Главная | Обратная связь

Гідрогеологічні дослідження з метою меліорації земель

Меліорація [від лат. «melioratio» – покращення] - це сукупність організаційно-господарських та технічних заходів, спрямованих на докорінне поліпшення земель. Найбільше значення меліорація має для сільського господарства, додаючи велику стійкість цій галузі й забезпечуючи більш стабільні валові збори сільськогосподарських культур; дозволяє повніше використовувати земельний фонд.

Найбільш розповсюджена меліорація земель з несприятливим водним режимом. у посушливих районах, де опадів мало, а випаровуваність висока, запаси ґрунтової вологи поповнюють водою, що штучно подається на поля, тобто застосовують зрошення, створюючи відкриті та закриті зрошувальні системи.

Меліорація боліт та надлишкове зволожених земель спрямована на посилення аерації ґрунту, поліпшення її температурного режиму та стимуляції аеробних процесів у розкладення органічної речовини, що досягається видаленням надлишку води відкритими каналами і дренами з ґрунтового шару у водотоки або водойми, тобто осушенням.

Існує також меліорації земель з несприятливими фізичними та хімічними властивостями, земель, що піддаються впливу шкідливої механічної дії води або вітру та ін.

1. Зрошення - це комплекс господарських, інженерних та організаційних заходів спрямованих на доставку та рівномірний розподіл води в сільгоспугіддях, які в природних умовах відчувають її нестачу.

На основі зрошення ґрунтуються гідротехнічні прийоми формування подачі води та перетворення її в ґрунтову вологу.

Розміщення зрошувальних меліорацій залежить від зволоженості, забезпеченості рослин вологою, виду культур, що вирощуються, та типів ґрунту.

Зрошення земель здійснюють за допомогою зрошувальної системи – комплексу пов’язаних між собою споруд, будівель та приладів, призначених для забору води з джерела води, транспортування її до зрошуваного масиву, розподілення по поливних ділянках, поливу земель, а також відведення зі зрошуваного масиву дренажних, скидових та ґрунтових вод.

II. Осушення - це комплекс гідротехнічних, агротехнічних господарських заходів, спрямованих на попередження або ліквідацію несприятливого впливу води на господарську діяльність людини. Осушення ґрунтується на гідротехнічних прийомах нормованого вилучання води із шару ґрунту, у якому знаходиться коренева система рослин, що дає можливість освоювати нові землі та підвищувати їх сільськогосподарську продуктивність.

Об’єктами осушення є болота, заболочені та мінеральні надлишкове зволожені землі.

Методи та способи осушення визначаються типом водного живлення та сільськогосподарського використання територій.

Осушення земель здійсніться за допомогою осушувальної системи - комплексу інженерних споруд та пристроїв для поліпшення водного режиму перезволожених земель.

Задачі гідрогеологічних досліджень є спільними для різних видів меліорації земель: 1) загальна гідрогеолого-меліоративна оцінка території та перспективне планування зрошувальних та осушувальних меліорацій; 2) вибір об’єктів для першочергового сільськогосподарського освоєння; 3) вивчення геолого-гідрогеологічних умов територій, призначених для меліоративного освоєння, як необхідного підґрунтя для обґрунтування проектування систем зрошення або осушення; 4) вивчення природного режиму підземних вод та прогноз його можливих змін, як основи для розробки найбільш оптимальної системи заходів по управлінню водним режимам у межах масиву зрошення або осушення; 5) гідрогеологічне обґрунтування умов роботи та проектування дренажних споруд; б) пошук та оцінка можливих джерел води для зрошення, або в якості водоприймальника для осушення, а також умов транспортування зрошувальної води на масив зрошення, або транспортування води з масиву осушення; 7) оцінка умов та ефективності роботи систем зрошення або осушення та дренажу, а також обґрунтування заходів, що забезпечують оптимальні умови їх роботи.

Головні стадії гідрогеологічних досліджень є загальними для різних видів меліорації земель.

