Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Нормирование водоотведения в орошаемом земледелии

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Нормирование водоотведения в орошаемом земледелии"

Украинская академия аграрных наук ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ И ШИОРАЦШ

РГО од

ч'' На правах рукописи

АНГУТАЕВ Абдулла Газиазнч

Ш 631.67 : 551.4

НОРМИРОВАНИЯ ВОДООТВЕДЕНЙЯ

В 0Р0ШШ0Ы ЗВШЩЕ1ИИ

Спацяальносгь 0o.0I.02 - Мелиорация я ороиаемоо

геыдаделпэ

Автореферат

диссертация на соискание ученей Степана кандидата технических наук

Яиев 1994

Диссертацией является рукопись

Диссертационная работа выполнена в Институте гидротехники и мелиорации Украинской Академии аграрных наук

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник

МИХАИЛОВ С,А.

- академик Инженерной Академии Украины, член.-корр. Международной Инженерной Академии, доктор технических наук, профессор

КИЕНЧУК А.ф.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник САВЧУК Д.П.

- Укрводпроект

Защита состоится " г. в 10 часов на

заседании специализированного ученого совета К.020.56.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Институте гидротехники и мелиорации Украинской Академии аграрных наук.

Отзывы и замечания на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу:

252022, г.Киев, ул.Васильковская.37, ИГиМ УААН. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан 9oÍ¿ ' 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник л

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Л.М.4ЕНЕНК0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

?

, Актуальность теш. Орошение вносит существенное изменение в водный баланс суши,.в результате чего в ранее бессточных регионах возникают постоянные водотоки. Этому казалось бы положительному явлению сопутствует целый ряд негативных. Отводимая с орошаемых территорий вода, как правило, плохого качества, то есть содержит вредные химические соединения, и отличается высокой минерализацией, что не позволяет использовать ее на хозяйственные нужды без предварительной сложной и дорогостоящей подготовки. Попадая в естественные водоемы, эта вода наносит существенный вред их экосистемам, способствует так называемому качественному истощении ресурсов пресных вод.

Для того, чтобы еще на стадии проектирования предусмотреть масштабы такого негативного влияния орошения на природную среду, выработать мероприятия по их предупреждения и компенсации, необходимо знать условия и основные закономерности формирования стока воды (водоотведения) с орошаемых земель, технологически неизбежные его объемы в зависимости от природных и хозяйственных условий.

Цель работы состоит в повышении эффективности планирования использования и управления водными ресурсами в орошаемом земледелии на основе нормирования водоотведения.

Для достижения поставленной цели решались следувщие основные задачи:

- разработана методика изучения и нормирования водоотведения;

- теоретически и экспериментально установлены закономерности формирования водоотведения в условиях орошения на Украине и а Дагестане;

- обоснованы нормы водоотведения различной обеспеченности по

1-277«

оросительных и атмосферных вод и на оросительных системах. 3. Исследован многолетний и внутригодовой режим водоотведения, генезис отводимых вод. 4. Обоснованы нормативные показатели и коэффициенты водоотведения с орошаемых земель в условиях Украины и Дагестана. 5. Разработаны методики обоснования емкостей для регулирования водоотведения и необходимой дренированности территории в пределах оросительных систем.

Предмет защиты. Методика нормирования водоотведения, основанная на зависимости его от суммарного водопоступления и коэффициентов полезного действия оросительной сети и орошаемого поля.

Практическая значимость работы. При проектировании оросительных систем можно оценить объем и режим водоотведения, размеры емкостей для накопления и утилизации отводимых вод, допустимую нагрузку на естественные водоемы, служащие в качестве Еодоприемников. В процессе эксплуатации оросительных систем установленные закономерности формирования водоотведения позволяют планировать водопользование.- и управлять им, контролировать его качество, экономно использовать водные ресурсы, поддерживать благоприятную эколого-мелиоративную обстановку на орошаемых и прилегающих к ним землях.

Реализация работы. Результаты исследований, изложенные в диссертационной работе, использованы при составлении Укрводпроектом ТЭО защиты Сиваша и Каркинитского залива, 1У очереди СКК.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на научно-техническом семинаре при Дагестанском политехническом институте "Проблемы гвдроэкологии Дагестана" { г.Махачкала, 1992 г.), на XIX итоговой научно-технической конференции Дагестанского политехнического института ( г.Махачкала, 1993 г.), на международной научной конференции "Оросительные мелиорации - их развитие, эффективность и проблемы" ( г.Херсон, 1993 г. ).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введеният четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Список литературы включает наименований. Работа изложена на 133 стр. машинописного текста, включая 19 таблиц, В рисунхов и 9 приложений.

• СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность теш диссертации, сформированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость их результатов, дается общая характеристика диссертационной работы.

