Odpowiedzi do egzaminu.doc

1.         Podział nawodnień ze względu na cel nawadniania

Wyróżniamy więc następujące rodzaje nawodnień:

-          zwilżające

-          użyźniające

-          przemywające

-          ocieplające

-          ochronne

-          oczyszczające

a) Nawodnienia zwilżające stosowane są głównie w celu zwilżania gleby; uzupełniają one wodę w glebie do ilości niezbędnej dla dobrego rozwoju roślin, powodują utrzymanie wilgotności gleby w przedziale optymalnym dla roślin.

b) Nawodnienia użyźniające stosowane są wówczas, gdy zachodzi konieczność dostarczenia składników pokarmowych do gleby celem:

-          bezpośredniego zaopatrzenia roślin uprawnych w niezbędne składniki pokarmowe,

-          poprawienia fizycznych i chemicznych właściwości profilu glebowego,

-          wytworzenie nowej warstwy gleby na nieodpowiednim lub mało przydatnym dla rolnictwa podłożu (tzw. kolmatacja).

Nawodnienia użyźniające (nawożące) mogą być realizowane w dwojaki sposób, a mianowicie przez:

-          wykorzystanie wody używanej do nawodnień zwilżających (najczęściej deszczownianych) w charakterze środka transportującego nawozy mineralne, względnie niektóre organiczne (gnojowica) do gleby lub wprost na roślinność (nawożenie pogłówne),

-          wykorzystanie wód ściekowych lub naturalnych wód żyznych, zawierających namuły i rozpuszczone sole mineralne,

Te typowe nawodnienia użyźniające wymagają dużych ilości wody, a najodpowiedniejszymi systemami są nawodnienia powierzchniowe: zalewowe lub stokowe.

c) Nawodnienia przemywające, są stosowane w celu usuwania szkodliwych związków z profilu gleby. Nawodnienia te są niezbędne w melioracjach gleb słonych lub dla zapobiegania zjawisku wtórnego zasolenia. Melioracja tych gleb polega na doprowadzeniu dużych dawek wody w ilościach przewyższających polową pojemność wodną danej warstwy gleby. Po rozpuszczeniu soli nadmiar wody z profilu glebowego powinien być odprowadzony systemem drenów.

d) Nawodnienia ocieplające ogrzewają glebę i przyspieszają jej rozmarzanie w okresie przedwiośnia, mogą też stanowić środek ochrony roślin przed przymrozkami a także stosowane bywają w strefie gorącej dla obniżenia szkodliwych temperatur maksymalnych w przyziemnej warstwie powietrza. Nawodnienia te wykonywane są wiosną lub jesienią przy użyciu wód ściekowych lub ciepłych wód, np. przemysłowych.

e) Nawodnienia ochronne umożliwiają skuteczniejsze zwalczanie niektórych chwastów.

f) Nawodnienia oczyszczające mają na celu oczyszczenie ścieków bytowych, komunalnych i przemysłowych z jednoczesnym ich rolniczym wykorzystaniem dla nawożenia i zwilżania gleby. Profil glebowy stanowi mechaniczny i biologiczny filtr, odnawiający się w procesie systematycznego rolniczego użytkowania. Zastrzec trzeba, że nie są to sprawy proste, gdyż w grę wchodzi należyte oczyszczanie wstępne, dobór odpowiedniego systemu nawodnień i wreszcie konieczność całorocznego odbioru ścieków.

2.     Wpływ zabiegów rolniczych na bilans wodny gleby

Zwiększenie pozycji przychodowej bilansu wodnego można osiągnąć przez:

a) Magazynowanie opadu zimowego na terenach równinnych, przez stosowanie środków chroniących przed wywiewaniem śniegu:

-          zadrzewienia śródpolne w formie pasów leśnych,

-          czasowe zasłony sztuczne lub naturalne w postaci pasów roślinności (kukurydza) pozostawionych na zimę,

-          orki jesienne wykonane w poprzek panujących wiatrów,

-          zgarnianie śniegu w wały,

b) Ograniczenie spływu powierzchniowego i ułatwienie wsiąkania w głąb profilu na glebach cięższych, zwłaszcza położonych w terenach falistych można osiągnąć poprzez:

-          uprawy mechaniczne, głębokie orki z pogłębiaczem,

-          uprawy pielęgnacyjne i pożniwne,

-          rozplanowanie kierunków orki wzdłuż warstwic, bruzdowanie,

-          formowanie niskich grobelek zatrzymujących wody roztopowe i opadowe na zboczach,

