Методические положения по разработке укрупненных норм водопотребления и водоотведения в орошаемом земледелии

Кван Р.А., Парамонов А.И., Цхай М.Б., Калдарова С.М.

ТОО «Казахский научно-исследовательский институт водного хозяйства», г. Тараз. Республика Казахстан

Стратегической целью Государственной программой управления водными ресурсами Казахстана, утвержденной 4 апреля 2014г. является обеспечение водной безопасности и устойчивого развития Республики Казахстан (РК), повышение эффективности использования поверхностных и подземных вод на основе внедрения принципов «Интегрированного управления водными ресурсами (ИУВР)», являющихся лучшей международной практикой в сфере водохозяйственного управления.

По земельному балансу в Республике Казахстан числится 3093 тыс. га, в том числе 2123,1 тыс. га регулярного орошения и 866,3 тыс. га лиманного орошения. В настоящее время РК начинает испытывать нехватку водных ресурсов и по проведенным прогнозам к 2040 году может столкнуться с существенным их дефицитом в объеме до 50% от потребности.

Поэтому разработка укрупненных норм и нормативных показателей по водопотреблению и водоотведению в отраслях экономики Республики Казахстан для контроля за рациональным и эффективным использованием водных ресурсов, ведения учета водопотребления и водоотведения является весьма своевременной и актуальной.

Для разработки укрупненных норм водопотребления и водоотведения по регулярному орошению были приняты методические положения, приводимые ниже.

Нормирование регулярного орошения ведущих сельскохозяйственных культур проводится по выделенным природным зонам по увлажненности. При районировании территории республики по природной увлажненности за основу принят коэффициент увлажненности (Ку), определяемый отношением естественной влагообеспеченности за биологически активный период (суммы атмосферных осадков и доступных для растений почвенных запасов влаги) к испаряемости за тот же период.

По значениям коэффициента увлажненности с учетом природно-географических особенностей территории республики выделяются агроклиматические зоны (таблица 1).

Таблица 1 - Агроклиматические зоны увлажненности территории Казахстана

Коэффициент увлажненности, Ку	Зоны увлажненности	Соответствующие природные зоны	Шифр	Основные типы почв
> 0,50	умеренно-засушливая	лесостепь	ЛС	выщелоченные черноземы, обыкновенные черноземы
0,50-0,40	засушливая	засушливая степь	ЗС	южные черноземы
0,40-0,30	умеренно-сухая	сухостепная	СС	темно каштановые, типично-каштановые
0,30-0,20	сухая	полупустыня	ПП	светлокаштановые
0,20-0,10	очень сухая	пустыня северная	Пс	бурые, серо-бурые, светлые сероземы
£0,10-0,20		пустыня южная	Пю
0,20-0,30	сухая предгорная	предгорная полупустыня	ПГП	сероземы обыкновенные, темные сероземы
0,30-0,50	засушливая горная	предгорная степь	ПГС	темнокаштановые
> 0,50	умеренно-засушливая и влажная горная	горная степь	ГС	горные типы почв

Схематическая карта районирования территории Казахстана по увлажненности приведена в рисунке 1 (изолинии Ку построены по данным ГМС, расположенным не выше 1000 м над уровнем моря).

Рисунок 1 - Схематическая карта районирования территории Казахстана по увлажненности

На основе агроклиматического районирования территория Казахстана разделена на агроклиматические зоны (таблица1). В пределах агроклиматических зон выделены почвенно-гидрогеологические области:

"а" (автоморфная) - территория с глубоким залеганием грунтовых вод (ниже 3 м), которые не влияют на почвообразование и эвапотранспирацию сельскохозяйственных культур;

"б" (полугидроморфная) - территория с глубиной залегания грунтовых вод 2-3 м, которые оказывают определенное влияние на почвообразовательный процесс и умеренно (до 20%) участвуют в эвапотранспирации сельскохозяйственных культур;

"в" (гидроморфная) - территория с грунтовыми водами на глубине 1-2 м, которые оказывают значительное влияние на почвообразование и существенно (до 80 %) расходуются на эвапотранспирацию сельскохозяйственных культур.

В зависимости от литологического состава почвообразующих пород, глубины залегания грунтовых вод, почвы группируются в девять гидромодульных районов, характеристика которых приводится в таблице 2.

