23 10 24 Mano ukio prenumerata 2024 23 04 15 Gauti naujienas mobili žurnalas
Mano Ūkis 2019/04
Paviršinis nuotėkis melioruotame plote
  • Dr. Antanas DUMBRAUSKAS, Otilija MISECKAITĖ VDU Žemės ūkio akademija
  • Mano ūkis

Jei dirbamoje žemėje netinkamai tvarkomasi su paviršiniu vandeniu, tai gali lemti ploto trumpalaikį ar ilgalaikį užmirkimą, skatinti dirvožemio degradacijos procesus, tokius kaip dirvožemio erozija, suslėgimas ir pan. Be to, paviršinis vanduo gali laikinai apriboti žemės ūkio technikos pravažumą ir taip sutrikdyti derliaus nuėmimą ar net lemti jo dalies visišką praradimą.

Norint paviršinį vandenį tinkamai tvarkyti, reikia suprasti jo atsiradimo priežastis. Kiekvienam yra tekę stebėti, kaip stipriai lyjant atsiranda balos, o paskui ima formuotis vandens srautai, kurie tekėdami didžiausio žemės paviršiaus nuolydžio kryptimi gali susilieti net į mažus upelius. Kokia lietaus dalis suspėja įsigerti į dirvožemį, o kuri ima formuoti mažus upelius, priklauso nuo daugelio dirvožemio savybių, bet svarbiausia – susigėrimo greitis, ką moksliškai vadiname infiltracija. Ji matuojama vandens sluoksnio įsisunkimu per laiko vienetą – milimetrais per minutę.

Lietaus intensyvumas taip pat gali būti matuojamas milimetrais per minutę. Jei lyjant lauke pastatytume cilindro formos indą, o lietui pasibaigus pamatuotume vandens gylį jame (tai atitiktų laukuose iškritusio vandens sluoksnio storį), tai padalinę iš lietaus trukmės minutėmis gautume lietaus intensyvumą, matuojamą taip pat milimetrais per minutę, kaip ir infiltracija. Taigi, jei lietaus intensyvumas didesnis nei infiltracijos greitis, tada ir ima formuotis paviršinis nuotėkis. Paprastai lengvuose gruntuose (smėliuose ir priesmėliuose) infiltracija beveik visada būna didesnė už lietaus intensyvumą ir balos susidaro retai, o sunkiuose dirvožemiuose šis reiškinys daug dažnesnis.

Infiltracijos greitis dar priklauso ir nuo to, ar dirvožemis nėra suspaustas nuolat juo važinėjančių žemės ūkio mašinų. Balas dažnai galima pastebėti galulaukėse, kur apsisukant technikai dirvožemis sutankinamas labiau nei kitur. Dirvožemio suspaudimas šiandien ypač aktualus, suslėgta dirva gali visai neleisti įsisunkti paviršiniam vandeniui, nors esantis giliau drenažas ir galėtų jį priimti (nėra uždumblėjęs ar sugadintas mechaniškai), tačiau vanduo jo nepasiekia, o to rezultatas – balos ir užmirkę plotai.

Infiltracija ir filtracija

Kai infiltracijos procesas nusistovi, tada sakoma, kad vyksta filtracija. Tai pavaizduota paveiksle tamsiai mėlyna linija. Pradžioje infiltracija būna gana didelė, paskui mažėja ir tampa stabili. Tame pačiame paveiksle pažymėtas ir lietaus kiekis, iškritęs per atitinkamus laiko tarpus. Toks grafikas leidžia aiškiai matyti, kokia lietaus dalis neįsisunks į dirvožemį – ji yra virš kreivės.

Palyginkime filtraciją skirtingomis sąlygomis. Tarkime, dirvožemyje, kuris turi 2,5 proc. organinių medžiagų ir yra natūralios būsenos, t. y. nesuslėgtas ir jo tankis 1,21 g/cm3, filtracijos greitis yra apie 26,68 mm/val. Tokios pat sudėties, tačiau technikos suslėgtame dirvožemyje (pvz., tankis padidėjęs iki 1,45 g/cm3) filtracijos greitis siekia tik 8,36 mm/val. Kaip matyti, tankiui padidėjus apie 20 proc., filtracijos greitis sumažėjo net tris kartus.

Taigi, ne visuomet atsiradusių balų priežasčių reikia ieškoti atsikasant drenažą ir tikrinant, ar jis neužsikimšęs dėl susikaupusių nuosėdų. Pirmiausia, naudojant kietmatį (tai paprastas ir pigus prietaisas), reikėtų nusistatyti dirvos kietį, įsitikinti, ar nėra susiformavęs armens padas.

