Осолонцевание орошаемых земель, его причины и последствия

Лекция 19

1. Заболачивание орошаемых земель

2. Ирригационная эрозия

ОСОЛОНЦЕВАНИЕ ПОЧВЫ, технический приём, применяемый для борьбы с потерями воды через просачивание сквозь почву в оросительных каналах, водоёмах и прудах, в земляных плотинах и дамбах (валах), в земляных покрытиях, а также для увеличения прочности земляных строительных материалов и устойчивости полотна дорог и др. сооружений. Этот приём основан на том, что почва и грунт в результате обменного поглощения ионов натрия из раствора поваренной соли резко изменяют физ. и механические свойства (связность, прочность, липкость и др.) и отношение к воде (влагоёмкость, водопроницаемость, водопроводимость, всасывание воды, капиллярные свойства). При этом возрастает прочность и связность почвы и грунта, непроницаемость для воды, липкость и пластичность; сильно падает способность всасывать воду. Почвы и грунты становятся более тяжёлыми, т. к. утрачивают структурность, а супесчаные почвы - агрегатность. Соли кальция (а ещё больше - железа и алюминия), наоборот, делают тяжёлую почву (напр., солонец) более лёгкой, водопроницаемой, менее вязкой.

К грунту и почве при использовании их в строительстве предъявляются след. требования: они д. б. плотными, не впитывать воды, напр. в дорожном полотне, в стенах и крышах построек, не пропускать воду в оросительных каналах, в водоёмах, плотинах, земляных покрытиях и т. д. Особенно важно это для районов степи и лесостепи европейской части СССР, где в больших масштабах осуществляются мероприятия агротехнического комплекса Докучаева - Костычева - Вильямса, в частности строится значительное количество прудов и водоёмов. Это строительство производится также в районах Союза ССР, где нет или мало так наз. "жирных" глин и где все грунты и почвообразующие породы обладают агрегатностью, вследствие присутствия в них извести, т. е. способны при высыхании распадаться на мелкие комочки и потому сильно пропускают воду. Не держат воду и структурные чернозёмы степи и лесостепи, где обычно в балках строятся пруды, - так же, как и лёссы и лёссовидные суглинки - обычный материал для земляных плотин в степях. Потери воды, связанные,с этим свойством почв, огромны (по довоенным исследованиям, до 70%). Однако вред не ограничивается одними потерями воды. Просачиваясь сквозь дно и стенки каналов, прудов и водохранилищ, поливные воды достигают уровня (зеркала) грунтовых вод, способствуя всё большему подъёму их, засолению и заболачиванию огромных площадей орошаемых земель. Просачивание воды скоро сказывается на плотинах, построенных из фильтрующего материала. Такие плотины, насыщаясь водой, "размягчаются", теряюn механическую устойчивость против скольжения и опрокидывания; замерзая, вода нарушает целостность плотины. Особенно вредит плотине растворение и вымывание солей и вынос твёрдых частиц. Частые ошибки при определении пригодности того или иного грунта и почвы для постройки сооружения связаны с тем, что, основываясь на гранулометрическом составе, не считаются со степенью структурности их, от к-рой. зависит и величина пористости почвы и грунта и их фильтрационная способность. Условием же образования структуры и агрегатности почв и грунтов является насыщенность их известью (вернее, поглощённым кальцием), свёртывающей почвенные коллоиды. Поэтому обычные способы уплотнения структурных земляных материалов сами по себе не дают результатов; в богатых кальцием почвах и грунтах агрегатность и водопроницаемость быстро восстанавливаются. Структура уничтожается только устранением из земляных материалов кальция - прежде всего обменного. Это достигается промывкой почвы раствором поваренной соли, вытесняющей кальций, согласно такой реакции: При последующей промывке водой (дождевой, снеговой, не слишком жёсткой подземной) насыщенные натрием структурные комочки распадаются, коллоиды (частицы глины и перегноя) набухают, переходят в "раствор" (пептизируются) и, вымываясь на небольшую глубину, закупоривают поры, образуя водоупорную прослойку толщиной в несколько мм; поверхность почвы заиливается. Быстро наступает кольматация (заиливание). Этого достаточно, чтобы водопроницаемость почвы снизилась почти до нуля. В глинистых структурных чернозёмах водопроницаемость снижается в 40 - 60 раз, а на лёссах и жёлтых (глинистых) песках - до 500 раз. Всасывающая способность грунт-блоков и земляных покрытий по отношению к воде падает во много тысяч раз. Водопроницаемость белого речного песка уменьшается в сотни раз после закладки в него глинистого чернозёма до 4 кг/м2 и последующей обработки раствором соли. Качество плотин и дамб улучшается при закладке осолонцованного слоя на мокром откосе, а также стенки (экрана) внутри плотины и в её замке. Благодаря этому просачивание воды через плотину резко снижается, депрессионная кривая выклинивается внутри неё, улучшается действие плотины и увеличивается срок её службы. Вследствие этого делается возможным использование для плотины содержащих карбонат кальция лёссов и лёссовидных грунтов степи и лесостепи.