Таблица 2 - Показатели гидромодульных районов

ГМР	Характеристика почв
Автоморфные (УГВ>3м)
I	Маломощные различного гранулометрического состава на песчано-галечниковых отложениях и на гипсах, а также песках
II	Среднемощные, слабокаменистые, разные по гранулометрическому составу на песчано-галечниковых отложениях и гипсах, мощные супесчаные и легко-суглинистые
III	Мощные средне - и тяжелосуглинистые, глинистые
Полугидроморфные (УГВ - 2-3м)
IV	Мощные, песчаные и супесчаные, а также мало- и среднемощные разного гранулометрического состава
V	Мощные, легко- и среднесуглинистые однородные, тяжелосуглинистые, облегчающиеся к низу
VI	Мощные, тяжелосуглинистые и глинистые плотные, однородные, разные по гранулометрическому составу, слоистые по строению
Гидроморфные (УГВ - 1-2 м)
VI1	Мощные, песчаные и супесчаные, а также мало и среднемощные разного гранулометрического состава
VIII	Мощные и легко-среднесуглинистые однородные, тяжелосуглинистые, облегчающиеся к низу
IX	Мощные, тяжелосуглинистые и глинистые плотные, однородные, разные по гранулометрическому составу, слоистые по строению.

Величина оросительной нормы (М_{бр.поля}), учитывающая почвенно-мелиоративные и гидрогеологические условия, потери воды на поле в процессе полива, устанавливается по следующей зависимости:

где: M_бp.поля - оросительная норма брутто-поля, обеспечивающая мелиоративное благополучие на орошаемых землях, м³/га; М_о - оросительная норма - нетто на незасоленных почвах при глубоком (> 3,0 м) залегании грунтовых вод, м³/га; ЕТ_сгор - суммарное водопотребление (эвапотранспирация) сельскохозяйственных культур, м^/ra; К_г - коэффициент допустимого использования грунтовых вод на субирригацию; К_м - коэффициент учитывающий степень засоления и солеотдачи почв зоны аэрации; К_пв - коэффициент потерь воды на поле

Поправочный коэффициент (К_г) учитывает величину допустимого участия грунтовых вод в эвапотранспирации (таблица 3). Количественные показатели устанавливаются на основе обобщения научных разработок и производственного опыта. При определении объемов использования грунтовых вод на эвапотранспирацию (субирригацию) применяют критерии стабилизации солевого режима почв, т.е. размеры выноса солей фильтрационными водами (поливы, осадки) должны соответствовать уровню сезонного соленакопления в почвах. Объемы использования пресных грунтовых вод (< 1г/л) на эвапотранспирацию регламентируются глубиной их залегания и водно-физическими свойствами почв. Пределы ограничений по использованию минерализованных грунтовых вод на эвапотранспирацию определяются степенью их засоления. Поэтому размеры оросительных норм должны устанавливаться с учетом допустимого использования грунтовых вод (К_г) на эвапотранспирацию.

Таблица 3 – Значения коэффициента допустимого использования грунтовых вод на эвапотранспирацию (субирригацию) (К_г)

Минерализация грунтовых вод, г/л	Глубина грунтовых вод, м	Эвапотранспирация, тыс.м^3/га
		3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	>9
тяжелые почвы
1-3	1,0-2,0	0,35	0,37	0,39	0,41	0,43	0,44	0,45
	2,0-3,0	0,23	0,25	0,27	0,29	0,31	0,32	0,33
	>3,0	0,02	0,04	0,06	0,07	0,08	0,09	0,10
3-5	1,0-2,0	0,15	0,16	0,17	0,18	0,19	0,20	0,21
	2,0-3,0	0,18	0,19	0,20	0,21	0,22	0,23	0,24
	>3,0	0,02	0,04	0,06	0,07	0,08	0,09	0,10
5-7	1,0-2,0	0	0	0	0,02	0,03	0,04	0,05
	2,0-3,0	0	0	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06
	>3,0	0	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07
1-3	1,0-2,0	0,38	0,40	0,42	0,44	0,46	0,47	0,48
	2,0-3,0	0,21	0,23	0,25	0,27	0,29	0,30	0,31
	>3,0	0	0	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06
3-5	1,0-2,0	0,16	0,17	0,18	0,19	0,20	0,21	0,22
	2,0-3,0	0,19	0,20	0,21	0,22	0,23	0,24	0,25
	>3,0	0	0	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06
5-7	1,0-2,0	0	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07
	2,0-3,0	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08
	>3,0	0	0	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06
легкие почвы
1-3	1,0-2,0	0,40	0,42	0,44	0,46	0,48	0,49	0.50
	2,0-3,0	0,18	0,20	0,22	0,24	0,26	0,27	0,28
	>3,0	0	0	0	0	0	0	0
3-5	1,0-2,0	0,18	0,20	0,21	0,22	0,23	0,24	0,25
	2,0-3,0	0,18	0,20	0,22	0,23	0,24	0,25	0,26
	>3,0	0	0	0	0	0	0	0
5-7	1,0-2,0	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08
	2,0-3,0	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,10
	>3,0	0	0	0	0	0	0	0
Примечание: минерализованные грунтовые воды (>7г/л) нецелесообразно использовать на субирригацию

