Управління якістю поливної води на Інгулецькому зрошуваному масиві

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

На правах рукопису

УДК: 626.80: 631.67: 631.95 (477.7)

Автореферат

УПРАВЛІННЯ ЯКІСТЮ ПОЛИВНОЇ ВОДИ НА ІНГУЛЕЦЬКОМУ ЗРОШУВАНОМУ МАСИВІ

06.01.02 - сільськогосподарські меліорації

ВОЛОЧНЮК ЄВГЕНІЙ ГЕОРГІЄВИЧ

Херсон - 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Херсонському державному аграрному університеті, Міністерство аграрної політики України.

Науковий керівник:

Морозов Володимир Васильович, кандидат сільськогосподарських наук, доцент, заслужений працівник народної освіти України, Херсонський державний аграрний університет, проректор, завідуючий проблемної науково-дослідної лабораторії еколого-меліоративного моніторингу.

Офіційний опонент:

Міхеєв Євген Костянтинович, доктор сільськогосподарських наук, професор, Херсонський державний аграрний університет, професор кафедри економічної кібернетики.

Офіційний опонент:

Жовтоног Ольга Ігорівна, доктор сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник, Інститут гідротехніки і меліорації УААН, заступник директора з наукової роботи, завідуюча лабораторії еколого-меліоративного моніторингу.

Провідна установа: Інститут землеробства південного регіону УААН, відділ агрохімії і меліоративного грунтознавства, м. Херсон.

Захист відбудеться 28.11.2003 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д. 67.830.01 в Херсонському державному аграрному університеті за адресою: 73006, м. Херсон, вул. Р. Люксембург, 23, Херсонський державний аграрний університет.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці університету:

73006, м. Херсон, вул. Р. Люксембург, 23, ХДАУ.

Автореферат розісланий 28.10.2003 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор сільськогосподарських наук, доцент Базалій В.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На Інгулецькому зрошуваному масиві сформувалась особливо складна екологічна ситуація, що зв'язана із забрудненням р. Інгулець, яка використовується для транзитних пропусків високомінералізованих стічних вод Криворізького гірничорудного басейну. Якість поливної води у магістральному каналі Інгулецької зрошувальної системи формується шляхом змішування води річок Інгулець та Дніпро і залежить від співвідношення їх витрат, на що впливають: режим роботи головних насосних станцій, кліматичні та антропогенні умови.

Простежується постійне зростання забруднення р. Інгулець іонами хлору, натрію та іншими шкідливими речовинами, вміст яких перевищує допустимі норми у 3-5 і більше разів. В останні роки водозабір до зрошувальної системи скоротився, що у поєднанні зі зменшенням часу роботи головних насосних станцій у вегетаційний період ускладнює ситуацію щодо формування якості поливної води, значно погіршує еколого-меліоративний стан зрошуваних ґрунтів, знижує ефективність зрошуваного землеробства.

Таким чином, в умовах Інгулецького зрошуваного масиву виникає потреба в розробці системи науково-обґрунтованих меліоративних заходів, що спрямовані на покращення якості поливної води, підвищення родючості ґрунтів і урожайності сільськогосподарських культур.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проведені відповідно до програми комплексної науково-дослідної теми за завданням Мінагрополітики України № 20/4 "Розробити і впровадити проект еколого-безпечних, ресурсозберігаючих агромеліоративних заходів підвищення продуктивності підтоплених і засолених земель в Причорноморський зоні України" на 1997-2001 рр., № держреєстрації 0199U003598.

Мета і задачі дослідження. Мета досліджень полягає в розробці наукового обґрунтування системи управління якістю поливної води на Інгулецькому зрошуваному масиві для підвищення родючості грунтів і урожайності сільськогосподарських культур.

Задачі досліджень:

- вивчити особливості формування якості поливної води в умовах Інгулецької зрошувальної системи;

- оцінити вплив різних факторів на формування якості поливної води;

- розробити моделі прогнозування показників якості поливної води;

- обґрунтувати систему меліоративних заходів, що забезпечують покращення умов формування поливної води і ґрунтів і розробити рекомендації щодо управління її якістю.

Об'єктом досліджень є процес управління якістю поливної води на Інгулецькому зрошуваному масиві при різних умовах її формування.

Предмет досліджень - умови, фактори і режими формування якості поливної води на Інгулецькому зрошуваному масиві.

