Оценка пригодности воды из открытых коллекторов Семикаракорского района Ростовской области для орошения

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

ОЦЕНКА ПРИГОДНОСТИ ВОДЫ ИЗ ОТКРЫТЫХ КОЛЛЕКТОРОВ СЕМИКАРАКОРСКОГО РАЙОНА РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ ДЛЯ ОРОШЕНИЯ

Т.И. Дрововозова,

Н.Н. Паненко

Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт имени А. К. Кортунова - филиал Донского государственного аграрного университета, Новочеркасск, Российская Федерация

С.А. Манжина

Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации, Новочеркасск, Российская Федерация

Цель: оценка пригодности воды из открытых коллекторов Семикаракорского района Ростовской области для орошения сельскохозяйственных земель и прогноз возможности их влияния на солевой состав сельскохозяйственных земель. Материалы и методы. Объектом исследования являлись коллекторно-дренажные воды в открытых коллекторах Семикаракорского района Ростовской области К-3, ЛС-2, МКЛ-7, БГ-МС-4, ЦС. Почвенно-мелиоративная оценка пригодности воды для орошения проведена по следующим показателям: общая минерализация воды (по А. Н. Костякову), содержание хлорид-ионов, показатель адсорбируемости натрия (по методике И. Н. Антипова-Каратаева), натриевое, магниевое осолонцевание и содообразование почв. Результаты. Лабораторные исследования качества коллекторно-дренажных вод показали, что минерализация воды во всех коллекторах на всем протяжении вегетационного периода не превышала 1,5 г/куб. дм. Качество воды во всех коллекторах на начало поливного сезона не соответствует требованиям к поливной воде по содержанию хлорид-ионов (более 4 мэкв/куб. дм), и, следовательно, вода непригодна для использования в качестве оросительной без предварительной очистки. Исключением является вода в коллекторе БГ-МС-4, в которой содержание хлорид-ионов не превышало 2,72 мэкв/куб. дм. Содержание ионов натрия во всех коллекторах более 1 мэкв/куб. дм, что указывает на опасность развития процессов натриевого осолонцевания. С точки зрения возможности развития процессов магниевого осолонцевания и содообразования воды не представляют опасности. Выводы. Перед использованием воды из открытых коллекторов для орошения необходима коррекция химического состава, прежде всего по хлорид-ионам и ионам натрия. Для аккумуляции дренажно-сбросных вод рекомендуется сооружать бассейны-накопители в потоке жидкости с последующей коррекцией химического состава, возвратом части очищенной воды в оросительную систему, а части в коллектор для разбавления дренажно-сбросных вод перед выпуском в природный водный объект.

Ключевые слова: коллекторно-дренажные воды; открытый коллектор; почвенно-мелиоративная оценка; орошение; качественный состав; критерии классификации; ионный состав; динамика ионов в вегетационный период.

Purpose: evaluation of water availability from open collectors of Semikarakorsky district Rostov region for agricultural land irrigation and forecasting the possibility of their influence on salt composition of agricultural lands. Materials and methods. The object of the study was the collector-drainage water in the open collectors of Semikarakorsky district Rostov region K-3, LS-2, MKL-7, BG-MS-4, TsS. The soil-reclamation assessment of water availability for irrigation was carried out according to the following indicators: total water salinity (according to A. N. Kostyakov), chloride ion content, sodium adsorbability index (according to I. N. Antipov-Karataev method), sodium, magnesium alkalinization, and soil soda formation. Results. Laboratory studies of collector-drainage water quality showed that water mineralization in all collectors throughout the growing season did not exceed 1.5 g per cubic dm. The water quality in all collectors at the beginning of the irrigation season does not meet the requirements for irrigation water for the chloride ions content (more than 4 meq per cubic dm), and, therefore, the water is unsuitable for use as irrigation water without preliminary treatment. An exception is the water in the collector BG-MS-4, where the content of chloride ions did not exceed 2.72 meq per cubic dm. The sodium ions content in all collectors is more than 1 meq per cubic dm, which indicates the danger of sodium alkalinization processes development. From the point of view of possibility the development of processes of magnesium alkalinization and water soda formation are not dangerous. Conclusions. Before using water from open collectors for irrigation, a correction of chemical composition is necessary, primarily for chloride ions and sodium ions. To accumulate drainage effluent water, it is recommended to build water storage basins in a water flow with subsequent correction of the chemical composition, returning a part of the purified water to the irrigation system, and a part to a collector for diluting the drainage effluent water before its discharge into a natural water body.

Key words: collector-drainage water; open collector; soil-reclamation assessment; irrigation; quality composition; classification criteria; ion composition; ions dynamics during the growing season.