Участие минерализованных грунтовых вод (>7г/л) в эвапотранспирации неизбежно приводит к засолению почв. При высокой минерализации грунтовых вод применяются мероприятия по снижению их участия в эвапотранспирации. Это достигается путем увеличения порога предполивной влажности почв, размеров оросительных норм или снижения уровня грунтовых вод до 3 м. Последний вариант обеспечивает мелиоративное благополучие на орошаемых землях и экономное использование водных ресурсов

Мелиоративный коэффициент (К_м) предусматривает стабилизацию солевого режима почв, за счет формирования нисходящих потоков влаги (фильтрации) на орошаемых землях при вегетационных поливах и осадках. На основе оптимизации процессов влаго- и солеобмена между зоной аэрации и грунтовыми водами определены пределы необходимого повышения расчетных значений оросительных норм. Для различного уровня засоления почв размеры оросительных норм определяются путем введения в расчетную зависимость поправочного коэффициента. Количественные значения данного коэффициента (К_м) изменяются в широких пределах (таблица 4)

Таблица 4 – Значения мелиоративного коэффициента (К_м) от степени засоления и солеотдачи почв, глубины залегания грунтовых вод

Глубина залегания грунтовых вод, м	Характеристика почв
	тяжелые		средние		легкие
	склонные к засолению	слабозасоленные	склонные к засолению	слабозасоленные	склонные к засолению	слабозасоленные
1,0-2,0	0,85	0,80	0,88	0,83	0,92	0,87
2,0-3,0	0,90	0,85	0,93	0,88	0,97	0,92
>3,0	0,95	0,90	0,97	0,92	1,0	0,95
Примечание: коэффициенты приведены для хлоридно-сульфатного типа засоления почв; при сульфатном типе засоления они повышаются на 0,05; при хлоридном - снижаются на 0,05.

При среднем и сильном засолении почв продуктивность орошаемых земель снижается в 2 и более раза. На таких землях, как правило, проводят промывки. Величины промывных норм выбор технологии промывок, время их проведения предопределяются почвенно-мелиоративными и хозяйственными условиями, наличием водных ресурсов. Для обоснования рациональной технологии промывок используют нормативные документы.

При поливах неизбежны потери воды на поле. При поверхностных поливах потери на фильтрацию (за пределы корнеобитаемого слоя) и поверхностные сбросы составляют - 15-35% от водоподачи на поле, при поливах дождеванием - 6-25% (таблица 5).

Таблица 5 – Значения коэффициента потерь воды на поле (К_пв)

Условия проведения поливов	Поверхностный полив по бороздам и полосам		Полив дождеванием
	без арматуры	с арматурой	из открытых каналов	из закрытых трубопроводов.
Хорошие (хорошая спланированность поля, уклоны оптимальные, рельеф спокойный, почвы средние по водопроницаемости)	1,18-1,22	1,15-1,20	1,16-1,20	1,12-1,15
Средние (удовлетворительная спланированность, уклоны средние, рельеф спокойный, водопроницаемость почв ниже и выше средней)	1,25-1,30	1,22-1,25	1,22-1,25	1,18-1,20
Сложные (неудовлетворительная спланированность, уклоны большие и малые, рельеф сложный, почвы высокой и очень низкой водопроницаемости)	1,35-1,45	1,25-1,32	1,25-1,30	1,20-1,25

Укрупненные нормы водопотребления и водоотведения при регулярном и лиманном орошении, разработаны по Арало-Сырдарьинскому, Балкаш-Алакольскому, Ертисскому, Есильскому, Жайык-Каспийскому, Нура-Сарысускому, Тобол-Торгайскому и Шу-Таласскому водохозяйственным бассейнам Республики Казахстан в разрезе водохозяйственных районов и участков, административных районов и областей, размещенных на территории указанных водохозяйственных бассейнов.