Методи досліджень. При виконанні дисертаційної роботи використані польові, лабораторні, модельні та аналітичні методи досліджень, методи системного, дисперсійного, кореляційного, кластерного аналізів та математичного моделювання (Доспєхов Б.А., Лисогоров С.Д., Ушкаренко В.О., Скрипніков А.Я., Медведєв В.В., Болдирєв А.И., Балюк С.А., Курицький Б.Я. та ін.).

Наукова новизна і наукове значення одержаних результатів. Розроблена науково-обґрунтована система управління якістю поливної води на Інгулецькому зрошуваному масиві, в основу якої покладені системні принципи формування якості зрошувальної води на басейновому та локальному рівнях і оптимізація режимів роботи головних насосних станцій. Розроблена система розкриває закономірності і особливості формування поливної води при різних кліматичних та антропогенних умовах, обґрунтовані мінімальні витрати насосних станцій, які забезпечують покращення якості поливної води в різні за водністю роки.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що розроблені рекомендації забезпечують покращення іригаційних показників якості води Інгулецької зрошувальної системи і впроваджуються в гідромеліоративну практику при експлуатації системи та веденні еколого-меліоративного моніторингу, сприяють покращенню гідрогеолого-меліоративного стану і підвищенню родючості зрошуваних ґрунтів та урожайності сільськогосподарських культур.

Особистий внесок здобувача. Автор приймав безпосередню участь у проведенні польових і лабораторних досліджень, в зборі, аналізі літературних та фондових матеріалів, проведенні статистико-математичного аналізу результатів досліджень. Основні наукові положення, розроблені моделі та висновки отримані і сформульовані дисертантом. У загальному обсязі досліджень на долю автора припадає 82 % експериментального матеріалу.

Апробація результатів дисертації. Матеріали досліджень та основні положення дисертації доповідались на науково-практичних конференціях Херсонського ДАУ (2001-2003 рр.), Міжнародних науково-практичних конференціях (м. Дніпропетровськ, 2002, 2003 рр.), на VI Міжнародному з'їзді ґрунтознавців і агрохіміків України (м. Умань, 2002 р.), на засіданні круглого столу Кабінету Міністрів України (м. Херсон, 2003 р.), на Херсонській обласній нараді із питань меліорації (м. Каховка, 2003 р.), на засіданні круглого столу "Проблеми управління екологічною ситуацією" (м. Херсон, 2003 р.), Міжнародній науково-технічній конференції (м. Херсон, 2003), Всесвітньому консорціумі вищої аграрної науки і освіти (м. Київ, 2003).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані у 10 статтях, із них 8 у наукових фахових виданнях та 2 в матеріалах і тезах конференцій.

Об'єм та структура роботи. Дисертація складається із вступу, основної частини із 6 розділів, висновків, списку використаної літератури та додатків. Повний обсяг роботи 248 стор., в т. ч. у розділах основної частини 36 таблиця і 73 рисунків, у додатку знаходиться 6 таблиць, 56 рисунок та 4 довідки. Список використаних літературних джерел налічує 270 найменувань.

ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ШЛЯХІВ УПРАВЛІННЯ ЯКІСТЮ ПОЛИВНОЇ ВОДИ ІНГУЛЕЦЬКОЇ ЗРОШУВАЛЬНОЇ СИСТЕМИ

Якість поливної води на ІЗС формується шляхом змішування вод річок Дніпро та Інгулець. Вона залежить від процентного співвідношення їх витрат, на яке впливають стік р. Інгульця, режим роботи головних насосних станцій (ГНС) Інгулецької та Явкінської і кліматичні умови (атмосферні опади, дефіцит вологості тощо), промислові та комунальні скиди. Річка Інгулець використовується для транзитного пропуску високомінералізованих вод Криворізького гірничорудного басейну (КГРБ), мінералізація її води в лютому-березні сягає 4,7-6,7 г/л із вмістом натрію 57,4-74,3 % від суми катіонів, хлору - 35,0-72,4 % від суми аніонів. Весною з метою очищення русла річки та підготовки його до зрошувального сезону проводиться санітарна промивка русла на ділянці Кривий Ріг - гирло р. Інгулець водою водосховищ КГРБ. Це знижує мінералізацію річкової води в квітні до 0,6-1,2 г/л, зменшуються концентрації іонів хлору в 2,5-10 разів, сульфатів - в 2-2,5 рази, частки іонів натрію від суми кальцію та магнію до 53,1-63,6 %. Згідно проекту ІЗС, в Інгулецький магістральний канал (ІМК) подається змішана дніпровська та інгулецька вода у співвідношенні 75-80 % та 20-25 % відповідно. Фактично для зрошення подається вода зі значно більшою часткою р. Інгулець. Постійно поливна вода вміщувала значну кількість хлоридів та натрію. У теперішній час вміст хлоридів та загальної мінералізації зрошувальної води перевищує проектне у 2,0-3,0 рази. Якість води в ІЗС залежить від ступеню змішування вод річок, від гідрохімічного режиму і водного балансу джерела - донора (р. Інгулець) та гідрологічного режиму ІМК.