1. Передпроектні (регіональні) гідрогеологічні дослідження. На першому етапі з метою попередньої оцінки територій, що вивчаються, та розробки програми її меліоративного освоєння (схеми) узагальнюються та аналізуються матеріали попередніх регіональних досліджень. У результаті складають схематичні дрібномасштабні карти або схеми гідрогеолого-меліоративного районування територій у межах регіонів, що плануються для меліоративного освоєння. Підґрунтям для цього є гідрогеологічні та інженерно-геологічні карти масштабу 1:2 500000 - 1:1 000000, або 1:500000 - 1: 200000.

На другому етапі здійснюють дослідження з метою ТЕО доцільності меліоративного освоєння територій та відбору об’єктів для проектування меліоративного будівництва. Для вирішення задач ТЕО проводиться комплексна гідрогеологічна та інженерно-геологічна зйомка масштабу 1:200000 на основі геологічної та геоморфологічної карт масштабу 1:200000 - 1:100000.

У результаті передпроектних досліджень складаються регіональні схеми комплексного використання водних та земельних ресурсів, встановлюються об’єкти першочергового господарського освоєння, обґрунтовуються способи меліорацій та завдання подальших досліджень.

2. Гідрогеологічні дослідження для обґрунтування проектів зрошення або осушення. Проектування меліоративного будівництва здійснюється в дві стадії - проект і робоча документація, або в 1 стадію – робочий проект, при нескладних природних умовах та порівняно незначної площі зрошення або осушення (менше 1500 га), а також при складних умовах та великій площі досліджень (до 300 га).

1 стадія - проект. Для обґрунтування проекту зрошувальної або осушувальної систем гідрогеологічні дослідження проводять в межах масивів, зрошення або осушення яких визнано доцільним та економічно ефективним на попередньому етапі досліджень.

Задачами гідрогеологічних досліджень є: 1) вивчення гідрогеологічних та інженерно-геологічних умов території та її меліоративна оцінка для вибору й обґрунтування складу та способів проведення меліоративних заходів; 2) отримання необхідних розрахункових значень параметрів для зон аерації та насичення; 3) вивчення режиму та балансу підземних вод та отримання вихідних даних для прогнозу режиму ґрунтових вод та водно-сольового балансу та ін.

У результаті гідрогеологічних досліджень: 1) складається гідрогеологічне обґрунтування умов роботи всіх елементів системи зрошення або осушення; 2) здійснюються та уточнюються прогнози режиму ґрунтових вод, водно-сольового балансу території, розвитку інженерно-геологічних процесів; 3) уточнюються умови будівництва різноманітних споруд; 4) визначаються ТЕ показники системи зрошення або осушення, що проектується.

2стадія - робоча документація. Гідрогеологічні дослідження виконуються для конкретизації окремих питань, пов’язаних з уточненням розміщення та конструктивних особливостей окремих споруд системи зрошення або осушення, та питань, що виникають у процесі проектування.

3. Гідрогеологічні дослідження в період будівництва та експлуатації систем зрошення або осушення. Завдання досліджень полягають:1) у забезпеченні кваліфікованого гідрогеологічного надзору за будівництвом та експлуатацією систем зрошення та осушення; 2) в уточненні гідрогеологічних та інженерно-геологічних особливостей масиву зрошення або осушення та внесення відповідних коректив у проекти окремих споруд; 3) в уточненні прогнозів режиму підземних вод та умов роботи окремих споруд (водозабірних, транспортуючих, дренажних та ін.)4) в обґрунтуванні найбільш раціональний режимів експлуатації окремих споруд і системи зрошення або осушення в цілому.

Головними видами спеціалізованого вивчення та оцінки зрошуваних територій є зйомочні роботи та стаціонарні спостереження.