I. СОСТОЯНИЕ НОРМИРОВАНИЯ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ В ОРОШАЕМОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ -

Водопользование в орошаемом земледелии - это комплекс технологических операций, включающий забор воды из источника орошения, ее транспортировку, распределение между водопользователями (водорас-пределение), перевод воды из состояния тока в состояние почвенной влаги (полив), удаление излишков поверхностных и грунтовых вод (водоотведение) в водоприемники.

Нормирование водопользования есть установление меры потребления и отведения воды для обеспечения оптимального водно-солевого режима почв орошаемой территории с целью поддержания благоприятной гидрогеолого-мелиоративной обстановки и охраны окружающей среда.

Дервым успешным этапом в нормировании водопользования стал введенный с января 1984 г. CT3H-33-I.I.0I.B3 "Укрупненные нормы водопотребноеги для орошения во природно-климатическиу зонам СССР", предназначенный для использования в предпроектньсс разработках при составлении отраслевой схемы развития мелиорации на период до 2005

а также бассейновых схем комплексного использования и охраны водных и земельных ресурсов. Нормы разработаны по региональным методикам для ЮРС, Средней Азии, Казахстана, Восточной Сибири и Дальнего Востока в привязке к административным областям и зонам"естественной увлажненности.

На Украине разработкой норм водопотребности занимаются В.П.Ос-талчик, Л.А.Филиппенко, Т.Ф.Деменкова и др.

Задача нормирования водоотведения была поставлена в 1980 г. Этому предшествовали многолетние исследования, начатые еще в 30-е годы в бассейнах рек Амударья И Сырдарья. Вначале вместо термина "водоотведение" фигурировало понятие "возвратные воды" как часть поданной для орошения воды, стекающей с территории оросительной системы поверхностным и подземным путями в русла рек. Другие исследователи включали в "возвратные воды" сток воды, формирующийся за счет атмосферных осадков. С.И.Харченко и Г.П.Левченко была предложена методика разделения возвратных вод на естественнуо и дррига-цконкуо составляющие путем решения уравнения водного баланса в двух его состояниях: до орошения и после.

Исследованиями А.¡6.Киенчука. Ю.А.МихаЛлова, О.Л.Смехнова, И.С.Шпака, А.В.Штаковского и др. было показано, что при орошении земель за счет переброски части стока рек возвратные вод, как таковых, нет, поэтому более общим термином является водоотведение, характеризующее стол воды за пределы орошаемого контура, организованный искусственным образом с помощьв инженерных сооружений (дренажа, сбросных каналов и др.).

Работами А.О.Киенчука, П.И.Коваленко, Ю.А.Михайлова, Д.П.Савчука, Ю.Л.Смехнова,' И.С.Шпака и др. была обоснована методика экспериментального определения водоотведения, установлены закономерности формирования таких элементов водоотведения, как: фильтрации и сбро-

2-277»" . . .

са воды из открытых оросительных каналов; дренажно-сбросного стока за пределы орошаемых контуров, отдельных массивов и полей; стока воды с рисовых севооборотов. Кроме того, изучен водный баланс орошаемых земель как по отдельным системам, так. и по орошаемому региону Украины в целом.

Накопленный теоретический и экспериментальный материал позволил приступить к следующему этапу решения проблемы нормирования водопользования в орошаемом земледелии- нормированию водоотведения.

2. Г$ЛРШЧЬСККЬ 0СН0ВК КОПИРОВАНИЯ шдоотщцьшя -'■■В орошаемом зышдаш

Теоретическая основа исследований - метод водного баланса, являющийся следствием закона сохранения материи, в соответствии с которым разница между.количеством воды, поступившей за конечный интервал времени в определенный пространственный объем, и вышедшей из него, равна увеличении или уменьшению содержания воды внутри этого балансового объема.

Водный баланс описывается уравнениями, структура которых зависит от размеров и строения балансового объема, длительности интервала времени (расчетного периода), величины и режима водопоступле-ния и путей расходования воды. В левой части уравнения принято записывать элементы, характеризующие приход воды в заданный балансовый объем, в правой - ее расход и изменение водности. Приходная часть является по существу независимой переменной (аргументом), расходная « зависимой (фикцией). Уравнения принадлежат к неявному виду и в реальной области изменения аргументов имеют нелинейный характер. Решение таких уравнений, доведенное до количественной оценки каждого элемента, характеризует водный баланс исследуемого объекта.

- ? -

Водоотведение возникает в результате превышения водопоступле-нием суммарного испарения и аккумулирующей способности балансового объема. Следует различать полное и фактическое водоотведение.