вода коллектор орошение сельскохозяйственная земля

Введение

В последние годы на юге России отмечается нарастающий дефицит воды, пригодной для полива и орошения. С одной стороны, это обусловлено естественными факторами: климатическим (теплые и малоснежные зимы), гидрохимическим (естественный высокий уровень минерализации поверхностных и грунтовых вод), а с другой - нерациональным использованием имеющихся водных ресурсов, высокой социально-экономической нагрузкой в части водопотребления и водопользования, что ведет к количественному и качественному истощению ресурса. Известно, что КПД оросительных систем в большинстве районов составляют порядка 70 %, потери оросительной воды, соответственно, примерно 30 %. В абсолютных цифрах это значение составляет от 40 до 60 млн м³ за поливной сезон. Поэтому уже в настоящее время идет активный поиск альтернативных источников водных ресурсов, пригодных для орошения. Из таковых прежде всего необходимо рассматривать коллекторно-дренажные воды, которые, по приблизительным оценкам, составляют 20 % от объемов водозабора на орошение.

Использование дренажных вод для орошения практиковалось еще во времена существования СССР, в результате чего был накоплен большой опыт, позволивший продолжить дальнейшие исследования этого вопроса и в постсоветский период [1-4]. Особая актуальность такого использования сбросных вод наблюдается в районах с устойчивым дефицитом водных ресурсов.

В результате накопленного опыта были разработаны определенные рекомендации по применению коллекторно-дренажных вод для орошения. Так, в ряде работ, связанных с исследованием проблем орошения отведенными с полей водами, особо подчеркивается необходимость обязательной оценки их пригодности для каждого конкретного случая, которая должна включать исследование содержания в них в первую очередь химических компонентов [2]. Известно, что содержащиеся в их составе химические соединения могут превышать допустимые нормы для почв и растений, что может привести к ряду негативных последствий, таких как загрязнение почв и растительной продукции, вторичное засоление и осолонцевание почв, падение урожайности сельскохозяйственных культур и ухудшение их виталитета.

Исследование качества воды, используемой для орошения, является, несомненно, актуальным и позволяет избежать как негативных изменений в почвах, так и влияния на качество сельскохозяйственной продукции.

Целью работы являлась оценка пригодности воды из открытых коллекторов Семикаракорского района Ростовской области для орошения и прогноз возможности их влияния на солевой состав сельскохозяйственных земель.

Материалы и методы

Объектом исследования являлись открытые коллекторы Семикаракорского района Ростовской области К-3, ЛС-2, МКЛ-7, БГ-МС-4, ЦС; предметом исследования - вода в вышеуказанных открытых коллекторах.

Качество оросительной воды оценивают по агрономическим, экологическим и техническим критериям ГОСТ 17.1.2.03-90 [5].

По агрономическим критериям качество воды для орошения оценивается:

- по отсутствию отрицательного влияния воды на сохранение и повышение плодородия почвы, предотвращению возникновения процессов засоления, осолонцевания, содообразования;

- по положительному влиянию на урожайность сельскохозяйственных культур и качество получаемой продукции при использовании ее на пищевые, кормовые или технические цели [6-11].

Почвенно-мелиоративная оценка пригодности воды в открытых коллекторах Семикаракорского района для орошения проведена по следующим показателям: общая минерализация воды, содержание хлорид-ионов, показатель адсорбируемости натрия (), по методике И. Н. Антипова-Каратаева, натриевое, магниевое осолонцевание и содообразование почв [7, 12, 13].

По А. Н. Костякову допустимое для почвы и растений содержание растворимых солей в оросительной воде составляет от 1,0 до 1,5 г/л.

Величину рассчитывали по формуле:

,(1)

где , , - концентрация ионов в поливной воде, мэкв/дм³.

При величине (формула (1)) меньше 8 опасность осолонцевания невелика при всех уровнях ее минерализации, а при > 16-18 она становится высокой и использовать такие воды для орошения нецелесообразно.

По методике И. Н. Антипова-Каратаева вода пригодна для орошения, если выполняется условие:

,(2)

где , , - концентрация ионов в поливной воде, мэкв/дм³; С - минерализация поливной воды, г/дм³.

Вода может вызвать натриевое и магниевое осолонцевание почв и являться непригодной для орошения, если:

, или ,(3)

или .(4)

Опасность развития процессов содообразования почв оценивается по показателю, полученному по формуле:

? 1.(5)

Критерии почвенно-мелиоративной оценки пригодности дренажных вод для орошения сельскохозяйственных культур по указанным выше показателям (формулы (2)-(5)) представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Критерии почвенно-мелиоративной классификации оросительных вод (по материалам Ю. Е. Домашенко, В. Н. Щедрина и др. [11, 14])

В мэкв/дм³

Соответственно, вода I класса качества пригодна для орошения, при поливе водой II класса качества необходимо регулярно проводить промывные поливы. Вода III и IV класса качества фактически непригодна для орошения без предварительной очистки.

Результаты и обсуждение. Основываясь на полученных результатах исследования химического состава воды в коллекторах, необходимо отметить, что ее химический состав подвержен резким колебаниям в течение вегетационного периода сельскохозяйственных культур с ярко выраженной закономерностью, которую отобразили графически (рисунки 1-5) [15, 16].