1. Особливості зйомочних робіт для потреб зрошення :

I) у процесі досліджень досконально вивчають динаміку рівня і мінералізації ґрунтових вод, динаміку вологості та складу солей у товщі порід зони аерації, зміну інфільтрації та випаровування, гідрометеорологічні показники з метою прогнозу змінення під впливом зрошення водо-сольового балансу, що склався в природних умовах;

2) з метою повного і правильного виявлення гідродинаміки підземних вод проводиться вивчення гідродинамічних умов та особливостей потоків підземних вод у межах їх природних басейнів незалежно від контурів зрошуваних територій, при цьому в якості нижньої межі потоків, що вивчаються, приймають перший від поверхні регіональний водотрив;

3) у тому випадку, якщо нижче залягаючій відносно регіонального водотрива напірний горизонт має гідравлічний зв’язок з потоком ґрунтових вод, що вивчається, встановлюють кількісну оцінку цього взаємозв’язку з метою обґрунтування можливості застосування вертикального дренажу та використання напірних підземних вод для зрошення;

4) у процесі зйомочних робіт досконало вивчають та картують геологічну будову та водно-фізичні (головним чином, фільтраційні) властивості товщі порід до першого регіонального водотриву (приблизно 20-50 м) детально вивчаючи склад та властивості порід зони аерації (фільтраційні, водно-фізичні, фізико-механічні та ін.).

Для потреб зрошення проводять комплексні гідрогеологічні та інженерно-геологічні зйомки .При середньомасштабних зйомках масштабу 1:200000 використовують непрямі методи (аерофотозйомку, геофізичні дослідження, геоморфологічні та геоботанічні спостереження та ін.), що забезпечує швидке отримання інформації, утой же час, вона має невисоку надійність та достовірність. При великомасштабних зйомках (1:50000) використовують прямі методи (аеровізуальні та візуальні, гідрогеологічні та інженерно-геологічні спостереження, гірничо-бурові, гідрологічні, дослідно-фільтраційні, лабораторні, режимні та ін. роботи), що забезпечує отримання більш достовірної та надійної інформації.

Зйомка проводиться в 2 етапи: на 1 етапі проводять маршрутні спостереження в поєднанні з площинними, ландшафтно-індикаційними, геофізичними та ін. методами. У межах кожного морфогенетичного типу рельєфу в хрест його простягання закладається 2-3 опорних геофізичні профілі з проходкою на них 2-3 свердловин глибиною до регіонального водотриву та однією свердловиною з повним розкриттям геолого-літологічного розрізу. У результаті камеральної обробки результатів першого етапу досліджень складаються розрізи, схеми та карти з виділенням типових за гідрогеологічними та інженерно-геологічними умовами показниками районів, намічається склад та порядок проведення подальших досліджень у кожному районі.

На другому етапі виконуються роботи в межах виділених типових ділянок та деталізація досліджень за напрямками опорних профілів, що забезпечує наступну екстраполяції отриманих результатів на всю територію, що вивчається.

Особливості стаціонарних спостережень за режимом та балансом підземних вод. для потреб зрошення.

Режимні спостереження виконуються з метою виявлення ролі різноманітних природних та штучних факторів у формуванні режиму підземних вод. Для цього створюєтьсяспостережувальна мережа 3 видів: 1) опорна регіональна мережа, що знаходиться у веденні гідрогеологічних станцій; 2) внутрішньогосподарська спостережувальна мережа управлінь зрошувальних систем; 3)тимчасова спостережувальна мережа різних відомств.

У склад робіт по вивченню режиму підземних вод входять: 1) спостереження за сезонними, річними та багаторічними змінами рівня, температури та хімічного складу підземних вод; 2) спостереження за дебітом фонтануючих свердловин, джерел, кяризів та підземних вод, що виклинюється; 3) вивчення елементів балансу підземних вод, інфільтрації_; атмосферних опадів, річкових вод, фільтраційних вод каналів, зрошувальних вод, підземного притоку та відтоку, витрат ґрунтових вод на випаровування та транспірацію рослинністю, виклинювання у природні та штучні дрени та ін.; 4) вивчення елементів сольового балансу ґрунтових вод.

Для вирішення цих задач на зрошувальних землях створюється мережа спостережних пунктів, яка складається з:

1) одиночних свердловин, що розкривають водоносні горизонти, які вивчаються;

2) кущі спостережних свердловин ( з поверхово-розташованими фільтрами) для спостережень за змінами напорів та хімічного складу підземних вод на заданих глибинах, а також для вивчення взаємозв’язку водоносних горизонтів;

3) водомірних постів на джерелах, зрошувальних та дренажних каналах, річках, водосховищах та ін.