Полное водоотведение tfi^ ■) суммирует все потери оросительных и дождевых вод в пределах оросительной системы, фактическое водоотведение (В0ф ) - это сток воды поверхностным и подземным путем за пределы оросительной системы вследствие естественной и искусственной дреиированности ее территории

Ban = [( V^A* + Чапн)+ (У га ~ Угтг) + ЗюЛ -

( I )

-J- (AS а bSr) - Pa f JCa - £a - A Sn K ,

&аф = [ и t Уде ч-УатгнЬ (У га -УгП) + 3Ас + ASnh,-Pa ч-Хо -еа ~ ^а , ( 2 *

где: Ра - водозабор-брутто оросительных вод; ЭСа - атмосферные осадки; Ба - суммарное испарение; УдИ - дренажный сток; Уде -сток воды, образующийся в результате дренирования грунтовых вод естественной гидрографической сетью; Уапн~ поверхностный сток оросительных и дождевых вод; Уга к Угт\ ~ 0ТТО1{ н приток грунтовых вод подземным путем; Удск ~ фильтрация воды из сбросных каналов, искусственных и естественных коллекторов; Д изменение влаго-запасов в корнеобитаемом слое; q - то же в зоне аэрации; Д 5/-- изменение запасов грунтовых вод.

Ваздедив уравнения (I) и (2) на Ра~*~Ха . получим: коэффициент полного водоотведения -

(з)

а

2*-277к

коэффициент фактического водоотведения; -коэффициент использования водных ресурсов -

а

( 5 )

( 6 )

Х0^а \ коэффициент изменения водности

р. — Д-Уд + А5г

■I а го

Задача нормирования относится только к полному водоотведенив, так как именно оно определяет тот излишек вода, формирующийся в пределах оросительной системы, который в целях поддержания благоприятной гидрогеолого-мелиоративной обстановки на орошаемых и прилегающих к ним землях следует, отводить с помощью дренажной и сбросной сети-

С учетом того, что В0 ■ М +Хд - ( I -"рп ) • Ха ,

Рс -М/Уов , % . ^ХРЮ'^Хо + 1,2 ), •

формулы (I) и (3) примут следующий вид: °

+(1-у-пУХо+ехР(оао7Хо + > , { 7 )

¿<76 '■ ■

- Чав)М+ ?свО-?п)Хо +?ав<?ХР(цоа уХо +1,2)

* _ & У (8)

где М - групповая (взвешенная по культурам для типового севооборота) норма водопотребности-нетто, ш\Ха - осадки, мм; и р -КПД соответственно оросительной сети и орошаемого поля; Ват1- нормативный'показатель полного водоотведения; СХ^ - нормативный ко.эфф» циент полного водоотведения.

Под.нормой водоотведения следует понимать не какую-то фиксированную величину, а вероятное ее значение, соответствующее групповой норме водопотребности-нетто заданной обеспеченности по дефициту водопотреблення, то есть норма водоотведения обеспеченности 5 , 25, 50, 75 и 955? указывает на то, что она имеет место при водозаборе, спланированном и реализованном на групповую норму водопот-ребности-нетто соответственно 5, 25., 50, и обеспеченности.

фактическое водоотводение можно измерить в устьях искусственных и естественных водотоков, установить воднобалансовыми исследованиями'или расчетами по формуле (2), использовать различные эмпирические зависимости.

Например, исследованиями В.А.МихаЙлова и Ю.Л.Смехнова установлено, что коэффициент использования водных ресурсов (КИВР) апрок-симируется функцией

= ех.Р

А

((Ха+Ро)~вУ

Х0 +

Р.

а

С.

( 9 )

тогда, .согласно (4)~(6) при ра * 0

С<(

1-ехр

1 Ха+Ра

( 10 )

где А, В, С - эмпирические коэффициенты.

3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ЕОДОО'ГВЕДНИЯ С ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ

В формулах (7) и (8) фигурируют параметр» и • значение которых можно установить из таблиц, опубликованных П.И.Новалон-^ко и И.А.Михайловым. В от их те блицах не отр&яенм особенности форми-

У-277*

рования водного баланса к водоотведения в условиях существенного дефицита водопоступления. Для восполнения этого пробела были проведены воднобалансовые наблюдения на орошаемом севообороте в колхозе им.Чапаева Васильевского района Запорожской области и орошаемом массиве Пригородного управления оросительных систем (УОС) республики Дагестан. В первом случае (участок I) полив осуществляется да "фрегат", грунтовые воды залегают глубоко. Во-втором случае (участок П) половина площади поливается ДЦА-100МА, половина - по бороздам; грунтовые воды залегает на глубинах 0,4-1,8 м и разгружаются в кротовые дрены и открытые коллектора.

Результаты воднобалансовкх исследований на I участке приведены, в табл.1. Оптимальный водный баланс рассчитан по методике ЮЛ.Смехнова. Фильтрационные сбросы из 3-метрового слоя почво-грунтов вычислялись по урвЕнению водного баланса

Уп —Ртг -*-Хгт —&П ~ AS-r-LK, С II )

поверхностные сбросы отсутствовали, влажность почвы и влагозала-сы определялись термостатно-весовым способом в начале и конце периодов наблюдений.