Інгулецька зрошувальна система є унікальним комплексом за формуванням якості води, функціонування якого можливо представити у вигляді "чорної скрині" (рис. 1). Доцільне припущення, що регулювання якості поливної води на Інгулецькому зрошуваному масиві (ІЗМ) можливо досягти на макро (басейнове регулювання стоку р. Інгулець) та мікрорівнях (режим роботи головних насосних станцій). Ландшафтний підхід до меліорації ґрунтів ІЗМ через покращення якості поливної води в умовах ІЗС за рахунок регулювання режиму роботи ГНС вперше висловили к. с. -г. н. Морозов В.В. та к. т. н. Нежлукченко В.М. (1988).

Рис. 1. Схема формування якості поливної води на ІЗС: Y - якість води в магістральному каналі; Х ₁, Х ₂ - якість та витрати джерел зрошення (річок Дніпро та Інгулець); U - організовані фактори, що впливають на якість води в ІМК (враховані при дослідженнях); Z - неорганізовані фактори формування якості води

В перші десятиріччя експлуатації ІЗС працювала в умовах гарантованого енергопостачання, а методи управління зрошенням були зорієнтовані на водозабір та водорозподіл на основі сезонних планів водокористування, розроблених для середньопосушливого року 75 % забезпеченості. Сучасна концепція екологічно-безпечних меліорацій включає високу культуру землеробства, адаптивність агромеліоративних заходів для конкретних агроландшафтів, подальшого впровадження регіонального та національного еколого-меліоративного моніторингу земель (Медведєв В.В., 1992, Коваленко П.І., Жовтоног О.І., 1999, 2001, Драчинська Е.С., Блохіна Н.М., Шевченко А.М., 1996, Морозов В. В, 2002). Концепція враховує особливості функціонування природно-агромеліоративної системи на кожному із її ієрархічних рівнів: агрокультурному, господарському та агроландшафтному (міжсистемному). Для реалізації зазначених принципів та вимог на ІЗМ необхідне удосконалення існуючих методів планування та функціонування, до яких належать розвиток критеріальних основ управління, визначення та формування бази нормативних параметрів різних умов функціонування водогосподарського комплексу, коригування параметрів моделей природних комплексів та стратегії функціонування водогосподарського комплексу, поширення та удосконалення інформаційної бази планування функціонування зрошувальної системи (Моисеев Н.Н., 1987, Михеев Е.К., 1995, Ушкаренко В.О., Міхеєв Є.К., 1999, 2001).

ОБ'ЄКТ, УМОВИ І МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідженнями умов формування якості поливної води на ІЗМ охоплений період з 1973 по 2001 рік, а детально 1973, 1974, 1985, 1986, 1996-2001 роки. Найпосушливим був 1996 р., коли забезпеченість атмосферними опадами становила 71 % на рік, за вегетаційний період (під час роботи ГНС) - менше 81 %. Найбільша кількість атмосферних опадів відмічалась у 1997, 1998 рр., забезпеченість опадами у ці роки становила відповідно 1 % та 20 %. Вивчення формування хімічного складу води джерел зрошення ІЗС проводилась на протязі 1996-2001 рр. Зразки поливної води відбиралися один раз за декаду в голові магістрального каналу в період роботи ГНС. По руслу р. Інгулець використовувалися два стаціонарних створи. Створ біля с. Андріївка розташований на 180 км вище водозабору з метою дослідження гідрологічного та гідрохімічного режимів р. Інгулець. Другий створ - біля с. Дар'ївка на відстані 63 км нижче за течією від ГНС. Враховуючи, що нижче водозабору русло виконує роль "анти-річки", відбір проб проводився під час роботи ГНС. Для порівняння використані матеріали відомчої лабораторії УК ІЗС та проблемної лабораторії еколого-меліоративного моніторингу ХДАУ. Вплив тривалого зрошення на темно-каштанові ґрунти із різною агротехнікою вирощування сільськогосподарських культур вивчався на землях агрофірми "Лиман" Білозерського району Херсонської області. Для дослідження впливу тривалого зрошення на властивості темно-каштанового ґрунту використано метод ґрунтових ключів (Золотун В.П., 1973, Глухова Т.П., 1977, Остапов В.И., Сафонова Е.П., 1956). Динаміка вторинного засолення та осолонцювання ґрунтів в цілому на ІЗМ оцінювалась за матеріалами звітів Управління каналами ІЗС, урожайності сільськогосподарських культур на зрошуваних землях - за звітами Управління каналами ІЗС та Херсонського обласного управління сільського господарства і сільськогосподарських підприємств. Спостереження і дослідження виконані відповідно загальноприйнятих методик (Доспєхов Б.А., 1979, Аринушкина Е.В., 1970, Базилевич Н.И., Панкова Е.И., 1968 та ін.). При обробці одержаних даних використані методи математичної статистики, дисперсійний аналіз, методи кореляції і регресії (Ушкаренко В.О., 1978, Ушкаренко В.А., Скрипников А.Я., 1988 та ін.). Математична обробка результатів дослідів виконувався методом дисперсійного та кореляційного аналізів за методиками Доспехова Б.А., 1979, Дмітрієва Е.А., 1972, Мармози А.Т., 1990 та інших. Розрахунки і моделювання проводилися за допомогою ПЕОМ (програм пакетів Microsoft Office, Mathcad, Statistica та ін.).

