Використання методу ставків-випаровувачів для утилізації дренажного стоку

 

Очікувати реального покращення природної ситуації на меліорованих землях не приходиться без кардинального вирішення проблеми утилізації дренажного стоку. Його подальше збільшення, запізнення із будівництвом дренажу на меліоративних системах, неякісне будівництво – все це веде до подальшого погіршення екологічної обстановки.

Одним з вирішень проблеми утилізації дренажного стоку є пониження його об’єму за рахунок впровадження водозберігаючих технологій в зрошувальному землеробстві. Мається на увазі: зменшення фактичних поливних норм за рахунок більш точного нормування; застосування способів поливу, що забезпечують більш рівномірний розподіл шару води і її економію (полив по точно спланованих смугах) ; крапельне зрошення тощо. Однак слід відмітити, що економія зрошувальної води внаслідок зменшення складової, яка йде на промивку ґрунту, призводить до підвищення відносного вмісту солей. В цьому випадку дренажні води перетворюються в концентровані розчини, що небезпечні для довкілля, а значить знову в ланцюзі проблем залишається проблема відводу, розміщення і подальшої утилізації дренажного стоку.

 

 

Природний солевміст в ґрунтах, мінералізація ґрунтових і зрошувальних вод, застосування мінеральних добрив і отрутохімікатів – складові, від яких залежить мінералізація дренажного стоку. Чим вища мінералізація і вміст отрутохімікатів в дренажному стоці, тим більшу екологічну небезпеку створює дренажний стік для довкілля. Існує ряд технічних рішень по покращенню якості колекторно-дренажних вод і їх утилізації: розведення прісною водою, хімічна меліорація, біологічна очистка, скид в природні пониження, або ставки-випаровувачі. Відмітимо, що енергоємні способи (дистиляція, електродіаліз, зворотний осмос тощо) застосовуються на невеликих площах. Розведення прісною водою, враховуючи її зростаючий дефіцит, не має подальшої перспективи. Ботанічні майданчики, в силу ряду існуючих недоліків, можуть застосовуватись тільки як найпростіші споруди у тимчасових схемах для екстреного зняття напруги в екологічній обстановці.

В кліматичних районах з високим значенням випаровування з водної поверхні застосовується спосіб відводу дренажних вод в природні пониження, або штучні ставки-випаровувачі, що побудовані з протифільтраційним екраном. Скид дренажних вод в природні пониження, або штучні ставки-випаровувачі пов’язаний з рядом суттєвих моментів. Зупинимося на них більш детально. Безумовно, скид дренажних вод у природні пониження має переваги. Проте при виборі пониження повинно бути враховано ряд факторів: – корисний об’єм і площа дзеркала випаровування; можливість створення діючої гідроізоляції, яка б виключала погіршення екологічної ситуації поблизу пониження в результаті інфільтрації сильномінералізованого розчину через дно, або борти; можливість прив’язки декількох меліоративних систем до одного або декількох, що близько розміщаються, понижень достатньої ємності (при цьому слід оцінити затрати на створення транзитної колекторної сітки і доцільність її будівництва, так як це потребує великих площ відчудження). Будівництво ставків-випаровувачів можна проводити як у виямці, так і в насипу (в останньому випадку необхідно враховувати вартість будівництва насосної станції). Головним фактором, як і у випадку з природними пониженнями, при цьому є надійна гідроізоляція дна і бортів ставків-випаровувачів. Крім того, повинні бути вирішені питання, пов’язані з використанням родючого шару ґрунту, з наявністю ґрунту для насипу обвалування, або його використання у випадку будівництва виямки. Величина випаровування з водної поверхні збільшується до 30% при її заростанні вищими водними рослинами. Отже, вибір відповідної вищої водної рослини відіграє також істотну роль.

Метод утилізації дренажних вод за допомогою ставків-випаровувачів достатньо широко використовується. Зокрема в США, в долині Сан-Хоакін був побудований каскад штучних водосховищ-випаровувачів Вестерсон. У 80-і роки ХХ ст. виявлений селен в дренажних стоках Каліфорнії став причиною закриття цього каскаду. Сьогодні проблеми, пов’язані з відводом дренажних вод, вирішуються на регіональному і внутрішньогосподарському рівні. Будуються регіональні, або внутрішньогосподарські ставки-випаровувачі. В долині Сан-Хоакін сумарна площа таких ставків в даний час складає 2, 5 тис. га і планується її збільшення ще на 4 тис. га.

Технічні методи очистки води ефективні, але енергоємні і, отже, дорогі. Утилізація дренажного стоку в ставках-випаровувачах здійснюється за рахунок сонячної енергії і роботи вищих водних рослин, що є дуже позитивним фактором. Проте проблема утилізації солей, що накопичуються, залишається відкритою як для випаровувачів, так як і при застосуванні інших технологічних методів утилізації дренажного стоку.