За три года наблюдений ни на одном поле севооборота не ело- ' жился водообмен, близкий к оптимальному. Оросительная норма была Б среднем в 3,7 раза меньше текущей нормативной групповой водспот-ребности-брутто, в результате чего суммарное водопоступление с учетом подпитки расчетного 3-метрового слоя почвогрунтпя из нижележащих горизонтов составило 435G от необходимого.

В фактическом водном балансе атмосферные осадки равны в среднем половине суммарного водопоступления, в оптимальном - немногим более 20%, а для люцерны - 10$. Недостаток воды обусловил то, что фактическое суммарное испарение составило только 7056 оптимального

- 1Г -

и превышало водопоступление в 1,7 раза, в результате чего происходила интенсивная сработка запасов влаги в 3-метровом слое почво-грунтов, а фильтрация в целом по севообороту отсутствовала, наоборот, влага подтягивалась из нижележащих горизонтов.

Таблица I

Фактический и оптимальный водный баланс орошаемого севооборота колхоза им.Чапаева.

Период наблюдений

Элементы водного баланса, мм/сут

приходные

атмос-:полив-фер- :ные нке I воды осадки:

расходные

:изменение :влагозапа-:оов в 3-мет-

суммар-:фильтра-ное '.ционныо .тт„ .... испаре-:сбросы за ние : ^метровый: п™*0Грун" : слой : тов

Фактический баланс

18.06-, 6.10.1990 4.05- 2.10.1991 8.06- 7.10.1992 ООО 8 0,44 0,87 0,56 1,74 2,10 -2,41 0,04 0,04 0,29 - 0,98 - 0,49 - 0,76

31.05 -5.10.19901992 0,62 0,62 2,08 - 0,10 . - 0,74

Оптимальный баланс

18.06- 6.10.1990 4.05- 2.10.1991 8.06- 7.10.1992 ООО 2,31 2,55 2,02 2,88 3,07 2,99 0,01 0,02 0,15 - 0,22 0,16 - 0,32

31.05- 5.10.19901992 2,29 2,29 2.98 0,06 - 0,13

Цри оптимальном увлажнении водоотведение за счет незначительных фильтрационных потерь составило бы от 0,01 до 0,15 мм/сут, в среднем 0,06, при этом 0,98, ^^ 0,02.

То, что фактический КПД орошаемого севооборота больше нарма-

У -277к

тивного и равен 1,0 , означает, что система работала за счет внутренних резервов аоды - влагозапасов, накопленных в балансовом объеме на нечало поливного сезона. Кроме того; фактическое суммарное испарение меньше оптимального свидетельствует, что физиологические потребности сельскохозяйственных культур во влаге были ущемлены. Особенно зто было видно на полях люцерны (£^/£п««0,44) и кукурузы (0,34-0,37).

У.з табл.1 следует, что в условиях существенного дефицита суммарного водопоступления водоотведение практически отсутствует* Из 30 опытов только в 15 зафиксированы фильтрационные потери, причем только в 10 случаях они больше 0,1 мм/сут. При этом фильтрация обусловлена наложением атмосферных осадков на поливы и носит локальный характерно есть сосредоточена в понижениях рельефа.

При оптимальном водопоступлении водоотведение имело бы место в I? случаях, в том числе с интенсивностью более 0,1 мм/сут в 9 случаях и практически только на полях с кукурузой, где формируется своеобразный микроклимат и, кроме того, корневая система усваивает влаху в основном в 2-метровом слое лочвогрунтов. .

В условиях значительного дефицита поступления оросительных вод в 3-метровой толще лочвогрунтов начинает преобладать восходящий поток влаги, затрагивающий более глубокие горизонты. Это явление имеет место: в приканальной'зоне, где обраоуется капиллярно-грунтовый поток за счет фильтрация из каналов; в подовых понижениях, где образуется капиллярно-подвешенная влага типа верховодки на оглеенных горизонтах; на полях с посевами люцерны, корневая система которой способна потреблять воду с глубины до 5 м и более.

Оптимизация суммарного водопоступления привела бы к минимизации фильтрационных потерь воды и сработки влагозапасов в расчетном слое. Фильтрационные потери начинают наблюдаться, если интен-

' I..

сивность суммарного водопоступления превышает некоторую критическую величину» равную 85-9025 от интенсивности суммарного испарения, что для пшеницы составляет 2,2, кукурузы 2,5 , люцерны 4,3 мм/сут., а в среднем за три года по севообороту 3,0 мм/сут. Значение критической величины суммарного испарения соответствует параметру В в формулах (9) и (10).

Рассмотрим теперь водный баланс орошаемых земель в условиях дефицита водопоступления и близкого залегания грунтовых вод (табл.2).