Баланс ґрунтових вод, а також їх сольовий баланс вивчають на спеціально обраних ділянках, типових за гідрогеологічними умовами (ділянки – “ключі”). При вивченні балансу ґрунтових вод шляхом аналізу рівнянь несталого руху ґрунтових вод у кінцевих різностях використовують, відповідним чином розміщені, одиночні спостережні свердловини або їх “кущі”.

Зміст, склад та методика гідрогеологічних досліджень для потреб зрошення в значній мірі визначається вимогами, що встановлюються до гідрогеологічного обґрунтування проектів меліоративного будівництва і до вихідної інформації, отриманої в результаті досліджень.

1) При проведенні комплексної зйомки для потреб меліорації особливо досконалому вивченню підлягають: а) морфогенетичні типи рельєфу, їх окремі елементи, нахили, мікрорельєф та їх зв’язок з тектонікою; б) головні геолого-генетичні комплекси порід, їх склад, потужності, розповсюдження та умови залягання; в) водоносні горизонти та комплекси, що залягають вище регіонального водотриву та пов’язані з ними горизонти, що залягають нижче; г) умови живлення, розповсюдження та залягання ґрунтових вод і верховодки, їх зв’язок з поверхневими та підземними напірними водами, глибина залягання; д) зміна хімічного складу та мінералізації підземних вод по площі та в розрізі, характеру та ступеню засоленості порід зони аерації; е) головні гідрогеологічні параметри водоносних горизонтів і комплексів, що залягають вище регіонального водотриву, умови їх взаємозв’язку з поверхневими та напірними вода, що залягають нижче, параметри порід зони аерації; ж) інженерно-геологічні фактори, процеси та явища, що визначають умови меліоративного будівництва; з) режим поверхневих і підземних вод та його зміни у часі (на протязі не менше ніж 1 рік).

2) Г/г дослідження по вивченню режиму, водного та сольового балансів підземних вод мають забезпечувати необхідну інформацію для обґрунтування режиму зрошення, дренажу та інших прогнозів.

3) Достовірність визначення фільтраційних параметрів має забезпечувати можливість виконання прогнозів режиму рівня ґрунтових вод з імовірністю 0,7-0,8

4) Гідрохімічні параметри (коефіцієнти дифузії та розчинення солей, швидкість фільтрації, активна пористість, вміст солей та ін.) мають бути вивчені в межах всіх типових ділянок.

5) При вивченні параметрів водно-сольового режиму має бути охоплена товща порід потужністю не менше ніж 3 м, а при можливості і вся зона аерації.

6) Прогнози режиму рівнів та хім. складу ґрунтових вод мають виконуватись для всієї території, охопленої впливом меліоративних заходів, причому кількісними методами з наведенням їх імовірності.

7) На ділянках можливого застосування вертикального дренажу мають бути: а) детально вивчені літологічні особливості всієїтовщі відкладів до регіонального_: водотриву; б) визначені гідрогеологічні та гідрохімічні параметри покривних відкладів та водоносних пластів, у яких буде діяти дренаж; в) визначений та кількісно оцінений гідравлічний зв’язок ґрунтових вод з поверхневими та напірними водами; г) достовірно встановлена розрахункова схема дії дренажу; д) обґрунтований прогноз умов роботи дренажу методами, що забезпечують врахування головних факторів, які визначають ефективність роботи вертикального дренажу.

У залежності від природної дренованості земель, граничних умов у плані й розрізі та наявності напірного живлення ґрунтових вод (за Д.М. Кацем) виділяють 17 типів зрошуваних районів держав СНД.

Кожний з виділених типових районів зрошення потребує певної специфіки проведення гідрогеологічних та інженерно-геологічних досліджень, обумовлених його природними особливостями (геологічною будовою, ступенем дренованості, літологічними особливостями та фільтраційним властивостями водоносних відкладів і порід зони аерації, наявністю глибинного живлення ґрунтових вод та ін.).

Більшість зрошуваних масивів України розташовано в межах Причорноморської западини, для якої характерні 9^а та 9^б, 14^а, 15^а та 15^б і 17 типи гідрогеологічних умов зрошення.