 

Вибір місця розташування ставка-випаровувача і його площі є складною інженерною задачею. ЇЇ вирішення необхідно починати з аналізу результатів комплексу інженерних вишукувань, що необхідно провести на гідромеліоративній системі і прилеглих площах. Ця задача ускладнюється у випадку, коли приходиться мати справу з діючою системою, що має уже сформований агроландшафт. На такій системі бажано, щоб будівництво ставка-випаровувача принесло мінімальний збиток існуючому сільгоспосвоєнню територій (тобто в першу чергу слід розглянути можливість його розміщення або на прилеглих територіях, або на існуючих не освоєних землях). При цьому крім техніко-економічних розрахунків будівництва самого випаровувача, в першу чергу слід оцінити природні умови площі розміщення (рельєф, геологічну будову, гідрогеологічні умови тощо). На окремих площах у залежності від природних умов і екологічного обґрунтування можна передбачити закачку накопиченого у випаровувачі розсолу в глибокі водоносні горизонти, створення протифільтраційного ложа із місцевого матеріалу, будівництво випаровувача у виямці, або насипу тощо. В кожному конкретному випадку повинен бути оцінений збиток, що наноситься сільському господарству за рахунок відчудження площі як під ставок-випаровувач, так як і під транзитні комунікації. Для пониження енергетичних затрат перевагу слід надавати самотічній системі скиду дренажного стоку у випаровувачі.

Для визначення безпосередньо самої площі ставка-випаровувача необхідно провести слідуючи розрахунки. Спочатку потрібно визначити необхідну сумарну площу ставка-випаровувача для кожного економічного району, виходячи з величин загального об’єму дренажного стоку V (без врахування акумулюючої здатності створюваних в подальшому ємностей). Причому, для збільшення величини випаровування з водної поверхні передбачається, що ставки-випаровувачі будуть обсаджені водною рослинністю. При цьому величина випаровування в залежності від площі заростання збільшується в 1, 14... 1, 37 рази. Глибина такого випаровувача задається як різниця середньорічних значень випаровування з водної поверхні (з врахуванням транспірації з водної рослинності) і величини опадів. Розрахунок сумарної площі такого випаровувача проводиться по формулі:

 ,

де V – об’єм дренажного стоку, млн. м3/ рік; В – випаровування з водної поверхні, мм; К – коефіцієнт, що враховує транспірацію з водної рослинності і дорівнює при 50% і 75% заростання поверхні відповідно 1, 24 і 1, 37 для степової зони та 1, 14 і 1, 22 для лісостепової зони; О – середньорічна кількість опадів, мм.

Утилізація дренажного стоку методом будівництва ставків-випаровувачів, або скиду його в природні пониження скрізь не можлива, так як потребує великих площ відчудження які крім того стануть екологічно небезпечними осередками (в результаті накопичення високомінералізованих вод). Далі необхідно провести розрахунок сумарної площі ставків-випаровувачів глибиною 1, 5 м і тривалістю заповнення відповідно 10, 15 і 20 років. Глибина 1, 5 м вибрана з врахуванням прогрівання води і створення сприятливих умов для проростання водної рослинності. Розрахунок ставка-випаровувача проводиться по формулі:

 ,

де Т – час замовлення ставка-випаровувача (10, 15 і 20 років) ; S – площа дзеркала ставка-випаровувача; Н – глибина ставка-випаровувача.

Для кінцевої оцінки можливості використання методу утилізації дренажного стоку за допомогою ставків-випаровувачів необхідно провести розрахунок їх площ, що розраховані на термін служби від 10 до 20 років для господарств з площею зрошуваних земель та дренажем 5... 10 тис. га в економічному районі, що розглядається.

 

 

В процесі експлуатації ставка-випаровувача в ньому йде постійне накопичення мінеральних солей, що приносяться щорічно дренажним стоком. Джерелом солей є природне засолення ґрунту, мінералізовані ґрунтові води і зрошувальна вода, а також накопичення отрутохімікатів, що вносяться на поля сільськогосподарського використання. Отрутохімікати в процесі накопичення в ставку-випаровувачі підлягають дії сонячної енергії і біообробці зі сторони мікроорганізмів і водної рослинності, в результаті чого відбувається їх руйнування. Мінеральні солі (хлориди, сульфати тощо) легко розчиняються у воді і тому будуть накопичуватись в ставках-випаровувачах у вигляді розсолів. Таким чином виникає проблема утилізації вже не дренажного стоку, а його похідної – ропи. Це стосується не тільки ставків-випаровувачів, а практично всіх методів утилізації дренажного стоку.

 

 

Вирішення проблеми утилізації дренажного стоку в першу чергу пов'язане з необхідністю удосконалення техніки поливу, а також боротьбою з фільтраційними втратами.

Ставки-випаровувачі можуть займати площі від 30 до 40% від площі зрошення з дренажем.

Через 20 років експлуатації постає питання про утилізацію солей, що накопичуються в ставках-випаровувачах. Ця проблема залишається при будь-якому способі демінералізації дренажного стоку.