-          rozmieszczenie pasów roślinności trawiastej i pasów zadrzewień śródpolnych,

c) Zwiększenie pojemności wodnej gleby i ograniczenie przesiąków poza czynną warstwę profilu w glebach lżejszych:

-          dobór roślin w płodozmianach

-          intensywne nawożenie organiczne w celu zwiększenia ilości próchnicy

-          nawożenie gliną, marglem, szlamem, osadami ściekowymi, torfem itp., z głębokim przeoraniem dla wytworzenia nieprzepuszczalnych przewarstwień

-          stosowanie sztucznych środków strukturotwórczych (polimerów)

-          orka specjalnymi pługami dla przemieszczania warstw gleby w profilu

d) Ograniczeniu nieprodukcyjnej części parowania terenowego sprzyjają takie zabiegi jak:

-          zwalczanie chwastów

-          dobór roślin w płodozmianie pod kątem najlepszego wykorzystania naturalnego rozkładu zasobów wodnych okresu wegetacji lub zmagazynowania opadów z części roku

-          uprawki pielęgnacyjne (bronowanie) i pożniwne (podorywki) przerywające podsiąkanie wilgoci do powierzchni

-          przykrywanie gleby warstwą izolującą (tzw. matowanie, pokrycie folią itp.) stosowane w ogrodnictwie

-          intensywne nawożenie sprzyjające zwarciu pokrywy roślinnej i zmniejszeniu współczynnika transpiracji

-          piaskowanie torfów

-          zadrzewienia śródpolne zmniejszające prędkość wiatru i podnoszące wilgotność powietrza

-          budowa małych zbiorników magazynujących wodę i częściowo wpływających na mikroklimat otoczenia

Jeśli zabiegi rolnicze nie wystarczą dla zrównoważenia niedoborów, stajemy wobec konieczności uzupełnienia bilansu wodnego za po mocą nawodnień zwilżających.

3.     Działanie nawodnień na glebę

Występują następujące zjawiska :

a)    Zjawiska fizyczne

1. Wszystkie nawodnienia, z wyjątkiem ocieplających i ochronnych, zwiększają wydatnie wilgotność, co z rolniczego punktu widzenia działa dodatnio na fizyczne i mechaniczne własności gleby. Uwilgotnienie średnie, nie przekraczające polowej pojemności wodnej, pomaga łączeniu się cząstek gleby w złożone agregaty przez co powstają korzystne zmiany objętościowe (wzrost porowatości).

2. Utrzymywanie wilgotności najodpowiedniejszej dla rozwoju roślin ułatwia jednocześnie uprawy mechaniczne podstawowe i pielęgnacyjne gdyż jak stwierdzono, stan uwilgotnienia gleby optymalny ze względu na uprawy prawie pokrywa się ze stanem optymalnym dla większości roślin.

3. Kolejne silne zwilżanie podczas polewu i intensywne przesychanie wierzchniej warstwy gleby w okresach między polewami, może wywołać w pewnych warunkach wysoce niekorzystne skutki w postaci wytworzenia się powierzchniowej skorupy, co pociąga za sobą konieczność dodatkowych upraw pielęgnacyjnych po każdym nawodnieniu.

4. Przy niektórych sposobach prowadzenia nawodnień (np. długotrwały zalew powierzchniowy, duża intensywność deszczowania) ulega zniszczeniu struktura gleby, szczególnie zaś rozpadają się gruzełki o średnicy kilku mm na agregaty drobniejsze. Dla przeciwdziałania tym zjawiskom można w nawodnieniach deszczownianych najpierw zwilżyć suchą glebę dawką, a dopiero po pewnym czasie wprowadzić dawkę zasadniczą o większej intensywności.

5. Jeżeli woda nawadniająca przynosi na pole namuły, to odkładają się one na powierzchni, a częściowo mogą też być wmywane w głąb profilu. Kolmatacja umiarkowana, towarzysząca nawodnieniom zwilżającym, jest pożyteczna, kolmatacja nadmierna może natomiast nie tylko wpłynąć ujemnie na profil gleby, ale niekiedy przyczynić się do całkowitego wyłączenia pewnych obszarów z zasięgu nawodnień grawitacyjnych, wskutek spowodowania zmian wysokościowych powierzchni terenu.

6. Stosowanie nadmiernie wysokich dawek brutto (co jest związane ze specyfiką niektórych systemów, np. z zalewem) może powodować długotrwałe przewilgocenia profilu glebowego, zabagnienie się terenu własnego lub nawet obszarów sąsiednich, o ile wskutek braku należytego odpływu będzie się stale podnosił poziom wód gruntowych.

b)   Zjawiska chemiczne

Nawodnienia wywołują też bardzo poważne zmiany w składzie chemicznym poszczególnych warstw profilu glebowego.