За складністю гідрогеологічних умов для потреб меліорації зрошувальні райони об’єднані в 3групи:

1 група. Райони із порівняно простими гідрогеологічними умовами. Вонихарактеризуються інтенсивною природною дренованістю земель і стійким глибоким заляганням ґрунтових вод, живлення яких повністю балансується підземним стоком. Ґрунтові води в ґрунтоутворенні участі не приймають.Необхідні заходи по боротьбі з фільтрацією води із каналів, особливо в умовах 1 та 4 типів районів. Режим ґрунтових вод убільшості районів цієї групи не потребує регулювання.

2 група. Райони з гідрогеологічними умовами середньої складності. Вони характеризуються, головним чином, задовільною природною дренованістю та розповсюдженням прісних вод, рівень яких до зрошення залягає на різній глибині, а при зрошенні підіймається до глибини від 0,5 - 1м до 4-5 м. Для районів 8 та 9 характерний розвиток єдиних водоносних комплексів ґрунтових та напірних вод з неглибоким заляганням їх рівня в зонах виклинювання. Ґрунтові води можуть викликати заболочення ґрунтів, рідше слабке їх засолення. Регулювання режиму ґрунтових вод необхідно в більшості випадків для боротьби з заболоченням ґрунтів та їх слабким засоленням і може бути досягнуто застосуванням дренажу та інших заходів.

3 група. райони зі складними гідрогеологічними _:умовами. Вони вирізняються слабкою та дуже слабкою природною дренованістю або безстічністю, тому ґрунтові води, головним чином, мають меншу мінералізацію.

У районах 9^б, 15, 16 та частково 17 має місце глибинне живлення ґрунтових вод та неглибоке положення їх рівня (майже до виклинювання). В інших районах глибина залягання рівня ґрунтових вод різна, але після зрошення їх рівень знаходиться на глибині звичайно, менше 2-4 м, що неминуче призводить до засолення ґрунтів, якщо не застосовувати упереджувальні заходи. Для всіх районів з метою регулювання режиму підземних вод доцільним є дренаж, що виключає засолення та заболочування ґрунтів при зрошуванні

Головними видами вивчення та оцінки осушуваних територій, так саме як і для зрушуваних, є зйомочні роботи та стаціонарні спостереження.

Особливістю проведення зйомочних робіт заболочених районів із-за їх важкодоступності та поганої прохідності є широке використання непрямих методів досліджень (аерометодів, ландшафтно-індикаційних та ін.), які значно скорочують строки та вартість зйомки. Інформація, що отримується непрямими методами перевіряється і доповнюється прямими наземними методами - опорними маршрутами та дослідженнями на ключових ділянках.

Дослідження на ключових ділянках дозволяє отримувати інформацію за допомогою якої встановлюється ландшафтно-індикаційні залежності, дешифрувальні ознаки та індикатори гідрогеологічних умов, що є основою для дешифрування результатів непрямих досліджень та екстраполяції інформації ключових ділянок на всю площу типового району. Розміри ключових ділянок, їх положення та кількість залежать від однорідності ландшафту, складності геолого- гідрогеологічних умов, масштабу зйомки та інших факторів. Наприклад, при складних умовах приймають 1 ключову ділянку на 300-400 км при масштабі зйомки 1:200000.

Дослідження на ключових ділянках містять вивчення геологічної будови та гідрогеологічних умов, фізико-механічних і водно-фізичних властивостей порід зони аерації та головних водних горизонтів, фізико-геологічних процесів та явищ, виявлення кореляційних зв’язків між окремими компонентами гідрогеологічних й інженерно-геологічних умов та зовнішніми компонентами ландшафту (рельєфом, рослинністю, гідрографією та ін.)

Дослідження на ключових ділянках проводяться за розвідувальними опорними поперечниками, що перетинають всі елементи рельєфу, при цьому виконуються маршрутні спостереження, бурові та геофізичні дослідження;

На кожній з ключових ділянок у залежності від геолого-гідрогеологічних особливостей закладається 5 та більше свердловин глибиною 10-25 м. При необхідності вивчення глибоких горизонтів деякіз них бурять до 150-300 м.

