Лекция 10. Регулирование водного режима на осушительно-увлажнительных и осушительных системах. Внутрихозяйственное регулирование водного режима.

1. Под требованиями сельскохозяйственных культур к водному режиму осушаемых земель понимают количественную зависимость урожайности от совокупности основных показателей водного режима: глубины залегания уровня грунтовых вод, влажности почвы, продолжительности затопления почвы и подтопления ее верхних слоев в различные периоды вегетации.

Осушительно-увлажнительные и осушительные системы при их эксплуатации должны обеспечить требования сельскохозяйственных культур к водному режиму.

Для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур и сохранения почвенного плодородия необходимо поддерживать мелиоративные режимы осушаемых земель в оптимальных пределах.

Оптимальную влажность почвы, при которой получают наиболее высокие урожаи сельскохозяйственных культур, устанавливают опытным путем для конкретных условий. Верхний предел оптимальной влажности определяется нижним пределом аэрации почвы. Для многолетних трав объем воздуха в верхнем корнеобитаемом слое почвы должен составлять не менее 15-20% ее пористости, зерновых культур 20-30, для картофеля и овощных не менее 30-40%. Нижним пределом оптимальной влажности почвы является влажность разрыва капиллярной связи, при которой подвижность влаги в почве резко уменьшается.

Оптимальная влажность почвы находится в пределах (в долях от полной влагоемкости): для зерновых культур 0,50-0,75; для овощей, картофеля и корнеплодов 0,55-0,8, для трав 0,65-0,85.

Влажность почвы и культуры тесно связана с глубиной залегания уровня грунтовых вод. Глубину залегания уровня грунтовых вод, соответствующую оптимальной влажности верхнего корнеобитаемого слоя почвы на осушаемых землях, называют нормой осушения. Она изменяется во времени и зависит от климатических, погодных, почвенных, гидрогеологических и хозяйственных условий.

В предпосевной период норма осушения должна обеспечить проходимость сельскохозяйственных машин и механизмов и составляет 0,4-0,6 м. в вегетационный период ее значение равно глубине распространения основной массы корневой системы растений плюс высота эффективного капиллярного подъема влаги в почве. В последующий период вегетации по мере роста и развития корневой системы растений норму осушения увеличивают для сенокосов до 0,6-0,8 м. В период уборки урожая норму осушения уменьшают до первоначально 0,4-0,6 м.

Во влажные годы норму осушения принимают на 0,1-0,3 м больше, а в засушливые на 0,1-0,3 м меньше нормы осушения для средних по естественной увлажненности лет.

2. Способы регулирования водного режима.

Ускорение поверхностного и внутрипочвенного стоков применяют при атмосферном типе водного питания с помощью открытых или закрытых собирателей.

Открытые собиратели – это небольшие каналы трапецеидальной формы, расположенные через 60-300 м поперек склона местности, глубиной 0,8-1,2 м, длиной 0,6-1,2 км. Регулирующую сеть из открытых собирателей устраивают преимущественно при осушении естественных лугов, лесных угодий. При попадании осадков открытые собиратели перехватывают поверхностный сток, рассредоточивая его и сокращая длину пробега воды по склону.

С осушаемого участка вода по собирателям поступает в коллекторы проводящей сети и далее в магистральный канал, а затем ее сбрасывают в водоприемник или в специальный пруд.

Закрытый собиратель – представляет собой дренажную трубу диаметром 50-75 мм с фильтрующей засыпкой над ней, расположенную поперек склона местности на глубине 0,8-1 м. Длина закрытых собирателей 150-200 м, расстояние между ними 12-60 м, минимальный уклон 0,003. закрытые собиратели используют преимущественно при осушении пашни: при возделывании полевых, овощных и кормовых культур, на пастбищах.

Эффективность регулирования водного режима при осушении закрытыми собирателями повышают проведением специальных агромелиоративных мероприятий, ускоряющих поверхностный сток и улучшающих вводно-физические свойства почвы.

При малых уклонах осушаемого участка поверхностный сток ускоряют с помощью периодической планировки, а в отдельных случаях – профилированием поверхности почвы.

Одно из наиболее эффективных мероприятий при осушении тяжелых почв – кротование.

Кротовина – это круглая полость диаметром 7-10 см с узкой щелью над ней, образованная в почве при проходе специальное орудия. Глубина заложения кротовин при кротовании со вспашкой 40-50 см, а расстояние между ними 1-3 м. прокладывают кротовины в подпахотном слое поперек закрытых собирателей. Избыточная вода через щель попадает в полость кротовины и далее поступает в трубу закрытого собирателя.

Глубокое рыхление выполняют на минеральных глинистых почвах с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут. Глубину рыхления принимают от 50-60 до 80 см. глубокое рыхление улучшает перераспределение влаги и способствует ее аккумуляции в разрыхленном подпахотном слое, повышает эффективность действия закрытых собирателей.

Открытые осушители представляют собой небольшие каналы глубиной 1-1,5 м, расположенные поперек потока грунтовых вод. Длина осушителей 700-1500 м. минимальный уклон осушителя 0,0003. применяют открытые осушители на сенокосах и пастбищах.

Закрытый горизонтальный дренаж представляет собой систему дрен, на глубине 1-1,5 м. Применяют при осушении земель под полевые и овощекормовые севообороты, пастбища.