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ 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 становило 11,27 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 у 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 у (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 у - 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 м ³/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 у 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 у - 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 ґрунтів впливає загальне підвищення вмісту натрію у поливній воді. Це викликає 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. поливна вода інгулець зрошувальна

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 ґрунту. 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.

ІНФОРМАЦІЙНО-СТАТИСТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ПРИРОДНИХ ТА АНТРОПОГЕННИХ ФАКТОРІВ НА ФОРМУВАННЯ ЯКОСТІ ЗРОШУВАЛЬНОЇ ВОДИ

Дослідженнями встановлено, що загальна мінералізація води у МК ІЗС прямо пропорційна концентрації іону хлору та відповідає лінійній моделі (рис. 4).

Рис. 4. Залежність загальної мінералізації від вмісту іонів хлору у воді МК ІЗС

Коефіцієнт детермінації (R²) за 1997-2001 роки коливався від 91,4 до 96,6 %. В період 1996-2001 рр. відмічено зростання коефіцієнта детермінації між іонами до 90-98 % та параметрів рівнянь. Особливо посилився зв'язок між вмістом іонів кальцію та вмістом хлоридів (від 0,312 до 0,770 за коефіцієнтом детермінації).

Взаємозв'язок параметрів якості поливної води із природними умовами. При аналізі взаємозв'язку між хлоридами та загальною мінералізацією води в ІМК виявлено зменшення значень коефіцієнта детермінації від 91,6-92,0 % у багатоводні до 77,3 % у маловодні роки (рис. 5). Значення коефіцієнта а 1 у маловодні роки також знижується до 76,282 порівняно із роками іншої забезпеченості. Дослідженнями визначений вплив витрат ГНС та хлоридів у р. Інгулець на вміст хлоридів у ІМК в залежності від водності року. По мірі зростання водності року вплив організованих факторів на вміст хлоридів в ІМК суттєво зменшується. Визначено, що найбільша частка впливу належить взаємодії факторів. Частка організованих факторів коливалось від 39,6 % у маловодні до 8,4 % у багатоводні.

МЕЛІОРАТИВНІ ЗАХОДИ ДЛЯ ПОКРАЩЕННЯ УМОВ ФОРМУВАННЯ ПОЛИВНОЇ ВОДИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО УПРАВЛІННЮ ЇЇ ЯКОСТІ

Вплив режиму роботи ГНС в різні за забезпеченістю атмосферними опадами роки на показники якості поливної води. При аналізі динаміки мінералізації зрошувальної води в ІМК в залежності від витрат ГНС виявлено, що загальна тенденція відповідає ступеневій залежності та взаємозв'язана із забезпеченістю вегетаційного періоду атмосферними опадами (рис. 6). Найменша мінералізація води в ІМК забезпечується у маловодні роки, при роботі 1-2 насосних агрегатів ГНС. Для забезпечення в ІМК мінералізації води, що менше 0,7 г/л необхідна робота 7-9 насосних агрегатів, 0,7-0,8 г/л - 5-6. Мінералізація 1,0 г/л в середні та маловодні роки забезпечується роботою не менше як 3-ма агрегатами, а в багатоводні - 5-6. Концентрація хлоридів до 3 мекв/л на ІЗС може забезпечуватись роботою не менше 9 насосних агрегатів. Роботою 3-4-х насосних агрегатів вміст хлоридів підтримується на рівні 6-9 мекв/л, 2-х - 8-12, 1-го - 10-16 мекв/л у різні за водністю роки. В сучасних умовах функціонування ІЗС 1-й клас якості зрошувальної води (ДСТУ 2730-94) за концентрацією хлоридів фактично не досягається. Другий клас придатності забезпечується у багато - та маловодні роки роботою більше 2-х насосних агрегатів, в середні роки - 1-го.