У результаті дешифрування аерофотоматеріалів виділяються та оконтурюють великі болотні масиви, проводиться їх типізація за ландшафтними ознаками, намічаються наземні спостереження найбільш розповсюджених типів боліт та систем болотних масивів. Після наземного вивчення ключових ділянок та типових боліт результати досліджень екстраполюються на всю досліджувану площу.

Спостереження за режимом підземних вод здійснюються по регіональній спостережуваній мережі (вивчення природного режиму та впливу меліорації в регіональному плані; мінімальна тривалість спостережень 3 роки), по спеціальній гідромеліоративній мережі (вивчення порушеного режиму підземних вод у межах масиву осушення, постійні спостереження та на суміжних територіях на протязі 5-12 років) та по спеціальній тимчасовій гідрогеологічній мережі (визначення гідрогеологічних параметрів за даними стаціонарних спостережень).

В якості об’єктів для режимних спостережень обираються найбільш типові в геолого-гідрогеологічному відношенні райони та ділянки, що забезпечують можливість екстраполяції результатів вивчення за методом аналогії на інші території.

Регіональна спостережна мережа складається щонайменше з 1 свердловини, рідко з 10 та більше свердловин, з обладнанням 1-2 водомірних постів у районах водотоків. На болоті кущі свердловин влаштовуються у бортів, всередині болота, поблизу водотоків або водоймища.

Спеціальна гідромеліоративна мережа влаштовується у вигляді створів, розташованих дотичне до регулюючих частин осушувальної системи (каналам, дренам, збирачам). Створ складається щонайменше з 3-5 спостережувальних свердловин, частота вимірів дебітів та рівнів - 1 раз у 3-10 днів, гідрохімічні та термометричні дослідження проводяться 2-3 на рік.

Водний баланс осушуваних земель визначається експериментально, використовуючи гідродинамічний метод, як допоміжний для визначення різниці між притоком та відтоком ґрунтових вод. Водний баланс складається роздільно для ґрунтових вод, зони аерації, поверхневих вод та загальний для всієї території.

Балансові дослідження проводяться нанайбільшперспективних для осушення, або вже осушених масивах. Межі балансових ділянок встановлюють за вододільними лініями, контурами штучних споруд (дрен, каналів тощо) та гідрографічною мережею. Площа таких ділянок рідко перевищує 20-100 га.

У цілому вимогу до гідрогеологічних досліджень з метою осушення ідентичні до вимог, що висуваються до гідрогеологічних досліджень з метою зрошення.

У процесі проведення зйомочних та інших робіт на масивах, де передбачається осушення, особлива увага має приділятися: 1) до встановлення головних джерел водного живлення перезволожених земель; 2) до встановлення тинів боліт за умовами їх водного живлення та площ їх розповсюдження; 3) до виявлення фільтраційних властивостей перезволожених ґрунтів, торф’яників та пов’язаних з ними водоносних горизонтів; 4) до отримання достовірнихзначень параметрів, необхідних для проектування дренажних споруд та інших елементів системи осушення.

У залежності від геологічної будови, обводненості покривних відкладів та ступеню участі напірних вод у їх обводнені, гідрогеологічних та інженерно-геологічних умов, райони осушення поділяються на 3 категорії: прості, середньої складності та складні. гідрогеологічні умови перезволожених земель можна звести до 16 головних типів. Ця класифікація не є універсальною, тому що в межах одного масиву можуть бути ділянки з 2-3 виділеними типами умов, у розповсюдженні яких можуть бути наявними або відсутніми деякі закономірності. Однак без застосування цієї класифікації неможливо обрати розрахункову схему, методику вивчення режиму та прогнозу ґрунтових вод.

Ступінь участі підземних вод у водному живленні не зволожених земель зростає від 1 типу до останнього: у 1-5 типах у перезволожені земель приймає участь переважно верховодка, 6-11 типах - притікаючи з боку ґрунтові води, у 12-16 та 7 видах - напірні води. Режим ґрунтових вод у останніх типах - схеми 7, 12-16, залежить від положення п’єзометричної поверхні напірних вод та менше схильні до впливу метеорологічних факторів.