Таблица 2

Водный баланс орошаемого массива Пригородного УОС

Элементы годного баланса, мм/сут

Период приходные : расходные :изменение за: : пасов

наблюдений атмос:в по :сум- :дре- ¡поверх:воды в;грунто-фер- : м ;мар- ;наж- :ност- :корне-: внх ные .'за- :ное ;ный : ный ;обита-;вод осад-:Ллп :испа-:сток .'сток :емом : ки : ^ :рение; : :слое :

1988 - 1991 г.г.

апрель 0,60 0,43 0,53 0,34 0,57 0,00 0,00

май 1,36 1,00 2,77 0,81 0,00 -0,61 -0,61

ТОНЬ . -Ч ;..... 0,93 > 1,47 5,34 0,93 0,00 -2,67 -1,20

июль 0,87 2,26 6,97 1,32 0,00 -3,71 -1,45

август 0,52 2,26 ,6,10 1,26 0,00 -2,94 -1,64

сентябрь 1,47 1,27 3,73 0,90 0,20 -1,10 -1.00

апрель- сентябрь 1,45 0,96 4,24 0,93 0,06 -1,84 -0,98

Доля оросительных вод в суммарном водспоступлении на орошаемый массив Пригородного УОС республики Дагестан колеблется в пределах от 40 до 80?, в среднем 60$, но в целом воды не хватает, так как суммарное испарение превышает его почти в два раза (17835).

Бодортведение формируется в основном (на 94!?) за счет дренаж-

иого стока, составляет в среднем 3856 от суммарного водопоступления и характеризует параметр 13 в формулах (9) и (10), то есть величину фильтрационного питания грунтовых вод.

Величина суммарного испарения достаточно высокая (в среднем 780 мм за сезон) и на 65$ формируется за счет подпитки грунтовыми водами. Деление изменения запасов воды в почвенно-грунтовой толще на составляющие чисто условное. Зона аэрации является по существу транзитной зоной для потока капиллярной влаги, направленного сни- . зу вверх. Выделить в этом случае влагозапасы, накопленные в зоне аэрации на начало оросительного сезона, можно, и они будут не менее, чем при наименьшей влагоемкости (для 1,5 метрового слоя, около 630 мм), но с этом нет необходимости. В нашем случае на опытном массиве сработка влагозапасов в зоне аэрации составила 338 мм (77%), в зоне насыщения - 181 мм (4156).

При близком залегании грунтовых вод, когда они предопределяют характер водообмена в зоне аэрации, нижняя поверхность балансового объема может совпадать с положением зеркала грунтовых вод на начало и конец расчетного периода, в результате чего балансовый'объем изменяется. Сработавшиеся запасы грунтовых вод в этом случае являются приходными элементами уравнения водного баланса. Грунтовые воды подпитывают зону аэрации, компенсируя дефицит водопотребления, равный Д5Л(<. Исходя из этого, КОД орошаемых полей II опытного участка равен 0,71, коэффициент водоотведения 0,40* а с учетом подпитки грунтовыми водами - 0,29.

Если же за нижнюю поверхность балансового объема принять водо-упср, то КОД орошаемых полей будет равен 1,0; потому что, как и в экспериментах, выполненных на Ьпытном севеобороте Запорожской области; будет преобладать односторонний, снизу-вверх, вертикальный влагоперекос; то есть расход вода будет всегда равен ее приходу.

Для выявления общих закономерностей формирования водоотведе-

I

ния на орошаемых полях при поливе широкозахватной дождевальной техникой дополнительно были использованы материалы воднобалансовых исследований, опубликованные в работах П.И.Коваленко, Ю.А.Михайлова, Ю.Л.Смехнова, И.С.Шпака.

Обнаружена достаточно тесная ("V -0,80) связь между коэффициентом водоотведения и суммарным водопоступлением, которую можно апроксимировать линейными функциями: для люцерны -

- 0,04 (Х0 1-Рс, ) , (12)

при 0 < (Хо + Ро ) < 6,0 мм/сут. ; кукурузы -

» 0,06 {ЗСа+Ро ) + 0,06 ,

при 0,5 < {Ха + рс ) < 8,5 мм/сут.

Таким образом, с увеличением водопоступления возрастает водо-отведение.

Для выявления закономерностей формирования водоотведения за пределы оросительных систем были использованы материалы натурных наблюдений в северном степном Крыму, проведенных в 1983-1991 г.г. под руководством И.К.Супряги, воднобалансовых наблюдений и расчетов в зоне СКК и ГКМК, выполненных при участии автора под руководством Ю.А.Михайлова.

Данные для северного степного Крыма свидетельствуют о слабой изменчивости годового объема стока с полевых севооборотов в тече- . ние наблюдаемого периода. Исключение составляет 1987 г., когда к началу весеннего снеготаяния накопилось значительное количество 1 твердых осадков (в январе-марте выпадало 165 мм). В остальные годы отклонение от среднего значения не превышает в целом по райенам

+5/Е. Сток, воды с рисовых севооборотов также изменяется по годам незначительно.