Операция снижения и прекращения потерь воды через фильтрацию слагается из двух стадий: 1) обработка почвы хлористым натрием (NaCl) (соли калия или сильвинит также могут применяться, но с меньшим эффектом), причём удаляется обменный кальций, на больших объектах пользуются сухой перемолотой солью, заделываемой глубоко в почву; 2) промывка водой, выщелачивающей избыток NaCl и СаСl2, появившийся в растворе в результате реакции: после чего структура разрушается (см. выше). Это, собственно, и есть О. п. Гораздо сильнее, чем поваренная соль, действуют при О. п. сода и поташ. Поэтому использование золы (особенно подсолнечниковой и гречишной) и щёлока из неё сразу связывает кальций, резко повышая и ускоряя осолонцевание:

Действие О. п. значительно возрастает при укатывании обрабатываемой поверхности кулачковым или кольчатым катком. При пользовании атмосферными водами действие О. п. наиболее длительно. Известны случаи, когда под дном спущенного пруда уже на небольшой глубине земля была суха. Жёсткие (особенно гипсоносные) воды при продолжительном воздействии на осолонцованные покрытия через 3 - 5 лет вызывают необходимость повторного О. п. Однако за это время уже происходит естественное заиливание (кольматаж). Осолонцованные одежды - один из наиболее эффективных и дешёвых способов борьбы с фильтрацией; нужные материалы - местный грунт и поваренная соль; в противоположность бетону они не страдают от морозов. Метод О. п. дал возможность построить пруды в разных районах СССР на грунтах, совершенно, казалось, безнадёжных в этом отношении; применение осолонцевания, как одежды каналов, давало возможность рационализировать орошение и т. д. Стоимость О. п. в десятки раз дешевле бетонирования. Расход соли - от 1 до 4 кг на 1 м2 поверхности. О. п. даёт возможность хранения в земляных ёмкостях ряда нефтепродуктов и материалов, применяемых в дорожном строительстве, и открывает перспективы в строительстве улучшенных (неразмокающих) грунтовых дорог и прочных грунтоблоков. О. п. применимо на почвах и грунтах разного механического состава, но само по себе не всегда применимо на краснозёмах Грузии, на красных пермских грунтах вост. части европ. территории СССР, на белых песках и на гипсоносных почвах. Здесь требуется добавка глинистого грунта или землистого торфа с уплотнением и последующим осолонцеванием их.

Ирригационная эрозия сильно распространена на лёссовых отложениях. На почвах, развитых на лёссовых грунтах, обладающих низкой противоэрозионной стойкостью, исключительно большое влияние на проявление эрозии оказывает уклон поверхности. Из почв, сформированных на лёссовых породах, наибольшей стойкостью к ирригационной эрозии характеризуются темно-каштановые почвы, наименьшей - сероземы.

По данным, полученным А. И. Иоргановским, в орошаемой зоне предгорий при смыве верхнего слоя почвы ежегодно с 1 га сносится в среднем 280 кг гумуса, 18 кг азота, 23 кг фосфора. На плантациях сахарной свеклы урожай на смытых почвах снижается на 20 — 25 % и более. На орошаемых землях при поливе по бороздам в нижней части склонов борозды нередко превращаются в промоины и даже в мелкие овраги. К. Нурбердыев отмечает, что на новоорошаемых участках на лёссах, которые занимают склоны значительной крутизны, внутрихозяйственные оросительные системы и подвергаются сильному боковому и донному размыву. Особенно много оврагов возникает при сбросе оросительных вод. Исследованиями, проведенными Т. С. Мехамедовым установлено, что в условиях орошаемого земледелия основной причиной интенсивного развития оврагов на лёссовых породах является неурегулированный сброс воды с поливных карт. Если эта вода попадает в уже сформировавшийся овраг, то низвергающаяся водопадом вода, размывая дно оврага, образует на месте своего падения углубление в виде котла глубиной до нескольких метров.

При водонасыщении лёссов порода теряет стойкость, начинает обрушиваться и оплывать. Вода, стекающая и увлажняющая стенки оврага, размывает их. Об интенсивности роста ирригационных оврагов говорит такой пример. На сравнительно небольшом орошаемом участке площадь оврагов в 1932 г. занимала 128 га, а в 1958 г. уже 235 га. По берегам канала густота оврагов местами достигает 5 км/км2. В связи с большим испарением почвенной влаги на приовражных полосах урожайность хлопчатника значительно падает. Т. С. Мухаммедов показал, ПАС что на расстоянии 5 — 15 м от бровки оврага урожайность хлопка-сырца 17 ц/га, на расстоянии 15 — 25 м - 24 ц/га, а на расстоянии 45 — 55 м — 28 ц/га.