Волочнюк Є.Г. Управління якістю поливної води на Інгулецькому зрошуваному масиві

Краткое содержание

ОСОБЛИВОСТІ ФОРМУВАННЯ ЯКОСТІ ВОДИ В РІЧЦІ ІНГУЛЕЦЬ ЯК ДЖЕРЕЛІ ЗРОШЕННЯ

Під час вегетаційного періоду, скидання в р. Інгулець сильномінералізованих та забруднених Кривбасом вод значно скорочуються, що знижує мінералізацію у річковій воді до 2000 – 2800 мг/л із вмістом хлоридів 570 – 980 мг/л. Цього часу стічні води, в тому числі й шахтні, частково збираються у водоймах-накопичувачах, які спорожнюються після закінчення роботи ГНС. Всі витрати р. Інгулець проходять скрізь штучні водойми, а кількість і якість стоку залежить від санітарних попусків, специфіки скидаючих підприємств, забезпеченості атмосферними опадами та наповнення водосховищ. Попуски у вегетаційний період викликають суттєву зміну гідрохімічних показників в р. Інгулець на ділянці Кривий Ріг – ГНС (рис. 2).

Рис. 2. Динаміка вмісту хлоридів у воді р. Інгулець

При зменшенні забезпеченості років атмосферними опадами вміст загальної кількості всіх іонів в р. Інгулець підвищується. Більш всього зростає вміст іонів хлору та натрію. За період із 1996 по 2001 рр. у маловодні роки середнє значення вмісту хлоридів у вегетаційний період становило11,27 мекв/л. У багатоводні роки вміст хлоридів збільшився до 18,1-20,2 мекв/л. Вміст іонів натрію за період, що вивчався, збільшився від 12,4 у маловодні до 18,2-21,3 мекв/л у багатоводні роки. Мінералізація води р. Інгулець у вегетаційний період коливалась у значних межах. Найбільша різниця простежувалася у 1973-1974 рр., коли стандартне відхилення σ дорівнювалося 593,2 та 718,8 мг/л. У подальшому якість води значно поліпшилася разом зі зменшенням відхилень від середніх значень. За стабільністю найкращими визначені 1985 та 2001 роки. Внаслідок найменших значень σ (321,9 мг/л та 314,1 мг/л) P_max зросло до 27 та 28 % відповідно. Під час роботи ГНС витрати р. Інгулець значно менші ніж ті, що надаються до МК ІЗС. Різниця доповнюється дніпровською водою, яка на протязі всього року відзначається доброю якістю та різко визначеним гідрокарбонатним складом (HCO₃^- - 60-90% мекв/л) при перевазі іонів кальцію 60-82 мекв/л. Коливання гідрохімічних показників у воді р. Дніпро досить незначне, мінералізація її рідко перевищує 0,45-0,50 г/л. Коливання гідрохімічних показників у воді р. Дніпро відносно сталі. За вмістом іонів хлору багатоводні роки характеризуються найбільшими значеннями середнього  – 1,61 мекв/л. Із зменшенням водності ці показники зменшуються. Динаміці хлоридів відповідає зміна статистичних показників вмісту іонів натрію. У багатоводні роки  дорівнюється 0,98 мекв/л при σ – 0,35 мекв/л.

ФОРМУВАННЯ ВОДИ В МАГІСТРАЛЬНОМУ КАНАЛІ

ІНГУЛЕЦЬКОЇ ЗРОШУВАЛЬНОЇ СИСТЕМИ

Гідрологічний режим Інгулецького магістрального каналу. Подача води на ІЗС здійснюється у відповідності із планом водокористування. У характерні експлуатаційні періоди 1973-1974, 1985-1986 рр. із розвитком зрошення і водопостачання м. Миколаєва та обводнення території ІЗМ витрати до ІЗС були постійно високими і тільки у 1985 р. в зв’язку із випаданням 96,0 та 117,8 мм опадів у червні-липні роботу ГНС було призупинено на 7 діб. З 1997 р. витрати до ІЗС скоротились вдвічі порівняно із 1973-1996 рр., коли вони становили близько 30 м³/с . Під час літнього меженного періоду р. Інгулець витрати до ІЗС досягають максимальних значень, що, в свою чергу, призводить до зростання частки дніпровської води під час напруженого періоду зрошення.

