Источники воды для орошения. Виды оросительных мелиораций

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего профессионального образования

АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

Кафедра ботаники,

почвоведения

и биологии экосистем

 

 

 

 

Курсовая работа на тему:

 

Источники воды для орошения.

Виды оросительных мелиораций.

Оросительные системы

 

 

 

Выполнила:

Исакаева Г.П.

студентка группы ЗЕ-21

специальности

 «Землеустройство  и кадастр»

 

 (подпись)

 

Проверил:

  доцент. каф. ботаники,

почвоведения и биологии      экосистем

Стрелков С.П.

 

(подпись)

 

 

 

 

 

 

Астрахань - 2013 
Содержание

 

 

 

 

 

Введение

В широким понимании, мелиорация - это коренное или с расчетом на долгий период (десятки лет) значительное изменение природной среды с намерением ее улучшения для ведения сельского или лесного хозяйства и для жизни людей. Отличают широкие экологические мелиорации, меняющие соотношение всех средообразующих компонентов, например, лесомелиорации (направленные преобразования природы типа произведенных на побережье Черного моря на западе Грузии) и частные виды мелиорации - орошение, обводнение (создание новых и улучшение существующих источников получения воды), осушение (комплекс гидротехнических мелиорации), борьба с эрозией почв и т.д. Большинство используемых сейчас в земледелии и пастбищном хозяйстве земель нуждаются в тех или иных мелиорациях.

Преобразование ландшафтов при помощи регулирования их водного режима осуществляется путем осушения, обводнения, орошения и создания водохранилищ. Практика водных мелиораций сельскохозяйственного назначения насчитывает несколько тысячелетий.

Водные мелиорации - радикальные способы борьбы с засушливостью и избытком влаги. Они существенно улучшают природные условия, выполняют роль перераспределителей влаги во времени и в пространстве с целью рационального использования водных и земельных ресурсов. Подразделяются на оросительные и осушительные. Орошение является основным видом мелиорации. В данной курсовой работе рассмотрена оросительный вид мелиорации, даны основные понятия мелиорации,  орошения и оросительной системы в целом, описаны виды и способы орошения.

 

 

Глава 1. Общие сведения о мелиорации

Слово «мелиорация» происходит от латинского слова melioratio, что в переводе на русский язык означает улучшение. Мелиорация земель - это изменение природных условий путем регулирования водного и воздушного режимов почвы в благоприятном для сельскохозяйственных культур направлении.

По воздействию на почву и растение различают агротехнические, лесотехнические, химические и гидротехнические мелиорации.

При агротехнических мелиорациях повышение плодородия земель достигается правильным выбором глубины и направления вспашки, почвоуглублением, сочетанием вспашки с поделкой глубоких борозд, гряд и валиков. К агромелиорации относится также залужение крутых склонов, мульчирование почвы, улучшение лугов и пастбищ и снегозадержание. Этот вид мелиорации не требует специальных капиталовложений, так как выполняется обычно при помощи машин и орудий, уже имеющихся в хозяйстве.

Под лесотехническими мелиорациями подразумевается улучшение земель при помощи посадки древесной или травянистой растительности в сочетании с древесной. Сюда относится закрепление движущихся песков, облесение и залужение крутых склонов и оврагов, создание полезащитных лесных полос, водорегулирующих лесных насаждений, облесение водохранилищ и т. д.

При химических мелиорациях для улучшения земель в почву вносят известь, гипс, дефекационную грязь, поваренную соль, серную кислоту с целью рассолонцевания содовых солонцов, синтетический каучук. К химическим мелиорациям относится внесение в почву томасшлаков, фосфоритной муки, а также использование различных гербицидов для борьбы с зарастанием мелиоративных каналов и прилегающих полей сорной растительностью, применение полимерных материалов для снижения фильтрации из водоемов и крупных каналов.

При гидротехнических мелиорациях улучшение земель достигается изменением водного режима почвы. С целью регулирования йодного режима почвы, а, следовательно, и искусственного орошения строят плотины, водохранилища, крупные и мелкие оросительные и осушительные каналы, трубопроводы и лотки. В степных районах для задержания весенних талых вод устраивают лиманы. Создавая хороший стеблестой растений, лиманы не только повышают урожаи трав и других культур, но и предохраняют почву от ветровой эрозии. В предгорных районах в целях борьбы с водной эрозией строят террасы. Для орошения риса и промывки засоленных земель устраивают чеки и дренажную сеть.