Рис. 6. Залежність мінералізації в ІМК від витрат ГНС

Значення коефіцієнта небезпеки щодо осолонцювання ґрунтів за ДСТУ 2730-94 у різні за забезпеченістю атмосферними опадами вегетаційні періоди змінюються в межах 40-60 %, така вода відноситься до другого класу. В маловодні роки значення цього коефіцієнта максимально наближує поливну воду до першого класу небезпеки щодо осолонцювання ґрунтів при роботі 9-х насосних агрегатів. За коефіцієнтами небезпеки щодо осолонцювання ґрунтів лише в маловодні роки та при витратах до системи 49,5 м ³/с якість поливної води рідко наближається до першого класу. При проведенні поливів в сучасних умовах необхідне суцільне проведення хімічних меліорацій ґрунтів та поливної води. Системний підхід до управління роботою ГНС ІЗС з урахуванням закономірностей та особливостей формування якості води на басейновому ландшафтно-меліоративному рівні дозволяє зменшити антропогенний вплив зрошення на агроландшафт, витрати при проведенні хімічних меліорацій ґрунтів та поливної води, забезпечити середню урожайність основних сільськогосподарських культур на рівні: озима пшениця - 4,6-5,2 т/га, кукурудза на зерно - 4,1-6,2 т/га, люцерна - 38,5-43,2 т/га, кормові коренеплоди - 50,9-87,3 т/га.

Економічна ефективність результатів дослідження складається з ефектів від: покращення якості поливної води ІЗС, що впливає на збереження та підвищення родючості зрошуваних ґрунтів, покращення їх екологічного стану, зменшення витрат на внесення хімічних меліорантів, підвищення урожайності сільськогосподарських культур, покращення якості питної води м. Миколаєва і зменшення витрат на її очищення. Сумарний розрахунковий річний економічний ефект від впровадження розроблених меліоративних заходів на площі 24,9 тис. га. ІЗМ складає 28,2 млн. грн., що дорівнює 1132 грн/га.

ВИСНОВКИ

1. Джерело зрошення Інгулецької зрошувальної системи р. Інгулець характеризується нестаціонарними гідрологічним та гідрохімічним режимами, які зв'язані з антропогенним впливом Кривбасу та р. Дніпро. Скидання промислових вод Кривбасу в р. Інгулець значно підвищує мінералізацію та погіршує хімічний склад води, підвищує нестаціонарність іригаційних індексів. У вегетаційний період на ділянці Кривий Ріг - ГНС, інгулецька вода формується виключно за рахунок ненормованого скидання стічних вод та санітарного попуску витрат із Карачунівського водосховища. Вода р. Інгулець за меліоративними показниками непридатна для зрошення без її меліорації. На ділянці дельта річки Інгулець - ГНС до аванкамери головних насосних станцій надходить дніпровська вода відносно стабільної доброї якості. Сучасне фактичне змішування дніпровської та інгулецької води в Інгулецькому магістральному каналі не відповідає вимогам проекту ІЗС. Поливи проводяться водою другого та третього класу придатності за ДСТУ 2730-94.

2. Дослідженнями визначений якісний вплив р. Інгулець на формування поливної води у магістральному каналі ІЗМ. На якість зрошувальної води суттєво впливають: хлориди води р. Інгулець (11,5 %), витрати (21,3 %), режим роботи ГНС (21,3 %), а також фактори взаємодії витрат та хлоридів (39,6 %), витрат р. Інгулець та ГНС (39,6 %), хлоридів та витрат ГНС (53,2 %). У цілому формування якості поливної води в умовах Інгулецького масиву можна вважати нестійким і дуже чутливим до зміни факторів впливу. За експрес-показник якості зрошувальної води ІЗС в системі еколого-меліоративного моніторингу доцільно вважати хлориди, тому що вони мають тісний кореляційний зв'язок із усіма іригаційними показниками.