Для полевых и рисовых севооборотов наблюдаются характерные периоды стокообразования, начало и окончание которых совпадают по временя. В ноябре-феврале сток характеризуется наименьшими значениями, причем с рисовых севооборотов он практически отсутствует (0,7-1,8 млн.м3/^есяц), а с полевых севооборотов стекает около 20 млн.м3 в месяц.

В марте, в следствие снеготаяния, сток воды несколько повышается, но основная фаза подъема, приходится на апрель,то есть начало поливов и заполнение рисовых чеков водой. Заканчивается подъем в' мае, амплитуда его на рисовых севооборотах по отношению к апрелю составляет от 3 до 6 раз, на полевых севооборотах около 15 раз.

В мае-сентябре сток воды со всех этих севооборотов практически стабилизируется и только с окончанием поливов в октябре месяце начинает постепенно снижаться до ноября.

Для выявления генезиса водоотведения нами произведено расчленение гидрографа стока вода с Дтанкойской и Кировской оросительных систем на основные составляющие,! а именно: поверхностный .сток талых вод; поверхностный сток дождевых вод; поверхностный сток оросительных вод; сток за счет искусственного дренирования; сток за счет естественного дренирования балочной сетью; коммунальный сток.

Водоотведение с ДданкойскоЯ оросительной системы (ОС) на 71% формируется за счет поверхностных вод, причем 31$ составляют ком»$шальные стоки, 14% стока дают атмосферные осадки и 2655 оро-• сительные воды. Грунтовая составляющая равна из которой 14% приходится на искусственный дренаж и 10$ грунтовых вод дренируется гидрографической сетью.

Водоотведение с территории Кировской оросительной системы-

формируется в основном за счет грунтовой составляющей - 84%, причем 5055 приходится на искусственный дрена* и 34% на естественное дренирование. Доля поверхностного стока составляет всего только 16/6, из которой 10% формируют оросительные воды и 6% атмосферные осадки. ■

Сравнительный, анализ генезиса водоотведения в различных условиях показывает (табл.3), что в структуре водоотведения с Дженкой-ской оросительной системы преобладает поверхностный сток, что объясняется большой величиной водозабора на орошение. Стокообразу-ющая роль оросительных вод выше, чем атмосферных. При практически равных атмосферных осадках водозабор в Дканкойской ОС в 3,5-4 раза больше, чем в Кировской ОС. Отсюда примерно такое же соотношение между долей поверхностного стока в общем объеме стока для этих систем.

Таблица 3

Сравнительный анализ составляющих стока воды за пределы Дканкойской и Кировской оросительных систем

Составляющие стока : Сток, в % от : суммарного •

:Джанкой-:екая ОС 1 УАК -гКиров-^кая ОС : Укр Чир

Сток - всего 100 100

в том числе:

Поверхностный: 57 16 . 3,6

а) за счет оросительных вод; 37 10 3,7 •

б) за счет атмосферных осадков и 20 6 3,3

талых вод

За счет^ дренирования: 43 84 0,5

а) систематическим искусственным 28' 50 0,6

дренажем

б) главными коллекторами 15 34 0,4

Дренирующая роль главных коллекторов, проложенных по руслам балок и рек, практически одинакова: 14,6 млн.м3/год для Джанкой-ской ОС и 13,5 млн.м3/год для Кировской ОС. Объем дренажного стока в Джанкойской ОС в 1,5 раза больше только по причине большей (в 2,5 раза) площади дренажа,

Водоотведение за пределы орошаемых контуров находится в достаточно тесной (корреляционное отношение равно 0,95) зависимости от водопоступления. Для северного степного Крыма в целом

_4 2

ш 0,22 1Х+П, ) - 0,3. 10 СГ0+Ра ) - 53, (млн.м3). ( 14 )

Существует критическая величина водопоступления, равная 650 млн.м3/год, при превышении которой коэффициент водоотведения возрастает в 2-3 раза. Для оросительных систем северного; степного Крыма зависимость (14) выражена очень слабо. Причина; Заключается в незначительном изменении водопоступления по годам, несмотря на большую вариацию обеспеченности оросительных сезонов по дефициту водспотребления.

Коэффициент фактического водоотведения для оросительных сис- . тем СКК и ГКМК можно вычислить по эмпирической формуле (10), значения параметров которой приведены в табл.4.

Таблица 4

Расчетные параметры формулы (10) для определения фактического водоотведения

Расчетный период I Параметры формулы (10)

: А V. : В : С_

0,10 0,12 0,12 0,13

0,16 "

апрель, октябрь -0,7 0,2

май -0,6 0,6

июнь, июль, август -0,3 0,6

сентябрь -1,4 0,6

Оросительный сезон -0,35 5,4.