Проведение гидромелиорации связано со значительными капиталовложениями, поэтому они требуют технико-экономических обоснований. Наибольшая эффективность мелиорации достигается при комплексном их применении, а именно: когда орошение сочетается с дренированием земель, а осушение - с периодическим орошением; когда гидромелиорации сочетаются с правильной организацией труда, высоким уровнем агротехники, внесением необходимых до» удобрений и т. д.; закрепление крутых склонов и оврагов - с устройством водоотводных каналов и валов, лотков и. перепадов с лесными посадками и залужением; устройство прудов и водохранилищ - с орошением земель и рыборазведением; осушение земель - с известкованием почв и комплексом культуртехнических работ; освоение и промывка засоленных земель — с мелиоративной вспашкой, гипсованием, подбором культур-освоителей. Кроме того, для правильного освоения орошаемых, осушенных и эродированных земель большое значение имеют правильный выбор вида и сорта культур и чередование их в севооборотах обычного и специального назначения, а также экономика и организация сельскохозяйственного производства.

 

Глава.2 Виды оросительных мелиораций

2.1. Понятие орошения и ее виды

Орошение — искусственное пополнение влаги в почве для повышения ее плодородия. Орошение является основным видом мелиорации. Основное назначение орошения - получение гарантированных урожаев сельскохозяйственных культур независимо от складывающихся погодных условий за счёт управления водным и связанными с ним воздушным, тепловым, солевым, микробиологическим и питательным режимами в почве. Применяют орошение также для промывки почв, борьбы с атмосферной засухой, как средство против заморозков, для внесения с поливной водой минеральных и органических удобрений, а также химических средств защиты растений от болезней и вредителей. В пустынной и полупустынной зонах интенсивное ведение сельского хозяйства невозможно без орошения. Благодаря орошению засушливые районы превращаются в цветущие оазисы, снабжая всех хлопком, рисом, кенафом, джутом, фруктами и др.

Степная зона отличается недостаточным количеством осадков и сильной изменчивостью их во времени, поэтому урожаи сельскохозяйственных культур здесь сильно колеблются. Орошение в этой зоне, дополняя естественные осадки, позволяет получать ежегодно высокие урожаи технических, кормовых, зерновых и овощных культур.

Орошение дает большой эффект не только на юге и в зоне неустойчивого увлажнения, но и в зоне избыточного увлажнения.

К видам оросительной мелиорации относятся:

-  увлажнительная;

- удобрительная;

- специальная;

Увлажнительное орошение создает в почве нужный водный и воздушный режимы. Оно нужно везде, где растения не обеспечены требуемым количеством воды в течение всего вегетационного периода или его части. Разделяют регулярное и однократное увлажнительное орошение. При регулярно действующем орошении почва увлажняется в нужные сроки и в требуемом количестве в течение всего вегетационного периода.

При поступлении воды в оросительную сеть из источника орошения самотеком орошение называется самотечным. При машинном подъеме воды из источника орошения в оросительную сеть (насосами и др.) - машинным.

При однократно действующем орошении почва увлажняется только раз в год путем затопления площади. Если затопление проводят ранней весной водой весеннего стока, то такое орошение называют лиманным, а если используют воду из каналов в период паводка в реке - паводковым.

Удобрительное орошение применяют для внесения удобрения в почву с помощью воды, которая, являясь растворителем удобрений, транспортирует их в увлажняемый слой почвы. Сюда относится полив сточными водами городской канализации, стоками животноводческих комплексов, а также полив полыми водами, содержащими большое количество взвешенных наносов, которые отлагаются на орошаемых землях и удобряют их.

К специальным видам оросительной мелиорации относят почвоочищающее, отеплительное и др.

Почвоочищающее орошение применяют для удаления из почвы избытка вредных солей, для истребления вредителей сельскохозяйственных растений, например мышей, личинок майского жука и филлоксеры, путем затопления водой очищаемой почвы.

Отеплительное орошение применяют для согревания почвы, поливая ее водой, более теплой, чем сама почва, что позволяет удлинить вегетационный период. К этому виду также относится противозаморозковое дождевание.