1. Przy nawodnieniach powierzchniowych woda przenosi w głąb profilu bardzo drobne cząsteczki i rozpuszczone sole mineralne, co może doprowadzić do powstania warstw nieprzepuszczalnych.

2. Woda używana do nawodnień zawiera zazwyczaj CO2, różne sole mineralne oraz związki organiczne i stanowi rozpuszczalnik dla związków chemicznych gleby. Stosowanie wysokich dawek polowych może sprzyjać ługowaniu NPK i ubożeniu czynnej warstwy profilu.

3. Nawodnienia wywierają szczególny wpływ na procesy chemiczne w glebach strefy suchej. Za pomocą nawodnień można wymywać nadmiar szkodliwych soli i zwiększać przez to miąższość czynnej warstwy gleby. Jeżeli jednak nie zapewni się należytego odwodnienia to pojawić się może wtórne zasolenie.

4. Nawodnienia kształtują też odczyn gleby na ogół zmniejszając jej kwasowość. Dla większości roślin uprawnych, zależnie od typu gleby dopuszczalne wartości pH leżą w dość szerokich granicach (5-8), jednak optimum kształtuje się w przedziale 6,0 – 6,5.

c)    Zjawiska biologiczne

1.    W klimatach suchych nawodnienia przyczyniają się do zahamowania tempa rozkładu resztek roślinnych (masy organicznej), co w tych warunkach jest raczej pożyteczne. Natomiast w klimacie umiarkowanym niektóre systemy nawodnień (np. zalewowy, podsiąkowy ze stałym poziomem wody) mogą powodować nasilenie procesów  nadmiernej akumulacji materii organicznej.

2.    Najpoważniejsze i najdalej idące zmiany biologiczne obserwowane w naszych glebach zachodzą pod wpływem nawodnień ściekami miejskimi i przemysłowymi. Z badań wynika, że z gleb o niewykształconym profilu powstały nowe gleby, zbliżone w swych właściwościach do żyznych gleb próchniczych.

4.     Działanie nawodnień na mikroklimat

Wpływ nawodnień na mikroklimat przyziemnej warstwy powietrza zaznacza się szczególnie wyraźnie w obszarach niedostatecznego uwilgotnienia, zależą zresztą od sposobu gospodarowania doprowadzona wodą.

Na polu nawadnianym notowane są następujące zmiany w przyziemnej warstwie powietrza:

-          obniżenie temperatur maksymalnych i podwyższenie temperatur minimalnych; w sumie dobowe amplitudy wahań termicznych zmniejszają się o kila stopni,

-          obniżenie średnich dobowych temperatur o parę stopni,

-          zwiększenie wilgotności względnej,

-          zmniejszenie niedosytów wilgotności,

5.     Działanie nawodnień na roślinność

a) W zespołach roślinnych na użytkach zielonych zarysowują się przede wszystkim zmiany gatunkowe, uzależnione od systemu nawodnień i jakości wody. Występuje zanikanie mchów na łąkach nawadnianych systemem zalewowym, notowane jest również cofanie się motylkowych, pojawiają się natomiast trawy, zwłaszcza w warunkach dostatecznej ruchliwości i żyzności wody. Za pomocą nawodnień można więc do pewnego stopnia regulować skład florystyczny użytku. Innego rodzaju skutki obserwuje się w monokulturach polowych roślin uprawnych, w tym wypadku, w ramach danego gatunku lub odmiany, nawodnienia wpływają tylko na ilość i jakość produkowanej masy.

b) Przy dostatecznym zaopatrzeniu roślin w wodę występuje w komórkach większy turgor, ciśnienie osmotyczne soku komórkowego jest niższe, aparat szparkowy jest dłużej otwarty w ciągu dnia i intensywniejsza asymilacja, w wyniku czego zwiększa się produkcja masy.

c) W profilu gleby nawadnianej, stale optymalnie uwilgotnionej, roślina nie ma potrzeby rozbudowywania swego systemu korzeniowego dla poszukiwania wody, wskutek czego zwiększa się stosunek wegetatywnych części nadziemnych do masy korzeniowej, co nie zawsze jest pożądane z punktu widzenia produkcji. 