Удельные показатели (тыс.м3/га) водоотведения можно рассчитать по формуле

2

ваф ш 0,08Лэса+Ра ) + 0,29 ( Хо+Р„ ). (15)

4. НОРМАТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ И КОЭШЩЕШУ ВОДООТВЕДОЙ'Я С ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ УКРАИНЫ И ДАГЕСТАНА

Практически все орошение сосредоточено в 12 административных областях Украины, причем 73$ в Южном природно-экономическом районе. Для расчета норм водоотведения для этих областей использованы групповые нормы водопотребности-нетто, разработанные под руководством В.П.Остапчика. Нами только произведено сглаживание рядов норм водопотребности для того, чтобы учесть вариацию, равную 0,2-0,3.

Для приморской зоны Дагестана имелся всего лишь пятилетний период наблюдений. Групповые нормы водопотребности рассчитывались по той же методике, что и для Украины. Значение норм необходимой обеспеченности определялось интерполированием.

- Максимальная изменчивость нормативных показателей в пространстве при одном и том же уровне естественной влагообеспеченности составляет 45-65 мм или 30%. Объясняется это тем, что так же изменяется по территории групповая норма водолотребности-неттоЛ табл .5). Так как при нормировании по существу моделируется оптимальный водный баланс, когда дефицит водопотребления компенсируется поливами, то излишки воды, формирующие полное водоотведенне, будут минимальными и одними и теми же для весьма удаленных друг от друга областей.

Еще более несущественное изменение норм водоотведения наблюдается во времени. Водоотведение несколько больше во влажные годы, "что обусловлено стоком дождевых вод. Чем суше сезон, тем меньше выпадает атмосферных осадков, но тем больше водоподача на ороаоние и роль ее в формировании полного водоотведения. Но и абсолютная,

- го - •

и относительная величина полного водоотведения остается без выраженных изменений. " . '

Определенное влияние на Нормативные показатели и коэффициенты полного водоотведения должен оказывать, согласно формуле (8), КОД оросительной системы уов • Для выявления степени этого влияния для двух областей Украины были рассчитаны значения коэффициента полного водоотведения для „ в диапазоне от 0,1 до 0,9. При

< V < ' изменяется от 0,68-0,86 до 0,14-0,24. При Ш -рп.

значениях у} , близких к 0,7, водность оросительного сезона - Сов ■

практически не оказывается на величине коэффициента полного водоотведения , так как в этом случае "2* с о, 85.

Для условий Дагестана нормативные показатели и коэффициенты полного водоотведения несколько больше, чем для Украины, что обусловлено меньшим КПД оросительной системы.

Сравнительный анализ фактического и нормативного /водоотведения показывает, что в зоне (ЛЩ фактическое водоотведение больше нормативного по абсолютной величине в среднем в 1,6 раза. Фактический коэффициент водоотведения превышает нормативный в 1,2 раза. Обусловлено это в основном избыточным (в среднем на 37%) суммарным водопоступлением. В среднем по зоне нормативный коэффициент водоотведения составляет 0,29,. а фактический на год обеспеченностью 50% равен 0,27.

В зоне ПШК фактическое суммарное водопоступление только на 6% меньше нормативного , .на 15% меньше нормативного фактический • показатель водоотведения, на 7% - коэффициент водоотведения. В этой зоне, в отличие от первой, фактическое водоотведение меньше нормативного вследствие недостаточной дренированности территории оросительных систем Каховского и Геническсго районов.

Таким образом на оросительных системах Украины фактические

показатели и коэффициенты водоотведения близки к нормативным. Превышение нормативных показателей фактическими обусловлено избыточным водозабором на орошение.

Региональные изменения фактических значений показателей и коэффициентов водоотведения незначительные. Водоотведение на однотипных полях Саратовской, Херсонской и Запорожской областей примерно одинакова: 0,07-0,13 против 0,04-0,15. В Ставропольском крае и Грузии коэффициент водоотведения при поливе ДЦА-100МА равен 0,27-0,28, на Украине 0,24-0,30. На оросительных системах в Ростовской области и на Северном Кавказе отводится 12-23% суммарного во-допоступления, в зоне ГКМК и СКК - от 6 до 30|.

Современные концепции совершенных оросительных систем предусматривают регулирование водоподачи и водоотведения с помощью специальных емкостей. Нормы водоотведения позволяют оценить требуемый объем регулирования стока воды с оросительных систем в зависимости от суммарного водопоступленил, а следовательно от рекомендуемых в проект индивидуальных и групповых норм водопотребности, технического уровня и прогнозного технического состояния оросительных систем, технологии управления водопользованием. •

Вычислить объем воды (), который придется отводить за пределы проектируемой оросительной системы или аккумулировать в ее пределах, можно-по следующей методике.