3. Розроблена науково обґрунтована система управління якістю поливної води на Інгулецькому зрошуваному масиві, в основу якої покладені системні принципи формування зрошувальної води на басейновому та локальному рівнях і оптимізація режимів роботи ГНС. Система меліоративних заходів спирається на закономірності і особливості формування поливної води при різних кліматичних та антропогенних умовах, обґрунтовані мінімальні витрати насосних станцій, які забезпечують покращення якості поливної води в різні за водністю роки.

4. Важливим фактором формування якості поливної води ІЗС є забезпеченість (Р) атмосферними опадами (А) вегетаційного періоду: в період малої водності (А < 220 мм, Р > 66 %) вплив організованих факторів (гідрологічний та гідрохімічний режим р. Інгулець, режим роботи ГНС) складають 66 %, в середні за водністю періоди (А = 220-290 мм, Р = 33-66 %), організовані фактори - 45 %, у багатоводні періоди (А > 290 мм, Р < 33 %) вплив організованих факторів 11 %. У вегетаційні періоди великої забезпеченості атмосферними опадами антропогенний вплив на р. Інгулець зменшується на 12 % порівняно з роками малої забезпеченості.

5. При довгостроковому зрошенні слабомінералізованими водами хлоридно-натрієвого складу в умовах темно-каштанових ґрунтів Інгулецького зрошуваного масиву відбуваються процеси накопичення легкорозчинних солей. Трансформація іонно-сольового складу при тривалому зрошенні спрямована у бік вилуговування катіонів кальцію та накопичення іонів натрію, що зменшує їх відношення та посилює інтенсивність солонцевого процесу. Особливо цей процес простежується на масиві при тривалому зрошенні без включення до сівозміни багаторічних трав, у ґрунтах підвищується вміст сульфатів та хлоридів. Зрошуваний ґрунт характеризується гіршими фізико-хімічними властивостями у порівнянні з незрошуваними. Він має більшу щільність складання і меншу порозність, в ньому підвищується вміст фізичної глини, що вказує на посилення процесів внутришньогрунтового вивітрювання та руйнування первинних мінералів і необхідність меліорації поливної води.

6. Рекомендується для забезпечення в Інгулецькому магістральному каналі мінералізації зрошувальної води 0,9-1,1 г/л у маловодні роки робота 1-2 насосних агрегатів ГНС. Мінералізація води 1,0 г/л у середні та маловодні роки забезпечується роботою не менше як 3-х агрегатів, а в багатоводні - 5-6. Для забезпечення мінералізації води, що менша за 0,7 г/л, рекомендується робота 7-9 насосних агрегатів, а 0,7-0,8 г/л - 5-6. Характерною особливістю формування мінералізації води в ІМК є те, що при роботі одного насосного агрегату в середні за забезпеченістю атмосферними опадами роки відзначаються менші її значення, ніж у маловодні. Концентрація хлоридів до 3 мекв/л на ІЗС може забезпечуватись роботою не менше ніж 9 насосних агрегатів. Роботою 3-4-х насосних агрегатів вміст хлоридів підтримується на рівні 6-9 мекв/л, 2-х - 8-12, 1-го - 10-16 мекв/л у різні за водністю роки.

7. Для формування відповідної якості поливної води в Інгулецькому магістральному каналі найбільш несприятливими є багатоводні роки, коли мінералізації 1 г/л можна досягти лише при роботі 6 насосних агрегатів; у середні за водністю роки її можна забезпечити роботою 3-4, а в маловодні - 2 агрегатів. У сучасних умовах 1-й клас якості зрошувальної води (ДСТУ 2730-94) за концентрацією хлоридів на Інгулецькій зрошувальній системі фактично не досягається. Для забезпечення другого класу придатності води для зрошення рекомендується у багато - та маловодні роки робота більше ніж 2-х насосних агрегатів, у середні - 1-го насосного агрегату.

8. Результати досліджень є теоретичним обґрунтуванням та базою даних і моделей для впровадження інформаційних технологій управління якістю поливної води ІЗС і стану ґрунтів в практику еколого-меліоративного моніторингу. Сумарний розрахунковий річний економічний ефект від впровадження комплексу розроблених меліоративних заходів на площі 24,9 тис. га Інгулецької, Спаської та Явкінської зрошувальних систем складає 28,2 млн. грн., що дорівнює 1132 грн/га.

1. Волочнюк Є.Г. Формування якості води Інгулецької зрошувальної системи // Таврійський науковий вісник - Херсон, 2002. - №21. - С. 130-133.

2. Мелашич А.В., Сафонова О.П., Морозов В.В., Волочнюк Є.Г. Покращення еколого-меліоративного стану зрошуваних ландшафтів // Стан і напрямки високоефективного використання зрошуваних земель. - Херсон, Колос, 2002. - С. 12-15 (аналітичний огляд, польові досліди).