d) Sumaryczny wpływ nawodnień na wielkość plonów zależy od naturalnych własności siedliska i poziomu kultury rolnej. W strefach suchych lub w stanowiskach o wydatnie ograniczonych zasobach wodnych produkcja roślinna bez nawodnień zwilżających jest zawodna lub w ogóle niemożliwa; nawodnienia nie tylko powodują tam kilkakrotny wzrost plonów lecz przede wszystkim zapewniają stabilizację produkcji roślinnej na określonym poziomie. Oceniając udział nawodnień zwilżających w przyroście produkcji roślinnej należy zawsze pamiętać, że o pozytywnych skutkach decydują nie tylko czynniki glebowe i klimatyczne, ale równoległe: jakość wody, sposoby nawodnień, dawki i terminy ich stosowania, nawożenia i zabiegi agrotechniczne itd.

e) Nawodnienia wpływają nie tylko na ilość produkowanej masy roślinnej, ale także na strukturę i jakość plonów, podnosząc na ogół % części popielnych, przy czym jednak reakcja organów nadziemnych i podziemnych jest różna. U roślin zbożowych zmienia się nieco stosunek ziarna do słomy (większa masa słomy), a w ziarnie zmniejsza się zawartość procentowa białka. W roślinach oleistych nawodnienia zwiększają procent tłuszczu. W przypadku roślin okopowych obserwowano zmniejszenie się procentowej zawartości skrobi w ziemniakach oraz cukru w burakach cukrowych.

6.     Zasadnicze elementy sieci nawadniającej

Każda sieć nawadniająca składa się z zespołu urządzeń technicznych, który spełnia cztery zróżnicowane funkcje: magazynowania, ujęcia, doprowadzenia i rozprowadzenia wody. Stosownie do tych zadań wyróżniamy następujące główne elementy sieci nawadniającej:

1. Źródło wody - zbiornik odpowiedni pod względem położenia, ilości i jakości wody, zaopatrujący dany obiekt. Źródło wody może być zasilane przez wody atmosferyczne, powierzchniowe, wgłębne, a stanowi je np. rzeka, kanał odprowadzający wody zrzutowe, jezioro, sztuczny zbiornik wód powierzchniowych lub zbiornik wód wgłębnych.

2. Ujęcie wody - zespół budowli dających możność poboru wody z danego źródła w określonej ilości, we właściwym czasie i przy zachowaniu wymaganej jakości. Ujęcie może być grawitacyjne lub z mechanicznym podnoszeniem wody.

3. Urządzenia doprowadzające - zespół budowli zapewniających należyty transport wody od ujęcia na obiekt nawadniany. Doprowadzenie wody realizowane jest za pomocą grawitacyjnych kanałów otwartych lub krytych albo za pomocą rurociągów pracujących pod ciśnieniem.

4. Urządzenia rozprowadzające - urządzenia dostarczające wodę do każdego punktu nawadnianej powierzchni.

Do urządzeń podstawowych zaliczamy budowle związane z magazynowaniem, ujęciem i doprowadzeniem wody, natomiast urządzenia rozprowadzające stanowią szczegółową sieć nawadniającą.

7.     Klasyfikacja techniczna nawodnień

Należy sądzić, że prawidłowym punktem wyjścia do klasyfikacji technicznej powinna być technika dostarczania wody do czynnej warstwy gleby i sposób jej rozprowadzania w profilu glebowym. Wyróżniamy następujące kryteria decydujące o przynależności nawodnienia do danej jednostki klasyfikacyjnej:

a)  Sposób dostarczania wody na teren nawadniany                                - rodzaje

b)  Kierunek ruchu wody w obrębie nawadnianej warstwy gleby           - grupy

c)  Schemat hydrauliczny dostarczania wody do gleby                           - typy

d)  Zasadnicze rozwiązania techniczne urządzeń                                    - systemy

e)  Szczegóły techniczne                                                                              - odmiany

f)  Szczegóły eksploatacyjne                                                                              - formy

Ogólny układ przyjętej klasyfikacji  jest następujący: uwzględniając kierunek ruchu wody (wstępujący lub zstępujący), zasilającej profil glebowy, wyodrębniamy dwie grupy nawodnień: podpowierzchniowe i napowierzchniowe. Hydrauliczny schemat dostarczania wody określa typ nawodnień jako podstawową jednostkę klasyfikacyjną, której parametry w istotny sposób wyróżniają ją spośród innych jednostek. Zróżnicowania dalsze, wynikające z rozwiązań technicznych prowadzą do pojęcia systemu, a pewne drugorzędne szczegóły techniczne i eksploatacyjne pozwalają na wprowadzenie najniższych jednostek formy i odmiany.