2.2. Способы проведения оросительных мелиораций

По методам подачи и распределения воды на поля выделяют следующие способы орошения:

1) аэрозольное;

2) поверхностное;

3) дождевание;

4) внутрипочвенное;

5) подземное;

6) лиманное;

Аэрозольное (или мелкодисперсное) орошение направлено на улучшение микроклимата полей. Специальные установки создают мельчайшие капли воды. Во время заморозков при таком увлажнении повышается температура приземного слоя воздуха. Этот способ применяется в садах, виноградниках, в теплицах. 

Поверхностное орошение – вода самотеком поступает на поливную площадку и впитывается в почву, создавая в ней запасы влаги. Существует несколько разновидностей этого способа, главные из них – затопление, напуск и бороздной полив (рисунок 1).

Рисунок 1. Классификация поверхностных способов:

а – сплошное затопление, б – напуск по полосам, в – полив по бороздам, г – выборочное затопление.

При затоплении участок поля (чек) заливается слоем воды глубиной 10 – 15 см. Таким образом, например, выращивают рис.

При поливе напуском вода самотеком распределяется равномерно тонким слоем по поверхности длинных полос и в процессе движения проникает в почву. Длина полос от 75 до 300 м, ширина от 1,8 до 7,2 м, высота земляных валиков – 10 – 15 с. При бороздном способе вода поступает по бороздам и проникает в почву в боковом направлении. Этот способ используется для полива овощных, технических и кормовых культур. 

При орошении дождеванием вода, поднятая насосами из источников орошения, разбрызгивается при помощи специальных машин в виде дождя (рисунок 2). Существует три вида дождевальных систем: стационарные, полустационарные и передвижные. Для орошения используются, как правило, такие поливальные установки как «Фрегаты» и «Волжанки».

Рисунок 2. Орошение дождеванием

Внутрипочвенное орошение позволяет увлажнять корневые системы сельскохозяйственных растений и создавать оптимальную влажность почвы, вносить с водой минеральные удобрения. По способу подачи воды такое орошение может быть: вакуумным (вода поступает в почву в силу сосущих свойств почвы – адсорбции), безнапорным (в почве происходит капиллярное движение воды), напорным (вода поступает в почву под гидродинамическим напором). Внутрипочвенное орошение применяют в теплицах, садах, огородах и виноградниках.

Подземное орошение осуществляется подачей воды снизу капиллярным путем из заложенных в почве на глубине 40 – 50 см от ее поверхности специальных труб, которые имеют отверстия. При подземном орошении почвенная корка не образуется. 

Лиманное орошение применяется при наличии естественного поверхностного стока (рисунок 3). На поверхности стока сооружаются земляные валы или дамбы высотой от 0,5 до 2,0 м. Стекающие с водосбора талые или паводковые речные воды задерживаются на полях и поглощаются почвой, а излишки воды сбрасываются по концам боковых дамб или через водоспуски, устраиваемые в дамбах. Продолжительность стояния воды небольшая (до 10 суток), глубина затопления лиманов до 0,8 м.

Рисунок 3. Схема лиманного орошения:

1 – коренной борт долины; 2 – река; 3 – плотина; 4 – лиман 1-го яруса; 5 – лиман 2-го яруса; 6 – лиман 3-го яруса; 7 – надпойменная терраса; 8 – склон

 

Глава 3. Источники воды для орошения

3.1. Характеристика  и оценка водоисточников

Источниками воды для регулярного орошения могут служить:

- поверхностные  естественные водотоки и водоемы (реки, озера);

-  поверхностные  искусственные водоемы (водохранилища);

-  местный  сток, накопленный в прудах; подземные  воды;

- сточные  воды; сбросные, дренажные, морские  воды.

Источником воды для одноразового орошения является местный сток, задерживаемый в лиманах.

При наличии на орошаемой территории или вблизи ее нескольких источников воды для орошения целесообразность использования одного или нескольких источников обосновывается технико-экономическим сравнением вариантов.

При планировании орошения непременно рассматриваются вопросы

  комплексного использования водных  источников всеми отраслями народного  хозяйства (сельское хозяйство, водоснабжение, промышленность,

гидроэнергетика, водный транспорт, рыбоводство и другие).

