X. Nawodnienia zalewowe

1. Dane ogólne

Nawodnienia zalewowe należą do obszernej grupy nawodnień napowierzchniowych. W ramach nawodnień zalewowych, jako typu określanego przez hydrauliczny schemat dostarczania wody do gleby, wyróżniamy na podstawie zasadniczych rozwiązań technicznych trzy systemy. W obrębie każdego systemu występuje szereg odmian i form uwarunkowanych szczegółami technicznymi lub eksploatacyjnymi. Oparty na tych przesłankach podział nawodnień zalewowych przedstawiono w tabeli 10.1.

Tabela 10.1. Podział nawodnień zalewowych

Systemy	Odmiany	Formy
1.Zalewy naturalne nie kontrolo- wane	-	-
2.Zalewy kierowane	1.Roztopowe 2.Powodziowe	Z wykorzystaniem lub bez wykorzystania zrzutów
3. Zalewy regulowane	1.Stojące 1.1.Układy zależne 1.2.Układy niezależne 2. Przepływowe	Z wykorzystaniem lub bez wykorzystania zrzutów

Dzięki swym rozlicznym formom i odmianom nawodnienia zalewowe mogą być stosowane do różnych celów a więc nie tylko jako nawodnienia zwilżające, ale także jako nawodnienia użyźniające, przemywające, oczyszczające itd.

2. System zalewów naturalnych

Ściśle biorąc zalewy naturalne, powstające w dolinie cieku podczas przechodzenia wód większych niż brzegowe, nie powinny być zaliczane do technicznych systemów nawodnień. Pomimo to umieszczamy je w ogólnej klasyfikacji nawodnień zalewowych i omawiamy je dla podkreślenia że:

• obserwacje zjawisk naturalnych zachodzących w zalewanej dolinie dostarczać mogą wielu informacji o działaniu nawodnień na roślinność i glebę oraz wskazówek do poprawnego projektowania i eksploatacji urządzeń nawadniających;

• niekiedy bez kosztownych inwestycji, za pomocą prostych środków, można spotęgować pożyteczne działanie istniejących zalewów naturalnych lub też osłabić ich uboczne skutki ujemne związane z żywiołowym, niekontrolowanym, przebiegiem fali powodziowej.

Znajomość zalewów naturalnych i dobre rozpoznanie ich roli w dolinie pozwoli uniknąć zbyt pospiesznych i szablonowych decyzji co do likwidowania w ogóle wszelkich wylewów przez obwałowanie lub pogłębienie koryta cieku.

W dolinach niektórych naszych cieków, w zasięgu wylewów wiosennych, uformowały się żyzne gleby madowe, a dzięki okresowemu przepływowi wody i namulaniu utrzymuje się stadium łąkowe procesu darniowego, zapewniając niezłe ilościowo i jakościowo plony.

Oczywiście zalewy naturalne, eliminując z doliny użytki orne mają także i dla użytków zielonych liczne niedogodne strony, np: zmienne wysokości zalewu oraz zmienne terminy i okresy trwania. Zdarzać się też mogą wylewy w okresach wyraźnie szkodliwych (np. podczas sianokosów) i dlatego w miarę intensyfikacji rolnictwa rola zalewów naturalnych ulega ograniczeniu.

3. System zalewów kierowanych

Zalewy kierowane należą do ekstensywnych form nawadniania, nie wymagają wprawdzie złożonych i kosztownych urządzeń, ale też pozwalają jedynie na stosunkowo ograniczone regulowanie ilości i jakości wody oraz czasu nawodnień.

Zalewy kierowane roztopowe - tereny przystosowane do tego rodzaju nawodnień noszą nazwę limanów. Na obszarach położonych poza dolinami cieków, w terenach stosunkowo płaskich, wody powierzchniowe spływające na wiosnę są zatrzymywane za pomocą grobelek (o wys. 1 - 2 m), biegnących po warstwicach (rys.11.1). W grobelkach znajdują się spusty i przelewy umożliwiające kolejne napełnienie kwater. Czas trwania zalewu nie powinien być dłuższy niż 5 - 10 dni, a wodę należy spuszczać dostatecznie wcześnie przed robotami wiosennymi i ruszeniem wegetacji. Średnia głębokość zalewu na limanach płytkich wynosi 15 - 20 cm, w limanach głębokich 50 - 80 cm. Ze względu na koszty grobli i pożądaną dużą powierzchnię poszczególnych pól, nawodnienia w formie limanów stosowane są na małych spadkach, nie przekraczających 2 - 3 %.