Jei matome, kad taip yra, tada reikia nustatyti suslėgto sluoksnio tankį ir filtracijos koeficientą. Įsitikinus, kad dirvožemis pagal savo granuliometrinę sudėtį nėra suspaustas, o žemės paviršiuje vis vien telkšo balos, tik tada reikia ieškoti drenažo gedimų. Literatūroje skelbiama, kad dirvožemio tankis dėl žemės ūkio technikos gali būti padidėjęs apie 20– 40 proc., bet kiekvienu atveju tą reikia patikrinti konkrečioje vietoje. Tai galima padaryti jau minėtais paprastais nešiojamaisiais kietmačiais arba sudėtingesniais elektroniniais prietaisais, kurie operatyviai pateikia daugiau informacijos apie dirvos būklę.

Pavyzdžiui, kompanijos „Eijkelkamp“ (Olandija) kietmatį Penetrologger prijungus prie kompiuterio, duomenų kaupiklyje išsaugota informacija perkeliama į kompiuterį ir apdorojama specialiomis programomis, o prijungus dar ir dirvos drėgnio matavimo prietaisą tuo pačiu metu galima išmatuoti ir dirvos drėgnumą. Jo matavimo gylis iki 80 cm, gylio tikslumas iki 1,0 cm, kietumo tikslumas iki 1,0 N. Prietaiso korpusą sudaro GPS antena, ekranas, valdymo pultas, nivelyras, smūgių amortizatorius ir kitos dalys. Duomenų kaupiklis sumontuotas vandeniui atspariame korpuse, turinčiame rankenas, kurios izoliuotos nuo elektros srovės, o maitinamas pakraunamomis baterijomis.

Priklausomai nuo dirvos pasipriešinimo stiprumo gali būti naudojami 4 skirtingi kūginiai antgaliai, kurie užsukami ant zondavimo strypo galo prieš pradedant matuoti. Matavimo metu gylį nustato vidinis ultragarsinis jutiklis, panaudojant gylio referencinę plokštelę. Prieš pradedant darbą elektroninis kietmatis turi būti užprogramuojamas, valdymo pulte nustatant pagrindinius parametrus (pavadinimą, matavimų ir jų pakartojimų skaičių, matavimo greitį, kūgio tipą ir kt.). Dažniausiai naudojamas kūginis matavimo antgalis, kurio viršūnės kampas 30°.

Agrotechniniai sprendimai vandens laidumui padidinti

Sunkių mineralinių dirvožemių vandens laidumą galima padidinti atliekant gilųjį purenimą. Supurentas dirvožemis greitai sugeria paviršinį vandenį ir akumuliuoja jį gilesniuose sluoksniuose, iš kur perteklinis vanduo pamažu nuteka drenų tinklu. Purenimo gylis turėtų būti apie 20 cm mažesnis už drenavimo gylį, optimalus gylis – 0,6–0,8 m.

Giluminiams purentuvams nereikia galingos technikos, jie gali būti kabinami prie traktoriaus tritaškės pakabos. Purenama turėtų būti statmenai drenažo sausintuvų, kad vanduo lengviau į juos sutekėtų. Bandymais nustatyta, kad supurentų sluoksnių laidumas net 3 metus po to buvo dešimtimis kartų didesnis už nepurentų. Be to, giluminis purenimas gerokai padidino ir žemės ūkio augalų derlių: pavyzdžiui, avižų ir vikių mišinio (žaliosios masės) apie 30 proc., o žieminių kviečių – apie 11 proc. Purenimo efektas išlieka 2–3 metus, tad jį būtina nuolat kartoti.

Jeigu nustatoma, kad dirvos kietis normalus, drenažas nesugedęs, tačiau žemės paviršiuje vis tiek telkšo balos, tuomet reikėtų pagalvoti apie papildomas paviršinio vandens nuleidimo priemones.

Yra ir kitų infiltraciją ir filtraciją lemiančių veiksnių, kaip antai paviršiaus nuolydis ir dirvožemio danga (tai arimas ar pieva, javai ir kt.). Kuo didesnis nuolydis, tuo mažiau vandens spėja įsigerti, nes jis greičiau nuteka paviršiumi, ir atvirkščiai – kuo šiurkštesnis paviršius (labiau apaugęs augmenija), tuo mažesnis tekančio vandens greitis ir atitinkamai didesnis įsisunkimas.