Источники воды для орошения оцениваются следующими характеристиками: качеством воды, объемами воды за оросительный период и за год, их колебаниями по годам; режимами расходов воды; режимами уровней или напоров воды; местоположением по отношению к орошаемой

площади.

Качество воды характеризуется температурой, содержанием механических примесей, минерализацией и химическим составом, бактериальным составом.

Температура поверхностных вод обычно благоприятна для орошения. Подземные воды и воды горных рек могут иметь пониженную температуру и требовать обогрев. Повышенная температура может быть у подземных и сточных вод. Регулирование температуры осуществляется в бассейнах-терморегуляторах или каналах достаточной протяженности за счет естественного теплообмена с внешней средой.

Содержание механических примесей-наносов характерно для речных

вод, особенно горных, и сточных вод. Частицы менее 0,01 мм имеют удобрительную ценность и должны пропускаться на поля. Более крупные наносы заиляют каналы и трубопроводы, создавая трудности в эксплуатации.

Поэтому в голове оросительной сети строятся отстойники и сооружения, задерживающие наносы.

Повышенная минерализация наблюдается в водах степных рек, подземных, сточных, сбросных, дренажных водах.

Сильноминерализованной является морская вода. Вредным (токсичным) для растений и почвы является повышенное содержание ионов Na,Mg, Cl, CO3, HCO3, SO4.

Орошение минерализованными водами с содержанием солей более

0,5 г/л возможно не для всех  растений и почв и должно  проводиться под строгим контролем состояния почвенного плодородия.

Если площадь орошения и состав сельскохозяйственных культур заданы, то требуемый на орошение объем воды должен сравниваться с объемом воды, который может быть выделен из источника за период вегетации в год расчетной обеспеченности.

Для повышения оросительной способности источника необходимо

снижать потери воды в оросительной сети, оптимизировать структуру посевов и режим орошения сельхозкультур.

Анализ внутригодовых и многолетних режимов расходов источника

позволяет судить о согласовании его с режимом орошения. В течение всего

При невыполнении этого условия необходимо перераспределение

  расходов воды во времени. Режим уровней и напоров воды в источнике и

взаимное высотное положение источника и головного элемента оросительной сети определяют тип и конструкцию головного водозаборного сооружения.

Местоположение источника и его удаленность от орошаемой площади определяют длину холостой части магистрального канала или трубопровода, влияют на мощность насосной станции, на стоимость системы.

Анализ характеристик различных источников позволяет наметить

возможные варианты орошения, а затем путем технико-экономического их

сравнения выбрать оптимальный.

3.2. Орошение из рек

Реки являются наиболее распространенным источником воды для орошения. По территории нашей страны речной сток распределен неравномерно: на районы севера и северо-востока приходится 80% речного стока, на западные и юго-западные - 20%. В то же время последние являются

наиболее обжитыми и сосредотачивают 3/4 населения, 2/3 промышленности и сельского хозяйства. В южных районах страны все острее ощущается дефицит поверхностного стока.

Распределение стока во времени по годам и внутри года также неравномерно. Режим расходов рек определяется источником питания и их

географическим положением.

По типу питания выделяют реки:

- равнинные (атмосферного, грунтового и смешанного питания); горные (ледникового и атмосферно-ледникового питания);

- степные, являющиеся разновидностью равнинных и отличающиеся от них меньшей водосборной площадью и резко выраженной неравномерностью стока.

Равнинные реки имеют паводок весной, минимальные расходы летом, что не соответствует режиму орошения сельхозкультур. Для более полного использования стока требуется сезонное или многолетнее регулирование стока, однако создание водохранилищ на равнинных реках имеет много отрицательных сторон (большие площади затопления ценных земель, подтопление окружающих земель и др.), поэтому вопрос регулирования стока этих рек должен быть экономически и экологически обоснован.

Горные реки имеют максимальные расходы летом от таяния снегов и

ледников, что согласуется с режимом потребления воды для орошения.

Устройство водохранилищ на этих реках повышает их оросительную способность и экологически более безопасно.

Степные реки имеют 80-95% стока в весенний паводок, летом же

сильно мелеют и нередко пересыхают. Орошение из этих рек возможно в

основном на зарегулированном стоке.