Дрена – это свободная полость с креплеными стенками, проложенная с заданным уклоном в грунте. Минимальный уклон дрен 0,003.

Вертикальный дренах применяют при грунтовом и грунтово-напорном водном питании, а также на землях постоянно подтапливаемых со стороны водоемов и водотоков. Он состоит из дренажных скважин, проводящей и оградительной сетей, и его разделяют на систематический, выборочный и комбинированный.

Ограждение от поступления делювиальных, грунтовых и грунтово-напорных вод с водосбора осуществляют с помощью оградительной сети нагорных и ловчих каналов.

Нагорные каналы применяют при намывном делювиальном типе водного питания. Их располагают по верхней границе осушаемых земель.

Ловчие каналы применяют для перехвата и понижения уровня грунтовых и грунтово-напорных вод, поступающих с водосбора.

Защиту земель от затопления водами рек, озер, водохранилищ или регулирование затопления проводят при намывном аллювиальном типе водного питания, улучшая состояние русла реки. Для этого устраивают затопляемые или незатопляемые дамбы, которые превращают эти территории в польдерные системы.

Подпочвенное увлажнение применяют при грунтовом типе водного питания на легководпроницаемых грунтах значительной мощности с коэффициентом фильтрации более 1 м/сут и при малых уклонах местности.

Подпочвенное увлажнение разделяют на предупредительное и увлажнительное.

Предупредительное увлажнение заключается в заблаговременном перекрытии осушительной сети щитами шлюзов с целью максимальной аккумуляции грунтовых вод и атмосферных осадков на осушаемой территории.

Увлажнительное увлажнение применяют при наличии источника орошения, имеющего необходимое количество воды.

Дождевание используют на местности со слабопроницаемыми почвами и грунтами, с большими уклонами и при наличии развитого микрорельефа. При дождевании интенсивно увлажняется верхний слой почвы и оперативно регулируется вводно-воздушный режим в корнеобитаемом слое, повышается влажность не только в корнеобитаемом слое почвы.

Поверхностное самотечное увлажнение проводят в основном весенними паводковыми водами. Оно обеспечивает увлажнение и обогащение почвы кислородом и питательными веществами.

3. Расчет регулирования влажности почвы на осушительно-увлажнительных системах.

Регулирование влажности почвы на осушительно-увлажнительных системах основывается на уравнении водного баланса и заключается в отводе избыточной влаги во влажные периоды или подаче недостающей влаги в сухие периоды.

Динамику влажности почвы в корнеобитаемом слое устанавливают по уравнению водного баланса, м³/га:

W_K = W_H + O_C + g + ∆W – E,

W_H, W_K – запасы влаги в расчетном слое почвы на начало и конец расчетного периода, м³/га;

O_C – используемые атмосферные осадки;

g – влагообмен между расчетным и подстилающими слоями почвы;

∆W – запас влаги в слое прироста корневой системы растений;

E – суммарное водопотребление сельскохозяйственных культур.

Запасы влаги в начале вегетации ориентировочно можно принять равными влагозапасам в почве при НВ, а используемые атмосферные осадки 70-90% их общего количества.

Влагообмен, м³/га, между расчетным и подстилающими слоями почвы:

q = ά₁ E – ά₂(O_{C +} М),

ά₁ E – капиллярное подпитывание;

ά₂(O_{C +} М) – инфильтрация в глубокие горизонты атмосферных осадков и поливных вод.

Коэффициенты ά₁ и ά₂ зависят от глубины грунтовых вод, капиллярных свойств и водопроницаемости почв и грунтов.

Суммарное водопотребление сельскохозяйственных культур, м³/га, можно вычислить:

E = k_и ∑t,

k_и – модуль испарения, зависящий от влажности почвы;

∑t – сумма среднесуточных температур воздуха за расчетный период, ºС

Запас влаги, м³/га, в зоне прироста корневой системы растений:

∆W = ПВ√1 – h/h_K(1 – β²_з/р²),

ПВ – полная влагоемкость в зоне прироста корневой системы растений, м³/га;

h – расстояние от уровня грунтовых вод до середины прироста корневой системы за расчетный период, м;

h_K – максимальная высота капиллярного поднятия грунтовых вод, м;

β²_з – средняя влажность завядания, %

р² – средняя пористость, % объема почвы в слое h.

Если W_K > W_HВ, то отводят воду из почвы. Объем, м³/га, воды, отводимой при осушении дренажной сетью: m_ос = W_K - W_HВ.

Если W_HВ > W_K > W_min , W_K находится в оптимальных пределах, то запасы влаги на начало следующего расчетного периода принимают равными влагозапасам в конце предыдущего периода.

Если W_K < W_min, то почву увлажняют. Максимальная норма увлажнения, м³/га,

M_{ув max} = W_HВ - W_K.

На почвах со слабовыраженными капиллярными свойствами уровень грунтовых вод необходимо поддерживать близко к поверхности.

При дождевании рекомендуют следующие нормы увлажнения, м³/га: на супесчаных почвах от 100-150 до 300, на суглинистых, глинистых и торфяно-перегнойных почвах от 150…200 до 400.

В процессе реализации хозяйственных планов регулирования водного режима в текущем году возникает необходимость их корректировки в зависимости от складывающихся погодных и организационно-хозяйственных условий.

Расчеты выполняют с начала вегетации культуры. Для этого прежде всего на начало расчетного периода определяют исходные запасы влаги в почве.