Гідрохімічний режим Інгулецького магістрального каналу. У більшості випадків в ІМК не досягається заплановане співвідношення вод р. Інгулець та
р. Дніпро, особливо з 1997 р. В поєднанні з поступовим погіршенням якості

природних поверхневих вод та збільшенням частки р. Інгулець у формуванні поливної води це стало причиною погіршення її якості у ІМК. Мінералізація поливної води в ІМК у більшості випадків перевищує 1000 мг/л, а на початку або в кінці вегетаційного періоду може досягати 2400-2700 мг/л.

Дослідженнями визначено три характерні періоди формування зрошувальної води під час роботи ГНС. Перший - початок роботи ІЗС. В цей час відкачуються мінералізовані води на ділянці р. Інгулець від її гирла до ГНС. Другий - період інтенсивного проведення поливів. В цей час спостерігаються значні витрати до системи, які сприяють покращенню співвідношення інгулецької та дніпровської води. Третій - кінцевий період. Із зменшенням витрат на системі в ІМК поступово збільшується частка води р. Інгулець та загальна мінералізація води. Мінералізація води в ІМК навіть у періоди інтенсивного водозабору рідко зменшується до позначок менших за 1 г/л, а у більшості випадків її значення знаходяться в межах 1-3 г/л, що може викликати вторинне засолення зрошуваних ґрунтів.

Для зниження мінералізації води у ІМК потрібні більші витрати ніж ті, що існують сьогодні. Починаючи із 1997 р. зі скороченням витрат до системи, мінералізація води в ІМК зростала. Встановлено, що складність регулювання якості поливної води на ІЗМ полягає не тільки у регулюванні співвідношення часток інгулецької та дніпровської вод, але й у тому, що, у порівнянні з дніпровською, інгулецька вода досить мінлива за своїми меліоративними показниками. При однаковій кількості працюючих насосних агрегатів ГНС відмічені коливання мінералізації води в ІМК від 0,45 до 1,57 г/л. Із 1997 р. значення мінералізації рідко зменшувались до 1,0 г/л. Це відбувалося тільки в окремі дні при високих витратах до ІЗС та малих - у р. Інгулець. Нестаціонарність якості води у р. Інгулець викликає значні зміни у якості зрошувальної води ІМК. Динаміка іонів Cl^-, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺ у воді ІМК відрізняється від річкових і знаходяться в залежності від режимів роботи ГНС. В період 1997-2001 рр. зросли середні значення вмісту іонів при збільшення їх коливань від середніх значень. Стандартне відхилення σ хлоридів збільшилося до 2,7-3,6 мекв/л, що викликало зниження P_max до 17-22 % (рис. 3). Коливання вмісту натрію дещо зменшилося, що залишило ймовірність його прояву на значному рівні (P_max –22-33 %) при σ –2,4-3,7 мекв/л.

Рис. 3. Криві нормального розподілу хлоридів (мекв/л) у воді ІМК

Оцінка поливної води за іригаційними показниками. Внаслідок скорочення поливів та зменшення об’ємів води, що закачувалися у ІМК, середня мінералізація поливної води зросла з 1996 до 1,1-1,6 г/л .Дослідженнями встановлено, що із зниженням забезпеченості років атмосферними опадами погіршується якість поливної води ІМК. Це визначається зниженням потреби водокористувачів при зростанні водності року, що в свою чергу викликає зменшення витрат до системи та збільшення частки р. Інгулець. У більш багатоводні роки (1997, 1998, 2000 рр.) збільшується стік р. Інгулець, що також впливає на зростання його частки у поливній воді ІМК.

Мінералізація води в ІМК залежить від впливу всіх цих факторів. В період проведення інтенсивних поливів, після закінчення відкачки забруднених вод ділянки ГНС - гирло річки, мінералізація зрошувальної води наближується до значень першого класу при одночасній роботі 4 та рідко 3 насосних агрегатів ГНС.

При довготривалій роботі 3 насосів загальна концентрація солей у поливній воді лише наближується до сприятливих значень і тільки при значних зменшеннях витрат або вмісту хлоридів у р. Інгулець може визначатися як вода першого класу.

Динаміка іригаційних коефіцієнтів: іонного обміну, небезпеки осолонцювання ґрунтів, іригаційний, показник "вивіреного" натрієво адсорбційне відношення (SAR*) за період досліджень вказує, що в період 1996-2001 рр. якість поливної води ІЗС погіршилась. На фоні скорочення витрат до системи, значно підвищилось значення показника (SAR*). На прискорення процесів осолонцювання грунтів впливає загальне підвищення вмісту натрію у поливній воді. Це викликаає необхідність проведення заходів щодо покращення якості води для запобігання процесів деградації зрошуваних ґрунтів (вторинне засолення, осолонцювання).