Головные водозаборные сооружения из рек могут быть самотечные (бесплотинные, плотинные) и с механическим водоподъемом.

3.3 Орошение подземными водами

Для орошения, как правило, используются эксплуатационные запасы

верхних горизонтов подземных вод, остающиеся после удовлетворения потребностей хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения.

Площади орошения подземными водами в нашей стране в настоящее

время составляют около 2% от общей орошаемой площади.

Использование подземных вод на орошение допускается в следующих случаях:

- при общем дефиците поверхностных вод в рассматриваемом районе;

- при временных дефицитах в отдельные годы или сезоны;

- при избытке подземных вод и необходимости осушения.

Водозаборами подземных вод могут быть скважины, шахтные и лучевые колодцы, сифонные и самотечные водосборы. Тип и конструкция

водозаборов определяются глубиной залегания и характеристиками водоносного пласта.

Достоинствами орошения подземными водами являются: возможность получения воды непосредственно на поливных участках, что сокращает протяженность оросительной сети и повышает ее коэффициент полезного действия; чистота воды; частое совмещение целей орошения и осушения. Недостатками подземных вод как источников орошения являются высокая стоимость водоподъема, отсутствие в воде удобрительных илистых частиц, опасность истощения подземных запасов вод.

3.4 Орошение водами местного стока

Местным называется сток временных водотоков, образующихся в период весеннего снеготаяния или летних ливневых дождей, а также постоянных водотоков с малым водосбором. К малым водотокам относят реки и ручьи, не имеющие самостоятельного хозяйственного значения без регулирования стока.

Особенностью местного стока является кратковременность больших расходов и изменчивость объемов стока по годам.

Задержание и использование местного стока имеет определенное хозяйственное значение (орошение земель), гидрологическое значение (увеличение внутреннего влагооборота, снижение половодья в реках, выравнивание их режима, уменьшение размывов, эрозии почв, роста оврагов), эстетическое значение (улучшение ландшафта).

Оросительные системы на местном стоке обычно бывают небольшими- десятки и сотни, реже тысячи гектаров.

Наиболее широко местный сток используется на орошение в зоне неустойчивого увлажнения. На местном стоке организуется регулярное и одноразовое орошение.

Для регулярного орошения является обязательным сезонное или многолетнее регулирование стока. Оно осуществляется путем задержания в прудах и водохранилищах стока, проходящего в период паводка, снеготаяния, ливневых дождей. Расчетная обеспеченность стока в оросительных системах, работающих на местном стоке, обосновывается технико-экономическими расчетами.

Место под водоём и створ плотины выбирается в лощинах, балках, оврагах, на небольших речках. Если на местности нет естественного подходящего места, может быть устроен котлован-копань. При выборе места

учитывается ряд условий: возможность задержания максимального объема стока, получение минимальной площади зеркала, сохранение (незатопление) ценных плодородных земель, наличие наименьшего объема плотины, малая проницаемость грунтов ложа водоема.

CПри расчете орошения на местном стоке в зависимости от конкретных условий возможно несколько подходов:

- при дефиците водных ресурсов площадь орошения определяется объемом стока;

- при заданной площади орошения определяется требуемый объем стока, сравнивается с имеющимся, определяется вид регулирования и обеспеченность орошения;

- если по топографическим условиям ограничен объем водохранилища, то в соответствии с ним определяется требуемый объем стока и возможная площадь орошения.

Запроектированный водоем оценивается различными показателями:

отношениями Vполез / Vполн, Fзерк / Fор, экономической оценкой затопленных земель, стоимостью защиты окружающих земель от подтопления и другими.

3.5 Лиманное орошение

Лиманное орошение заключается в задержании весеннего стока на

обвалованных пологих склонах и одноразовом увлажнении обвалованной

площади (лимана). Лиманы устраиваются на склонах с уклонами менее 0,005, имеющих достаточную водосборную площадь.

Расположение лиманов в плане определяется рельефом местности. В

одном лимане могут располагаться одно или несколько полей севооборота.

Примеры расположения лиманов в плане даны на рисунке 4 .