Nuolydžio pakeisti negalima, bet šiuo atveju galima taikyti lėkščiašlaites vagas, o paviršiaus šiurkštumą didinti laikant jas neartas. Tinka ir juostinė žemdirbystė, kuri pasaulyje plačiai taikoma, deja, Lietuvoje niekaip neprigyja. Paprasčiausią lėkščiašlaitę vagą (šlaitų koeficientas 5–10) galima suformuoti ariant penkiavagiu plūgu: pirmą kartą ariama taip, kad paskutinė vaga būtų projektuojamos vagos trasoje, antrą kartą – 1–2 vagomis toliau nuo išverstos vagos, trečią kartą – pirmojo arimo vietoje (vaga dar pagilinama, taip sudarant lėkščiašlaitę vagą). Šis būdas labai tinkamas vandeniui nuleisti iš nedidelių lomų.

Paviršinio nuotėkio greitam nuvedimui gali būti taikomos ir kitos agrotechninės priemonės, pvz., lysvinis arimas. Ariant lauką sumetimais, galima padaryti norimo pločio lysves. Sunkiuose priemoliuose ir moliuose rekomenduojama 8 m, vidutinio sunkumo priemoliuose – 12 m pločio lysvės. Pirmąją arimo vagą užvertus ant neartos dirvos, lysvės vidurys paaukštėja apie 20 cm, o tarplysvyje susidaro apie 20–30 cm gylio išmestinė vaga. Dėl dirbtinai suformuoto nuolydžio paviršinis vanduo sparčiai subėga į išmestines vagas ir į griovius.

Lysvinio arimo galuose reikia suarti skersinę lysvę ir augalus sodinti skersai lysvių. Sumetimas negali būti vienoje vietoje kelerius metus iš eilės. Lysvinio arimo trūkumai – sudarkomas armeninis sluoksnis (sumetime jis dvigubas, o išmestinės vagos vietoje – minimalus), gali prasidėti dirvos erozija. Tačiau tai gana paprastas, pigus ir greitas paviršinio vandens nuvedimas nuo dirvos paviršiaus, prieinamas kiekvienam ūkininkui.

Sunkios granuliometrinės sudėties, suplūktuose, tačiau neakmeninguose dirvožemiuose galima dirbtinai padaryti vandens takus – atlikti kurminimą. Urveliai padidina dirvožemio vandens laidumą. Jie daromi 0,5–0,7 m gyliu specialiu kurmintuvu, montuojamu prie traktorinio plūgo, 1,0–1,5 m atstumu vienas nuo kito. Kurminimą reikia atnaujinti kas 2–3 m. Nustatyta, kad tinkamai atliktas kurminimas žemės ūkio kultūrų derlių gali padidinti apie 10 procentų.

Kitos paviršinio vandens nuleidimo priemonės

Kartais šių ganėtinai paprastų agrotechninių sprendinių neužtenka. Tuomet reikia pagalvoti apie kitas paviršinio vandens nuleidimo priemones.

Paviršinio vandens nuleidimo statiniai parenkami pagal apskaičiuotą paviršinio vandens debitą vietos sąlygomis ir alternatyvų vandens nuleidimo priemonių ekonominį palyginimą.

Paviršinio vandens nuleistuvai yra skirti didesniam paviršinio vandens kiekiui iš mažesnių reljefo vietų nuleisti į drenažo tinklą. Paviršinio vandens nuleidimas aktualus lietingesniais metais, ypač pavasarį, taip pat sunkiuose dirvožemiuose. Drenuojamoje žemėje, kur kritulių ar tirpstančio sniego vanduo negali nutekėti į nuleidžiamuosius griovius nesukeldamas dirvos erozijos, turi būti projektuojami vandens nuleistuvai.

Vandens nuleistuvais laikomi statiniai, kuriais paviršinis vanduo atviru būdu (nefiltruojant per gruntą) nuleidžiamas į drenažo rinktuvą. Vandens nuleistuvai drenuotame plote išdėstomi uždarų lomų žemiausiose vietose, pakelėse, apsauginiuose grioviuose arba vandentakose, jas pertvėrus pylimėliais arba grioveliais. Esant galimybei, vandens nuleistuvai projektuojami prie naudmenų ribų arba pastovių vietos objektų. Baseino plotas, nuo kurio paviršinis vanduo turės tekėti į projektuojamą vandens nuleistuvą, neturi viršyti kritiškų baseinų plotų. Kritiškais baseinų plotais laikomi tokie plotai, kuriuos viršijus gali prasidėti dirvožemio vandens erozija. Kritiškų baseinų reikšmės pateikiamos lentelėje.