Вплив роботи ГНС на якість поливної води ІЗС. Проектом ІЗС передбачалось постійна робота 3-4-х насосних агрегатів для підтримки необхідної якості води в ІМК. Ці вимоги виконувались у 1973-1974 та 1985-1986 рр. При запуску ГНС ІЗС у 1973-1974 рр. включались одночасно чотири насосні агрегати і за весь час роботи ГНС кількість їх не зменшувалась. На протязі 1985-1986 рр. кількість працюючих насосних агрегатів постійно змінювалась. Із 1997 року витрати до системи значно скоротилися , порівняно із 1996 роком вони зменшились майже у 2 рази, що збільшило частку стоку р. Інгулець у формуванні поливної води ІЗС та загальну мінералізацію води. Встановлено, що динаміка іригаційних показників у воді ІМК знаходиться під впливом витрат ГНС.

Дослідження впливу якості зрошувальної води на меліоративний стан ґрунтів. Дослідження проведені з метою визначення особливостей впливу на ґрунти зрошувальної води ІЗМ. При тривалому зрошенні у сівозміні без люцерни у шарі ґрунту 0-200 см сума легкорозчинних солей перевищувала в 2,1 рази ніж на незрошуваному перелозі. При вирощуванні багаторічних трав у сівозміні сума солей при різних варіантах системи добрив порівняно із перелогом зросла на 29,0-54,8 %. Відмічена найменша кількість легкорозчинних солей, що накопичені в ґрунті на сівозміні, де вирощувалася люцерна та використовувалися мінеральні добрива із внесенням один раз за ротацію 60-80 т/га напівперепрілого гною. Вміст солей у шарі ґрунту 0-100 см при цьому становив 16,40, а 0-200 см – 34,96 т/га. У порівнянні з перелогом це більше відповідно на 19,3 та 29,0 %. Вміст обмінного кальцію на ділянках із вирощуванням люцерни в орному шарі темно-каштанового  ґрунту зменшився на 17,3-58,8 %, а у шарі 0-200 см - на 30,0-44,4 %. Вміст обмінного натрію при цьому підвищився, що зменшило відношення кальцію до натрію. Особливо цей процес простежується на ІЗМ при тривалому зрошенні без включення до сівозміни багаторічних трав, у ґрунтах підвищується вміст сульфатів та хлоридів.

Після тривалого зрошення ґрунт, порівняно із незрошуваним перелогом, відзначається гіршими фізичними властивостями. Такий ґрунт має більшу щільність складання, меншу порозність. Особливо це виділяється на сівозміні без багаторічних трав та без застосування добрив. Порівняно із незрошуваним перелогом щільність таких ґрунтів зросла відповідно на 12 та 7 %, а порозність, навпаки, зменшилася на 17 та 9 %. У зрошуваному грунті підвищився вміст фізичної глини, що вказує на посилення процесів внутришньогрунтового вивітрювання та руйнування первинних мінералів. Відбувається руйнування структури грунту. Порівняно із перелогом найбільше зменшення вмісту водостійких агрегатів відзначається на площах із сівозміною без багаторічних трав (в 1,3 рази). При зрошенні люцерни та застосуванні під неї системи добрив їх кількість знижується у 1,2 рази. Вміст мікроагрегатів зріс відповідно у 1,52 та 1,38 рази. Таким чином, багаторічне зрошення водою ІМК з мінералізацією 1,0-1,3 г/л і більше, та неблагополучним іонним складом визиває деградацію ґрунтів, зниження їх родючості.

Надходження щорічно на поля з поливною водою значної кількості солей (3,5-4,0 т/га) суттєво впливає на засоленість ґрунтів, як чорноземів південних так і темно-каштанових. В 1975 р. вторинно засолені землі в Херсонській області в зоні ІЗМ займали 2,3 тис. га, в 1986 р. - 3,5, в 1995 р. - 5,5 і в 2000 р. - 6,3 тис. га. Площа засолених ґрунтів за цей період зросла в 2,7 рази, це збільшення відбувалося за рахунок слабозасолених ґрунтів. За даними ІЗПР УААН зрошення водою ІЗС низької якості призводить до щорічних втрат сільськогосподарської продукції у розмірі близько 6 млн. грн.