Рисунок 4 – Схемы лиманов

а – ярусные с попуском паводков по пойме; б – ярусные в пойме реки; в – проточные; г – простой лиман; д – ярусные в котловине; е – ярусные с питанием из водохранилища; ж - ярусные с питанием из канала; з – оросительная система с лиманами-чеками; и – мелководный ярусный лиман; 1, 2 – водорегулирующие, распределительные и струенаправляющие валы; 3 – плотины; 4 – насосная станция; 5 – естественные водообходы; 6, 7 – водовыпуски; В – водоспускной канал; В1 – водослив; К – канал; К1 – распределительные каналы; а1, а2, а3 – соответственно 1-, 2-, 3-й ярусы.

Лиманы могут наполняться непосредственно склоновым стоком, паводковыми водами рек (пойменные лиманы), сбросными водами из водохранилищ и оросительных систем.

При расчете возможной площади лиманного орошения расчетная обеспеченность стока обычно принимается 25-50%, что ниже, чем обеспеченность регулярного орошения, ввиду малых затрат на устройство лиманов.

Продолжительность затопления лиманов зависит от оросительной нормы, водно-физических свойств почвы (в основном от скорости впитывания воды в почву в момент затопления) и биологических особенностей с возделываемых сельскохозяйственных культур. Чаще всего затопление длится от 3-6 до 10-12 суток.

На территории лиманного орошения сооружаются ограждающие  направляющие земляные валы, водовыпуски, водообходы, дороги, высаживаются лесополосы.

Лиманное орошение имеет ряд достоинств: простота и дешевизна устройства, простота эксплуатации, отсутствие механического подъема воды на повышенные элементы рельефа, уменьшение роста оврагов и размыв почв.

Недостатками лиманного орошения являются одноразовость увлажнения за сезон, неравномерность увлажнения по площади, изменение площади затопления по годам, опасность подтопления и засоления нижерасположенных земель.

3.6 Орошение сточными водами

Сточные воды представляют собой очищенные промышленные, хозяйственно-бытовые, животноводческие, ливневые и смешанные стока.

Использование сточных вод на орошение одновременно решает еще ряд важных задач: экономит чистые поверхностные и подземные воды;

защищает реки и водоемы от загрязнения сбросами этих вод; используются

полезные минеральные и органические вещества, содержащиеся в стоках.

Химический состав промышленных стоков зависит от вида и технологии производства. Наибольшей удобрительной ценностью обладают

сточные воды пищевой промышленности, текстильных, бумажных, кожевенных, азотно-туковых предприятий.

Хозяйственно-бытовые стоки состоят, в основном, из фекальных

масс. Они обладают большой удобрительной ценностью, так как содержат много азота, фосфора, калия, органических веществ. Вредными в их составе являются щелочные вещества, болезнетворные бактерии, яйца гельминтов.

Животноводческие стоки содержат много органических веществ и

являются ценным удобрением. Однако они требуют обеззараживающи мер против болезнетворных бактерий, яиц гельмионтов.

Ливневые воды являются стоками по городской сбросной сети от осадков и поливов. Они содержат в основном, механические примеси.

Смешанные стоки по составу различны.

Сточные воды перед их использованием на орошение проходят механическую, химическую и биологическую очистку. Орошение сточными водами осуществляется с соблюдением мер предосторожности и под постоянным контролем за состоянием почв, грунтов, грунтовых и поверхностных вод.

Орошение сточными водами может быть круглогодичным и вегетационным. При вегетационном орошении поблизости от участка устраиваются пруды-накопители или поля фильтрации, в которые направляются стоки зимой. Из прудов накопителей вода используется на орошение в период вегетации, а отстоявшийся осадок на удобрения. На полях фильтрации сельскохозяйственные культуры не выращиваются, на них производится очистка сточных вод путем фильтрации через грунт.

На участках, орошаемых сточными водами, выращиваются травы, кормовые корнеплоды, зерновые, силосные культуры.

Полив сточными водами осуществляется поверхностным способом по бороздам и полосам, дождеванием, подпочвенным способом. Нормы внесения стоков определяются по потребности растений в воде и по балансам вредных и питательных веществ. При необходимости сточные воды могут разбавляться.

Использование сточных вод на орошение имеет большой экономический и природоохранный эффект

 

Глава 4. Оросительные системы

4.1. Понятие об оросительной системе