W obniżeniach terenu i w dolinach małych cieków, prowadzących tylko okresowo wody roztopowe, układ grobelek jest nieco inny, mianowicie poprzeczny do głównej osi doliny (rys.11.1b). Odpowiednie urządzenia piętrzące i przelewy w groblach pozwalają na wykonanie zalewu z parokrotnym wykorzystaniem zrzutów.

Zalewy kierowane powodziowe - prototypem wszelkich nawodnień zalewowych kierowanych były niewątpliwie starożytne nawodnienia w dolinie i delcie Nilu, ograniczone do okresu wezbrań, ale w pewien sposób sterowane za pomocą prostych urządzeń piętrzących i rozprowadzających, co w decydującym stopniu zwiększało efektywność tego nawodnienia w porównaniu z zalewem naturalnym.|

W niektórych krajach Europy Środkowej (Niemcy, Północne Włochy) kierowane zalewy powodziowe były dość długo wykorzystywane do użyźniającego nawadniania naturalnych użytków zielonych, położonych w dolinach rzek. Intensyfikacja rolnictwa, a szczególnie rozpowszechnienie nawożenia mineralnego na przełomie XIX i XX wieku spowodowało jednak zahamowanie, a nawet zaniechanie tego rodzaju nawodnień.

Realizacja zalewów kierowanych jako koncepcji melioracji napotyka duże trudności organizacyjne: uzależnia prowadzenie nawodnień od każdorazowego przebiegu fali powodziowej i narzuca konieczność jednolitego użytkowania doliny,ograniczonego w zasadzie do gospodarki łąkowej.

4. System zalewów regulowanych

4.1. Warunki stosowania i schematy rozwiązań technicznych

Zalew jako typ nawodnień, reprezentuje dość ekstensywny i niezbyt precyzyjny sposób dostarczania wody do gleby, jeśli chodzi o osiągnięcie samego tylko efektu zwilżającego. W związku z tym systemy zalewów regulowanych, aczkolwiek zapewniają sprawny rozrząd wody, mają sporo stron ujemnych, które ograniczają szersze stosowanie nawodnień zalewowych w intensywnym gospodarstwie rolnym.

Należy zastrzec, że uwaga ta nie dotyczy jednej, bardzo poważnej dziedziny produkcji roślinnej, mianowicie uprawy ryżu, który zajmuje ponad połowę nawadnianych terenów świata. Ryż wymaga w okresie wegetacji utrzymania zalewu o głębokości kilkunastu centymetrów i pomimo licznych prac badawczych nad hodowlą nowych odmian i metodami nawodnień, system zalewów regulowanych pozostaje na polach ryżowych, w skali światowej, nadal powszechnie stosowanym systemem nawodnień.

Zalew regulowany okazuje się także niezastąpionym sposobem nawadniania dla realizacji niektórych celów specjalnych, np. przy melioracji gleb słonych lub zasolonych.

Ze względu na trudności techniczne i eksploatacyjne oraz wysokie koszty urządzeń do zalewów regulowanych, konieczne jest w fazie studiów przedmelioracyjnych szczególnie wnikliwa analiza wszystkich warunków decydujących o możliwości i celowości zastosowania tego nawodnienia. Pod uwagę należy brać następujące czynniki:

1. Cel nawodnień

W naszych warunkach glebowo-klimatycznych i gospodarczo-rolniczych nawodnienia zalewowe nastawione tylko na regulowanie wilgotności gleby nie mają widoków rozwoju, natomiast mogą i powinny być przedmiotem rozważań w dolinach rzek, jako nawodnienia użyźniające o charakterze melioracyjnym (kolmatacja, namulanie) lub w pewnych przypadkach jako nawodnienia oczyszczające przy rolniczym wykorzystaniu ścieków.

