюбивой растительности и к процессу накопления полуразложившегося органического вещества – торфа мощностью не менее 30 см в неосушенном состоянии.

Заболоченные земли представляют собой начальную (первую) стадию образования болот при мощности торфа менее 30 см. Избыточное увлажнение здесь способствует развитию влаголюбивой растительности.

Причины образования болт и заболоченных земель могут быть зональные и местные. Особенно интенсивно заболачивание суши отмечается в понижениях рельефа, а также поймах рек, при скоплении и затаивании поверхностного стока, высоком стоянии уровня грунтовых вод или выклинивание их на поверхность. Также в результате застаивания паводковых вод рек или вод, стекающих с вышележащих водосборов.

Переувлажнение земель и образование болот наблюдается в основном там. Где протекает подзолистый или дерновый процессы почвообразования при значительном количестве атмосферных осадков и невысокой их испаряемости.

Накопление органического вещества в полуразложившемся и неразложившемся состоянии увеличивает влагоемкость почв, замедляет поверхностный сток, уменьшает водопроницаемость, что способствует застаиванию воды, ухудшению аэрации, развитию заболачивания. Образуется травяное болото. Дальнейшая стадия травяного болота – зеленомоховое болото, завершающее – сфагновое.

В зависимости от условий водного питания в результате зарастания озер и других водоемов может образоваться сначала низинное болото, которое по мере нарастания торфа может перейти в переходное и, наконец, в верховое.

Торф – это органическая порода, состоящая в основном из остатков отмерших и не полностью разложившихся болотных растений в анаэробных условиях. К торфяным относятся почвы с зольностью менее 50-75% от массы в зависимости от растений торфообразователей.

Для с/х использования наибольшую ценность представляют низинные болота, расположенные в поймах рек и озер. Верховые болта наименее пригодны для выращивания с/х культур. Добыча торфа этих болот ведется с целью использования его для топлива.

Почвы, не имеющие на поверхности торфяного слоя, но на которых отмечается избыток влаги от атмосферных осадков, грунтовых и талых вод в течение продолжительного периода, называют избыточно увлажненными минеральными землями. По степени увлажнения минеральные почвы могут быть постоянного или временного (периодического) увлажнения.

Избыточно увлажненные минеральные почвы обычно представлены бесструктурными тяжелыми по гранулометрическому составу почвами. Главная причина переувлажнения этих почв – застой воды на поверхности вследствие превышения атмосферных осадков над суммарным испарением. (как правила наблюдается при сумме годовых осадков 500-600 мм).

К другим причинам переувлажнения относятся – близкое залегание уровня грунтовых вод или их выход на поверхность, затопление понижений в весенний период разлива рек или в период летних ливневых осадков. Чаще всего среди переувлажненных почв встречаются подзолистые, дерново-подзолистые, дерновые, серые лесные, луговые, лугово-черноземные.

На всем земном шаре насчитывается около 350 млн. га болот и заболоченных земель. Ежегодно в болотах земного шара нарастает около 4 млрд. т торфа естественной влажности, который является ценной почвой для выращивания с/х культур.

Общая площадь земель, нуждающихся в регулировании водного режима с помощью осушительных мелиораций, т.е. мелиоративный фонд в РФ 165-182 млн. га., из них 71,4 млн.га земли с/х назначения.

Вопрос 2. Осушение существенно изменяет свойства почвы.

Изменяются следующие свойства почвы:

1. осушение повышает содержание воздуха (при недостатке в почве кислорода задерживается разложение орг. вещества, возникают оглеение, создаются анаэробные условия, т.е протекают процессы заболачивания. Ухудшаются почвенно-биологические процессы, в результате происходит смена растительного покрова, которая влечет за собой изменение характера хозяйственного использования).

Влияние осушения на аэрацию почвы состоит в том, что освободившиеся от воды поры почвы наполняются воздухом. Проникая вглубь почвы воздух активизирует газообмен между почвой и атмосферой, почвенный воздух обогащается свободным кислородом, усиливаются окислительные процессы, изменяется тепловой режим;

2. изменяется температура почвы (температура осушаемой почвы повышается, теплоемкость - понижается, уменьшается и ее теплопроводность. Осушение может повысить температуру от 2 до 6 градусов, в зависимости от осушения и типа почв);

3. изменяется кислотность;

4. содержание и деятельность микроорганизмов (благоприятно влияет на условия и направление микробиологического процесса. В результате улучшается структура почвы);

5. повышается нитрификация и разложение органического вещества (Анаэробные процессы разложения органического вещества сменяются аэробными, при которых все элементы минерализации органического вещества образуют окисленные соединения: нитраты, фосфаты, сульфаты, воду, углекислую кислоту, вместо вредных закисных соединений). Процесс нитрификации протекает тем энергичнее, чем интенсивнее осушение. Осушение активизирует деятельность низших животных, которые повышают плодородие почвы. Количество насекомых после осушения резко сокращается, и местность оздоравливается.

Осушение почвы наиболее интенсивно происходит в первые пять лет и в этот период наблюдается ее осадка. Объем торфа после осушения уменьшается в 1,5 – 2,0 раза и более. Осадка глин и суглинков достигает 5-20% от толщины осушаемого слоя. Это обстоятельство необходимо учитывать при установлении глубины заложения дрен.