Рисунок 1 - Динамика процентного содержания ионов в воде коллектора К-3 в течение вегетационного периода

Рисунок 2 - Динамика процентного содержания ионов в воде коллектора ЛС-2 в течение вегетационного периода

Рисунок 3 - Динамика процентного содержания ионов в воде коллектора МКЛ-7 в течение вегетационного периода

Рисунок 4 - Динамика процентного содержания ионов в воде коллектора ЦС в течение вегетационного периода

Рисунок 5 - Динамика процентного содержания ионов
в воде коллектора БГ-МС-4 в течение вегетационного периода

Химический состав воды в открытых коллекторах неоднороден, в течение вегетационного периода он изменяется в зависимости от интенсивности полива, минерализации поливной воды, количества осадков в вегетационный период.

В Семикаракорском районе забор поливной воды осуществляется из Нижне-Донского магистрального канала (НДМК), куда вода поступает из Цимлянского водохранилища. Данная природная вода характеризуется как пресная: минерализация составляет 600-650 мг/дм³ с преобладанием гидрокарбонат-ионов.

Анализ метеорологических характеристик в данном районе показал, что минимальный объем осадков приходится на август-сентябрь. Соответственно, в этот период наиболее интенсивные режимы орошения. Как следствие, меняется класс воды в коллекторах: с сульфатных либо сульфатно-гидрокарбонатных на гидрокарбонатные либо гидрокарбонатно-сульфатные (таблицы 2, 3).

На начало поливного периода в воде всех каналов наблюдается
1,5-2-кратное превышение ПДК_рх ионов натрия и 2,5-5-кратное превышение количества сульфат-ионов.

Сравнивая характеристику класса воды, видим, что на начало поливного периода преобладают сульфаты (подземное питание), на конец поливного периода преобладают гидрокарбонаты, это обусловлено промывными режимами поливов и поддержанием воды в коллекторах гидрокарбонатными водами из магистрального канала.

Минерализация воды во всех коллекторах на всем протяжении вегетационного периода не превышала 1,5 г/дм³, что указывает на среднюю опасность засоления.

Таблица 2 - Солевой состав воды исследуемых каналов на начало поливного сезона

Таблица 3 - Солевой состав воды исследуемых каналов на конец поливного сезона

Изучение динамики содержания отдельных ионов в воде коллекторов показало, что наблюдается падение концентраций натрия, хлоридов и сульфатов и рост количества гидрокарбонатов в сентябре в период прекращения полива, это объясняется прекращением интенсивного промачивания почвогрунта и, соответственно, выноса подвижных ионов натрия, сульфатов и хлоридов. Одновременно с прекращением полива и минимальным количеством осадков падает расход дренажного стока в дрены и коллекторы. Для поддержания уровня воды в каналах пускают воду из магистрального канала, этим объясняется резкое повышение содержания гидрокарбонатов в воде коллекторов.

Необходимо отметить отсутствие колебаний содержания магния в воде, что является положительным признаком, поскольку магний - токсичный элемент для роста растений.

Оценим качество воды в коллекторах по содержанию хлорид-ионов на начало и конец поливного сезона с точки зрения опасности хлоридного засоления (таблица 4).

Качество воды во всех коллекторах на начало поливного сезона не соответствует требованиям к поливной воде по содержанию хлорид-ионов, и, следовательно, вода непригодна для орошения без предварительной очистки. В качестве исключения можно рассматривать коллектор
БГ-МС-4, воды которого можно использовать в оборотном водопотреблении в сочетании с промывными режимами орошения.

Основываясь на полученных результатах исследования химического состава воды в коллекторах, проведем комплексную оценку пригодности воды для повторного использования на орошение сельскохозяйственных земель (таблицы 5, 6).

Таблица 4 - Содержание ионов хлора в воде коллекторов на начало и конец поливного сезона В мэкв/дм³

Таблица 5 - Значения показателей пригодности воды в коллекторах по различным методикам оценки на начало и конец поливного сезона

Таблица 6 - Оценка пригодности воды в коллекторных каналах для орошения по различным методикам

Выводы

Использование воды из открытых коллекторов для орошения возможно после проведения коррекции ее химического состава по хлорид-ионам и ионам натрия. С точки зрения возможности развития процессов магниевого осолонцевания и содообразования данные воды не представляют опасности.

Факторами, обуславливающими установленное качество коллекторно-дренажных вод, являются открытые дрены и коллекторы в земляном русле при отсутствии гидроизоляции от почвогрунта в сочетании с промывными режимами орошения пресной водой из магистрального канала, что способствует рассолению вод в коллекторах.

Открытая гидромелиоративная система может быть реконструирована в оборотную систему полива. С целью корректировки состава воды необходимо конструировать водосборные бассейны вдоль коллекторов для проведения очистки воды и возврата части ее в оросительную систему, а части в коллектор для разбавления дренажно-сбросных вод перед выпуском их в природный водный объект.

Список использованных источников