9.     Ujęcia wody do nawodnień

Ujęcie stanowi zespół budowli służących do pobrania wody ze źródła i skierowania jej do doprowadzalnika zasilającego nawadniany obiekt. Ujęcie powinno zapewnić możność pobrania wody w odpowiednim do celu nawodnień czasie, ilości i jakości. Wybór typu ujęcia i jego konstrukcja zależą od rodzaju źródła wody, celu nawodnień i sytuacji wysokościowej źródło-obiekt. Istotną rolę odgrywa też typ i system nawodnień.

a)    Ujęcia z rzek

-       Ujęcia z mechanicznym podnoszeniem wody - ujęcia te mogą być stosowane bez spiętrzenia rzeki, o ile pozwala na to układ sytuacyjno-wysokościowy i są dostateczne bieżące przepływy dyspozycyjne. Korzystniejsze, choć bardziej kosztowne jest ujęcie ze spiętrzeniem, dzięki czemu uzyskuje się pewną stabilizację stanów i rezerwę wody w zbiorniku wyrównawczym, co przyczynia się do ekonomiczniejszej pracy urządzeń podnoszących. Ujęcie wyposażone w pompownię może przekazywać wodę do sieci nawadniającej w różny sposób, a mianowicie za pośrednictwem:

-          doprowadzalnika grawitacyjnego prowadzącego wodę bezpośrednio na obszar nawadniany

-          rurociągu tłocznego zasilającego przejściowy zbiornik wyrównawczy, skąd woda transportowana jest grawitacyjnie na obiekt nawadniany

-          rurociągu tłocznego zasilającego sieć pracującą pod ciśnieniem (deszczownie)

-       Ujęcia grawitacyjne - mogą być wykonane bez piętrzenia wody w rzece lub ze spiętrzeniem. Ujęcia grawitacyjne bez piętrzenia maja te niedogodność, że pobór wody w dużym stopniu zależy od zmiennych stanów w rzece, stąd znacznie pewniejsze w działaniu są ujęcia ze spiętrzeniem. Ze względu jednak na poważny koszt budowli piętrzącej (zwłaszcza na większych rzekach nizinnych) decyzja powinna być poprzedzona szczegółową analizą wariantów, obejmujących całość rozwiązania projektu nawadniania danego obszaru.

b)   Ujęcia ze zbiorników - zależnie od położenia wysokościowego zbiornika i obiektu nawadnianego mogą tu być stosowane podobne rozwiązania, przy ujęciach z rzek, ponieważ jednak zbiornik spełnia rolę osadnika, zamulanie odprowadzalników nie stanowi większego problemu i konstrukcje ujęć mogą być prostsze.

c)    Ujęcia wód gruntowych - w niektórych krajach nawodnienia sporych obszarów korzystają z zasobów wód wgłębnych. Tak np. USA około 15% wody używanej do nawodnień pochodzi z wód wgłębnych, w Indii około 20% powierzchni nawadniane jest ze studzien. Możliwości poboru wody wgłębnej do nawodnień są jednak dość ograniczone, mianowicie gdy:

-          poziomy wodonośne zalegają głęboko i nie tylko koszty instalacji lecz przede wszystkim pompowania są znaczne,

-          wydajność jednego otworu jest mała i występują obawy wyczerpania zbiornika podziemnego,

-          skład chemiczny wody stwarza potencjalne zagrożenie gleb wskutek zasolenia.,

Bezsporną zaletą wód wgłębnych bywa zwykle bliskość tego źródła w stosunku do obszaru nawadnianego. W hydrologicznych warunkach naszego kraju szersze wykorzystanie wód wgłębnych do nawodnień będzie raczej niewskazane. Źródła te winny przede wszystkim być przeznaczone na cele komunalne.

10.   Rodzaje doprowadzalników

Sposób doprowadzania wody do granic nawadnianego obiektu i poszczególnych jego części zależy od :

-          celu i systemu nawodnienia,

-          sytuacji wysokościowej obiektu i poziomów wody na ujęciu,

-          typu projektowanego ujęcia,

-          ilości i jakości prowadzonej wody (namuły, temperatura, skład chemiczny).

Jeżeli poziom roboczy zwierciadła wody w źródle (po uwzględnieniu  straty ciśnienia na ujęciu) leży dostatecznie wysoko w stosunku do poziomu wody niezbędnego na obiekcie nawadnianym to wodę można doprowadzić grawitacyjnie:

-          przewodem otwartym, przy istnieniu spadku co najmniej 0,3%,

...