Задаваясь проектными величинами групповой нормы водопотребнос-ти-нетто, КПД оросительной сети и орошаемого поля, по формуле (7) рассчитывается ¿¡^. На плане оросительной системы проводятся границы орошаемых контуров, удаленные от краев орошаемых массивов на

0,8-1,0 км, и измеряется площадь в пределах этих контуров (Р- .

ОгС

тыс.га). Тогда

\/ = 10 В -Р , ШН.М3 (16) отг ОП ак

Вычислив по формуле (8) , можно оценить требуемую густоту дренированности ( . км/км^) территории для отвода объема воды, характеризуемого

Г =

^ (17)

А

где /I - средняя глубина дренирования, м.

,На стадии проектирования может возникнуть задача обоснования экологически допустимой нагрузки на водоприемники естественного происхождения, когда нельзя построить искусственные. Существует два. способа решения этой задачи: первый - уменьшить водозабор на оросительные системы на величину, которую можно оценить по формуле (7); второй - оптимизировать размеры орошаемых земель, а следовательно ц орошаемого контура по формуле

а ^------5Ц.— . < :8,

-г — / М \

Установленные закономерности формирования водоотведения могут Сыть использованы и при эксплуатации ' действующих оросительных систем. С учетом того, что , формулу (10) можно использовать для контроля водопользования по фактическому значению ^ . Водопользование можно считать удовлетворительным, если ^

ВЫВОДЫ

I. Следует различать полное водоотведение, суммирующее все видь потерь оросительных и дождевых вод за вычетом величины аккумуляции влаги в корнеобитаемом слое почвогрунтов, и фактическое водоотведе-ние, проявляющееся в виде стока воды в коллекторно-сбросных каналах и естественных водотоках за пределы орошаемого контура. Нормирован«!

подлежит полное водоотведение, так как оно характеризует потенциальное количество воды, которое надо будет отводить при эксплуатации оросительных систем.

2. Генетически водоотведение складывается из поверхностного стока оросительных (10-37%), дождевых и талых (6-20?) вод, а также коллекторно-дренажного стока (28-50%) и стока воды, образующегося в результате дренирования грунтовых вод естественной гидравлической сетью (15-34%). .

3. Водоотведение за пределы оросительных систем имеет тесную (корреляционное отношение равно 0,9) связь с суммарным водопоступле-нием, алроксимируемую уравнениями второго порядка. Чём больпе суммарное водопоступление, тем больпе водоотведение по абсолютной величине. Коэффициент водоотведения изменяется в пределах от.О,Об до 0,30.

4. Коэффициент водоотведения связан с коэффициентом полезного использования водных ресурсов _(КИВР). Минимальное значение коэффициента водоотведения имеет место при максимальном значении КИВР, для чего интенсивность суммарного водопоступления должна быть предельно близкой к интенсивности суммарного испарения с поверхности орошаемого контура.

5. Водоотведение на орошаемых полях формируется в основной за ' счет фильтрационных сбросов и только при суммарном водопоступленил более 85-90% величины суммарного испарения. При меньшем суммарном водопоступлении водоотведение практически отсутствует или носит кратковременный локальный характер при выпадении дождей после поли-еов. При оптимальном увлажнении полей водоотведение является неизбежным фактором и его следует учитывать при проектировании и эксплуатации оросительных систем. Водоотведение возрастает с увеличением суммарного водопоступления по зависимости, близкой я линейной, с интенсивностью 0,24-0,53 т/су? на каждые I мм/сут водопоступлет'.п.

6. Нормативные показатели водоотведения мало изменяется в их временном раду в зависимости от обеспеченности групповых норм водопотребности и более существенно - территориально. На величину нормативных коэффициентов водоотведения влияет КИВР оросительной системы, с снижением которого они возрастают. При значениях КИВР, близких к 0,7, водность оросительного сезона практически не сказывается на нормативном коэффициенте водоотведения.

7. Рассчитанные нормативные показатели ¡и коэффициенты водоотведения мало отличаются от фактических. Последние для оросительных систем Украины близки к таковым в Саратовской и Ростовской областях, Северном Кавказе, Ставропольском Крае,Грузии. Разница существенна только для показателей водоотведения, и вызвана она различием в водоп9Ступлении на оросительные системы, расположенные в выше названных регионах.

По теме диссертации опубликованы следующие работы.

I. "Оценка технического состояния оросительных систем для эколого-мелиоративного мониторинга4 / Тезисы докладов международной конференции "Оросительные мелиорации - их развитие, эффективность и проблемы. - Херсон, 1993. - 125 с. (в соавторст-

2. "Нормирование водоотведения с орошаемых земель" // Гидротехника и мелиорация в Украине.. - Киев, ИГиН, - Вып.З, 1994.

- С.66-73 /на укр.языке/(в соавторстве).

3. "Метод оценки состояния оросительных систем в элементах водопользования* // Мелиорация и водное хозяйство. - 1994. *

- Вып.80. - С. /на укр.языке / (в соавторстве).

ве)