3. Морозов В.В., Волочнюк Є.Г. Формування якості зрошувальної води та її вплив на еколого-меліоративний стан агроландшафту Інгулецької зрошувальної системи // Таврійський науковий вісник: Збірник наукових праць. Додаток до вип. 21. - Херсон: Айлант, 2002. - С. 18 (польові і лабораторні досліди).

4. Морозов В.В., Волочнюк Є.Г. Екологічні аспекти управління якістю поливної води Інгулецької зрошувальної системи. Материалы XIV международной научной конференции // Таврийский научный вестник. Приложение к спец. изданию. - Херсон, 2002. - Вып. 21. - С. 48-52 (польові досліди, аналітична робота).

5. Морозов В.В., Ушкаренко В.О., Волочнюк Є.Г. Формування водно-сольового режиму темно-каштанових грунтів під впливом тривалого зрошення та дренажу // Агрохімія і ґрунтознавство: Ґрунтознавство та агрохімія на шляху до сталого розвитку України. - Харків, 2002. - С. 17-21 (польові досліди, аналізи ґрунту).

6. Морозов В.В., Нежлукченко В.М., Волочнюк Є.Г. Нестаціонарність формування якості води в магістральному каналі Інгулецької зрошувальної системи // Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції "Динаміка наукових досліджень". Том 17. Екологія і охорона навколишнього середовища. - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2002. - С. 30-33 (хімічні аналізи води, розрахунки, моделювання).

7. Морозов В.В., Нежлукченко В.М., Волочнюк Є.Г. Вплив водності вегетаційного періоду на формування якості зрошувальної води в Інгулецькому магістральному каналі // Таврійський науковий вісник - Херсон, 2003. - №25. - С. 140-145 (розрахунки, моделювання, висновки).

8. Морозов В.В., Сафонова О.П., Волочнюк Є.Г. Екологічні проблеми зрошення водою р. Інгулець, забрудненої стоками Криворізького гірничорудного басейну // Вісник Дніпропетровського державного аграрного університету. - Дніпропетровськ, 2003. - С. 59-63 (польові досліди, хімічні аналізи води та ґрунту, аналітична робота, висновки).

9. Волочнюк Є.Г. Наукове обґрунтування і рекомендації по управлінню якістю поливної води на Інгулецькому зрошуваному масиві / Під ред. В.В. Морозова. - Херсон: РВЦ ХДАУ "Колос", 2003. - 28 с.

10. Волочнюк Є.Г. Аналіз динаміки показників якості поливної води Інгулецької зрошувальної системи // Таврійський науковий вісник - Херсон, 2003. - №27. - С. 187-191.

АНОТАЦІЯ

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

Дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.02 - сільськогосподарські меліорації. - Херсонський державний аграрний університет, Херсон, 2003.

Досліджені умови і фактори формування якості поливної води Інгулецької зрошувальної системи. Дана оцінка впливу на якість води основних факторів: гідрологічного та гідрохімічного режимів р. Інгулець, витрат головних зрошувальних насосних станцій, забезпеченості вегетаційного періоду атмосферними опадами, розроблені відповідні моделі. Обґрунтована система меліоративних заходів, що забезпечують покращення умов формування поливної води і розроблені рекомендації щодо управління її якістю регулюванням роботи головних насосних станцій із врахуванням водності року. Покращення якості поливної води Інгулецької зрошувальної системи впливає на збереження та підвищення родючості зрошуваних темно-каштанових ґрунтів та чорноземів південних, покращення їх екологічно стану, зменшення витрат на хімічні меліоранти, підвищення урожайності сільськогосподарських культур.

Ключові слова: зрошення, вода, іригаційні показники, управління якістю води, ґрунт, родючість, прогнозування.

THE SUMMARY

Thesis for a Candidate's degree (Agriculture) in the major 06.01.02. - Agricultural Amelioration. - Kherson State Agrarian University, Kherson, 2003.

Conditions and factors responsible for the formation of irrigation water of the Ingulets irrigation system have been studied. Main factors influencing the water quality were evaluated: hydrologic and hydrochemical regimes of the Ingulets river, head irrigation water pump plants discharge, rainfall amount during the Vegetation period. The corresponding models were worked out.