Nuleistuvo tipas ir vandenį nuo jo nuvedančio rinktuvo skersmuo parenkami tokie, kad jais be slėgio būtų nuleidžiamas į lomą pritekantis paviršinio vandens skaičiuojamasis debitas.

Vandens nuleistuvų įtekėjimo angos turi būti apsaugotos nuo nešmenų patekimo į nuleidžiamąjį šulinį ir nuvedantįjį rinktuvą, todėl

  • prieš nuleistuvo šulinį turi būti mineralinių (skęstančių) nešmenų sėsdintuvas;
  • įtekėjimo į vandens nuleistuvą angos turi būti apsaugotos nuo plaukiančių medžiagų patekimo į nuleistuvo šulinį.

Vandens nuleistuvo šulinio apatinėje dalyje turi būti ne mažesnio kaip 10 cm gylio vidinis sėsdintuvas. Aplink vandens nuleistuvą turi būti ne siauresnė kaip 1 m apsauginė velėnuota arba daugiamečių žolių mišiniu apsėta juosta. Vandens nuleistuvai turi būti pažymėti 1 m aukščio melioraciniais PE stulpeliais iš 3 pusių.

Lietuvoje melioruojamų žemių tipiniuose projektuose paprastai naudojami PN-42 tipo plastikiniai paviršinio vandens nuleistuvai. Paviršinio vandens nuleistuvo PN-42 polietileninis rentinys įleidžiamas į iškastą duobę ir sujungiamas su drenažo sistema. Nuleistuvų PN- 42 rentinio duobės šlaitų plotas palyginti mažas, vandens tekėjimo į šulinėlį nuolydžio kampas yra nedidelis, nes šulinėlis į žemę įleistas gana sekliai ir išsikiša virš žemės paviršiaus.

Projektuojami paviršinio vandens nuleidimo (PVN) statiniai vegetacijos periodu turi užtikrinti ne ilgesnę kaip 1 paros kritulių vandens telkšojimo lomose trukmę, nepriklausomai nuo drenuojamojoje žemėje auginamų augalų. Paviršinio vandens nuleidimo statiniams parinkti ir nuo jų nuvedančiųjų rinktuvų skersmenims nustatyti debitai skaičiuojami pagal vegetacijos periodo vienos paros 10 proc. tikimybės kritulių kiekius H (mm). Jų reikšmes rekomenduojama gauti pasinaudojant hidrometeorologijos tarnybos duomenimis, imant arčiausiai esančios meteorologinės stoties duomenis. Paviršinio vandens paros nuotėkio sluoksnis Δh pagal kritulių kiekius, įvertinant dirvožemio mechaninę sudėtį ir paviršiaus nuolydį, gali būti nustatomas pasinaudojant pateikiama nomograma.

Norint gauti Δh naudojantis nomograma, pirmiausia reikia horizontalios ašies kairėje dalyje pagal dirvožemio filtracijos koeficientą pasirinkti k reikšmę (parodyta 0,05) ir iš to taško kilti statmenai iki susikirtimo su linija, atitinkančia žemės paviršiaus nuolydį i, vėliau nuo susikirtimo brėžti horizontalią liniją iki mėlyna spalva pažymėtos kreivės, atitinkančios vegetacijos periodo vienos paros 10 proc. tikimybės kritulių kiekį H, ir vertikaliai leistis žemyn. Taip horizontalioje ašyje gaunama Δh reikšmę.

Per vieną parą į apsauginį griovį arba uždarą lomą sutekantis paviršinio vandens kiekis V (m3) skaičiuojamas pagal formulę:

V = 10 . Δh . Ap

Čia: Ap – lomos prietakos baseino plotas, ha;

Δh – 1 paros paviršinio vandens nuotėkio aukštis, mm.

Prietakos baseino plotas paprastai yra didesnis nei pačios lomos plotas Al. Paviršinio vandens debitas, užtikrinantis vandens telkšojimo uždaroje lomoje trukmę, ne ilgesnę kaip 1 para, Qpav (l/s) skaičiuojamas taip:

Qpav= V / 86,4

Skaičiuojant vandens nuleistuvo debitą, būtina atsižvelgti į uždaroje lomoje telpantį vandens kiekį, kurį nusako lomos tūris Vlomos (m3), tačiau ne visuomet visas lomos tūris gali būti užpildytas. Imamas tas tūris, kuris yra mažesnis:

V < Vlomos arba Vlomos < V. Apytikriai lomos tūris apskaičiuojamas lomos plotą Al, padauginus iš vandens gylio h lomoje:

Čia: Al – lomos plotas pagal išsiliejusio vandens paviršių, m2; h – vidutinis lomoje esančio vandens vidutinis gylis, m.