Вопрос 3. Осушение болот и заболоченных земель должно быть направлено на создание благоприятного водного и воздушного режимов почв для растений и на обеспечение возможности беспрепятственной работы машинной техники. Различные с/х культуры предъявляют неодинаковые требования к водному режиму осушаемых земель.

Влажность корнеобитаемого слоя почвы можно регулировать, повышая или понижая уровень грунтовых вод на осушаемых землях. Критериями для оценки водного режима является соответствие расчетного уровня грунтовых вод установленным нормам осушения. Норма осушения – это глубина понижения уровня грунтовых вод в середине осушаемой полосы (между каналами и дренами), при которой обеспечивается благоприятный водно-воздушный режим корнеобитаемого слоя.

Для нормальной жизнедеятельности почвенных бактерий, дыхания корней растений наибольшее содержание влаги в активном слое почвы должно быть: для трав – 85-70% и для корнеплодов – 65-60%. Величина нормы осушения, как правило, определяется на основании опытных данных.

Что касается торфяных болот, то следует помнить, что плохо не досушить, но еще хуже пересушить торфяную залежь. Пересушенный торф сильно минерализуется, подвергается ветровой эрозии, вызывает опасность возникновения пожаров.

Величина нормы осушения зависит от климатических условий. Норма осушения с учетом заданной влажности, осадков и испарения при двухстороннем регулировании водного режима торфяных почв может быть определена по следующей формуле А.М. Янголя:

Z = 0,028 (100 - Г)∑_ос/ ∑_исп

Z – норма осушения, м

Γ – заданная влажность почвы,%

∑_ос – сумма осадков за вегетационный период, мм

∑_исп – величина испарения за вегетационный период, мм.

Лекция 4. Осушительная система и ее элементы.

1. ОС и ее элементы

2. Осушительная регулирующая сеть

2.1. Виды регулирующей сети

2.2. условия применения регулирующей сети.

3. Осушение открытыми каналами при ускорении внутреннего стока.

4. осушение глубокими каналами.

5. осушение открытыми каналами методом ускорения стока по поверхности земли и пахотному слою.

6. Осушение почв методом ограждения от притока вод со стороны.

Осушительная система (ОС) представляет собой природно-хозяйственный комплекс, в состав которого входят осушаемая территория и инженерные сооружения, обеспечивающие создание оптимального водного режима почвы, путем сброса избыточной воды из корнеобитаемого слоя.

Система, с помощью которой избыток воды с полей удаляется самотеком, называется самотечной. Если собранную избыточную воду удаляют с применением водоподъемных установок, то система называется с механическим водоподъемом.

Составными элементами ОС являются:

1. осушаемая территория, на этой территории с помощью мелиоративных и агротехнических мероприятий регулируется водный, воздушный и питательный режимы;

2. осушительная сеть, состоящая из регулирующих, проводящих и ограждающих элементов, с помощью которых отводятся избыточные воды с осушаемой территории. Осушительная сеть бывает нескольких видов:

- регулирующая осушительная сеть (дрены, собиратели, ложбины) – необходима для сбора и удаления избыточной поверхностной и грунтовой воды с целью понижения УГВ и создания оптимальных условий водно-воздушного режимов почвы.

- проводящая сеть (коллекторы открытые и закрытые, магистральный канал) предназначена для приема воды из регулирующих элементов и отвода ее в водоприемник.

- ограждающая сеть – служит для защиты осушаемой территории от притока поверхностных и грунтовых вод.

Для улавливания поверхностных вод проектируют нагорные каналы глубиной до 1,5 м. Ловчими каналами и дренами улавливают грунтовый приток, поэтому их глубина может быть до 3 м и более, они значительно врезаются в водоносный горизонт. В отдельных случаях нагорные и ловчие каналы совмещаются.

Все перечисленные элементы осушительной сети должны быть построены определенного поперечного сечения с уклоном в сторону водоприемника, хорошо укреплены.

Старшие, проводящие и ограждающие каналы осушительной системы, делаются открытыми. Младшая, проводящая и регулирующая сети, как более частые, делаются закрытыми (закрытые коллекторы, дрены, закрытые собиратели). Регулирующая сеть может быть временной (ежегодно нарезаемые и заравниваемые ложбины) или постоянной открытой, если не мешает проведению работ;

3. Водоприемник (река, озеро, пруд, балка). Он принимает избыточную воду из проводящей сети. Без хорошего водоприемника не может быть эффективно действующей осушительной системы.

4. дамбы обвалования

5. гидротехнические сооружения, которые обеспечивают надежность работы проводящей осушительной сети;

6. дорожная сеть (полевые, внутрихозяйственные, межхозяйственные и эксплуатационные дороги);

7. полезащитные лесные полосы;

8. эксплуатационные устройства (смотровые колодцы, наблюдательные, скважины, мосты, трубчатые переезды здания и сооружения и т.д.);

9 природоохранные устройства.

В зависимости от хозяйственных требований и природных условий, схема может меняться, т.е. из нее могут выпадать отдельные элементы.

Дата добавления: 2014-01-07