The system of ameliorative measures ensuring the improvement of water formation conditions was substantiated. Recommendations as to the water quality control by means of regulating head water pumps performance, taking into consideration seasonal rainfall, were made. The improvement of water quality of the Ingulets irrigation system has an impact on fertility increase and its preservation in irrigated dark chestnut and southern black soils, favors their ecological state, helps to reduce chemical ameliorants application, contributes to an increase in crops yielding capacity.

Key words: irrigation, water, irrigation indices, water quality control, soil, fertility, prognosis.

АННОТАЦИЯ

Волочнюк Е.Г. Управление качеством поливной воды на Ингулецком орошаемом массиве. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.01.02 - сельскохозяйственные мелиорации. Херсонский государственный аграрный университет. - Херсон, 2003.

Качество поливной воды в магистральном канале Ингулецкой оросительной системы, формируется путем смешивания воды рек Ингулец и Днепр, зависит от соотношения их расходов и находится под влиянием режима работы головных насосных станций (ГНС), климатических и антропогенных условий. Прослеживается постоянное увеличение загрязнения р. Ингулец ионами хлора, натрия и другими вредными веществами, концентрации которых превышают допустимые нормы в 3-5 и более раз. В последние годы водозабор в оросительную систему сократился, что усложнило условия формирования качества поливной воды, ухудшает мелиоративное состояние орошаемых почв, снизило эффективность орошаемого земледелия. Обоснована система управления качеством поливной воды на Ингулецком орошаемом массиве для повышения продуктивности темно-каштановых почв и черноземов южных при различных климатических и антропогенных условиях, а также минимальных расходах ГНС, которые обеспечивают улучшение качества поливной воды в разные по обеспеченности атмосферными осадками вегетационные периоды. Установлено, что фактическое смешивание ингулецкой и днепровской воды в Ингулецком магистральном канале не соответствует требованиям проекта Ингулецкой оросительной системы. Поливы проводятся водой второго и третьего класса по ДСТУ 2730-94. На качество оросительной воды существенно влияют: хлориды воды р. Ингулец (11,5 %), расходы (21,3 %), режим работы головных насосных станций (21,3 %), а также факторы взаимодействия расходов и хлоридов р. Ингулец (39,6 %), расходов р. Ингулец и ГНС (39,6 %), хлоридов р. Ингулец и расходов ГНС (53,2 %). В целом система формирования качества поливной воды в условиях Ингулецкого массива неустойчивая и очень чувствительная к изменению факторов влияния. За экспресс-показатель качества оросительной воды Ингулецкой оросительной системы при осуществлении эколого-мелиоративного мониторинга приняты хлориды, в связи с их тесной корреляцией со всеми ирригационными показателями. Важным фактором формирования качества поливной воды Ингулецкой оросительной системы является обеспеченность (Р) атмосферными осадками (А) вегетационного периода: в период малой водности (А < 220 мм, Р > 66 %) влияние организованных факторов (гидрологический и гидрохимический режим р. Ингулец, режим работы ГНС) составляют 66 %, в средние по водности периоды (А = 220-290 мм, Р = 33-66 %), организованные факторы - 45 %, в багатоводные периоды (А > 290 мм, Р < 33 %) влияние организованных факторов - 11 %. В вегетационные периоды большой обеспеченности атмосферными осадками антропогенное влияние на р. Ингулец уменьшается на 12 % по сравнению с годами малой обеспеченности. При длительном орошении водой из Ингулецкого магистрального канала наблюдается выщелачивание катионов кальция и накопление ионов натрия, что уменьшает их соотношение и усиливает интенсивность процесса осолонцевания. Орошаемые почвы характеризуются худшими физико-химическими свойствами по сравнению с неорошаемым, наблюдается устойчивое снижение урожайности сельскохозяйственных культур. Характерной особенностью формирования минерализации воды в Ингулецком магистральном канале является то, что при работе одного насосного агрегата в средние по обеспеченности атмосферными осадками годы отмечаются меньшие ее значения, чем в маловодные. Концентрация хлоридов до 3 мекв/л может обеспечиваться работой не менее 9 насосных агрегатов. Расходом 3-4 насосных агрегатов ГНС содержание хлоридов поддерживается на уровне 6-9 мекв/л, 2-х - 8-12, 1-го - 10-16 мекв/л в различные по водности годы.

Суммарный расчетный годовой экономический эффект от внедрения разработанных мелиоративных мероприятий на площади 24,9 тис. га на Ингулецкой, Спасской и Явкинской оросительных системах составляет 28,2 млн. грн., что равно 1132 грн/га.

Ключевые слова: орошение, вода, ирригационные показатели, управление качеством воды, почва, плодородие, прогнозирование.

Размещено на Allbest.ru