Esant palankioms sąlygoms, paviršiniam vandeniui nuvesti nuo vandens nuleistuvo iki rinktuvo, pirmumas teikiamas autonominiams rinktuvams, t. y. tokiems, į kuriuos neleidžiamas drenažo vanduo.

Kai lomos paviršiuje yra storas (> 15 cm) humusingo dirvožemio arba struktūringų durpių sluoksnis ir lomos plotas Al, palyginti su jos prietakos baseino plotu Ap, yra didelis (apytikriai Al/Ap > 0,125), paviršinį vandenį rekomenduojama nuleisti per papildomas drenas su požeminiais filtrais. Apskaičiuotas papildomų drenų su požeminiais filtrais debitas turi būti ne mažesnis negu pritekančio į lomą paviršinio vandens debitas.

Požeminiams filtrams įrengti naudojamos vietinės didelio hidraulinio laidumo medžiagos (skalda, žvirgždas, žvirgždo ir smėlio mišinys, smėlis, žabai, medžio skiedros, trupininės durpės) arba geotekstilė. Naudojant vietines medžiagas, jomis 3–6 m ilgio sausintuvo tranšėja užpilama iki armeninio sluoksnio; naudojant geotekstilę – tarp sausintuvo ir armeninio sluoksnio įrengiamos viena arba dvi geotekstilės juostos, o likusi tranšėjos dalis užpilama vietiniu gruntu.

Loma atveriama, kai ji yra iki 0,5 m gylio ir prietakos baseinas nedidelis. Lomų atvėrimas labiau negu papildomos drenos su požeminiais filtrais tinka tik tais atvejais, kai lomoje vyrauja sunkūs dirvožemiai, o žemiau lomos yra patogios sąlygos paviršiniam vandeniui priimti. Atveriant lomą, negalima sudaryti didesnių negu kritiški lomų baseinai plotų. Lomos atveriamos takoskyriniame ruože padarant 6 m dugno pločio su ne statesniais kaip 1:8 šlaitais vandentaką.

Mažo ploto lomose vietoj visiško atvėrimo gali būti projektuojamas dalinis atvėrimas su daliniu lomos užpylimu. Atveriamų ir užpilamų lomų vandentakų išilginis nuolydis turi būti ≥ 0,3 proc. Atveriant ir užpilant lomas turi būti išsaugotas humusingas dirvožemis.

***

Priemonės paviršiniam vandeniui nuleisti

  • Vandens nuleistuvai. Jais į gilias (daugiau kaip 0,5 m) uždaras lomas, pakeles ar specialiai pertveriamas vandentakas sutekantis paviršinis vanduo nuleidžiamas į drenažo rinktuvus (labiausiai tiktų pakelėse).
  • Papildomos drenos su požeminiais filtrais. Jos naudojamos paviršiniam vandeniui iš nedidelio baseino ploto negilių uždarų lomų į drenažo rinktuvus nuleisti.
  • Uždarų lomų (įdubų) „atidarymas“. Tai yra paviršinis vanduo nuleidžiamas iš įdubų į netoli esančius griovius arba kitas lomas, kuriose jau yra vandens nuleistuvas.

***

Uždaros lomos skaičiavimo pavyzdys. Pateikiame konkrečią uždarą lomą, kurios ir atliksime paviršinio nuotėkio skaičiavimus. 2017 m. Kauno r. Noreikiškių kadastrinėje vietovėje nustatytas užmirkęs plotas dėl susikaupiančio paviršinio vandens. Čia buvo būtini paviršinio vandens nuleistuvai.

Pagal melioracijos projekto medžiagą nustatyta, kad šioje vietoje dirvožemis yra lengvas priemolis, o filtracijos koeficientas 0,05 mm/min, nuolydis pagal topografinę nuotrauką 10 proc., o 10 procentų tikimybės vegetacijos periodo krituliai – 55 mm. Tada pagal nomogramoje parodytą schemą (punktyrinė linija) surandame, kad vidutinio paros nuotėkio aukštis Δh = 38 mm.

Uždaros lomos prietakos plotas 0,85 ha. Pačios lomos plotas 0,17 ha. Lomos maksimalus gylis 0,85 m, vidutinis gylis 0,42 m. Lomos tūris 714 m3. Tada pritekantis tūris bus:

V =10 . 38 . 0,85 = 323 m3

Kadangi lomos tūris yra 714 m3, o pritekantis vandens tūris mažesnis, jį ir naudojame, nustatydami vandens nuleistuvo debitą:

Q = 323 / 86,4 = 3,7 l/s