2. Woda

Do wykonania nawodnień zalewowych niezbędne są nie tylko duże sumaryczne ilości wody, sięgające kilku tysięcy m³ ha^-1, ale również duże rozporządzalne dopływy sekundowe, kształtujące się w przedziale od kilku do kilkudziesięciu l s^-1 ha^-1 jednocześnie nawadnianej powierzchni.

3. Gleby

Nawodnienia zalewowe nie nadają się na gleby:

• ciężkie, ilaste, o małej przepuszczalności i odciekalności,

• bardzo przepuszczalne o małej polowej pojemności wodnej.

4. Spadki i ukształtowanie powierzchni.

Nawodnienia zalewowe wymagają możliwie płaskiej, nie urozmaiconej powierzchni terenu. Różnice w rzędnych mikroreliefu nie powinny przekraczać 10-15 cm, aby zapewnić równomierność pokrycia wodą bez konieczności kosztownego wyrównywania powierzchni. Ze względu na pożądaną dużą powierzchnię pojedynczej kwatery przy jednoczesnym ograniczeniu maksymalnej dopuszczalnej głębokości wody do 50-60 cm, nawodnienia zalewowe nie są na ogół stosowane na spadkach większych od 5 *. W terenach o dużych spadkach, pomijając trudności eksploatacyjne, czynnikiem ograniczającym będą wysokie koszty budowy grobli i licznych obiektów pomocniczych.

5. Rodzaj użytków rolnych.

Zarówno na gruntach ornych ( z wyjątkiem pól ryżowych), jak i na użytkach zielonych, zalew powinien być w zasadzie stosowany do użyźniająco-zwilżających nawodnień przedwegetacyjnych lub pozawegetacyjnych. Z pewnymi zastrzeżeniami można dopuścić na łąkach nawodnienia zalewowe również w okresie wegetacji, mianowicie w początkowych fazach odrostu w kilka dni po zbiorze pokosu. Należy jednak wtedy ograniczyć czas trwania i głębokości zalewu, nie dopuszczać do zamulenia porostu oraz zapewnić szybki zrzut, nie dopuszczać do zmulenia porostu oraz zapewnić szybki zrzut nadmiaru wody.

Do nawadniania intensywnych pastwisk kwaterowych zalewy nie są odpowiednie ze względu na trudności eksploatacyjne, wynikające ze skomplikowanego harmonogramu nawodnień i wypasów oraz okresowego nadmiernego uwilgotnienia darni, osłabiającego jej wytrzymałość na mechaniczne działanie kopyt i racic zwierząt.

Schematy urządzeń melioracyjnych do nawodnień zalewowych omówimy w zastosowaniu do naszych warunków i przede wszystkim dla użytków zielonych leżących w dolinach rzek.

Obszar nawadniany dzieli się na kwatery za pomocą grobelek usytuowanych w taki sposób, aby przy minimum ich długości i kubatury wytworzyć możliwie duże powierzchnie, dogodne do mechanizacji upraw i sprzętu. Zachowany musi być przy tym warunek nie przekroczenia maksymalnej głębokości zalewu w miejscach najniższych (50-60 cm) i utrzymania głębokości średniej (25-30 cm).Dążąc do projektowania kwater o dużych powierzniach należy jednak pamiętać, iż zbyt wielkie kwatery utrudniają równomierność nawadniania, powodują wydłużenie czasu zalewu i wymagają dużego dopływu sekundowego, co z kolei zmusza do rozbudowania sieci doprowadzającej i świateł budowli wpustowych. Z tych względów dogodna wielkość kwatery leży zazwyczaj w przedziale 5-15 ha. Napełnianie kwater o powierzchni do 5 ha trwa 1 dzień, 5-10 ha 2 dni a ponad 10 ha 3 dni.

Na rozplanowanie i rodzaj urządzeń doprowadzających i odwadniających ma wpływ odmiana i forma zamierzonych nawodnień. Rozróżniamy:

• zalew stojący, gdy po zalaniu kwatery do określonego poziomu i zamknięciu dopływu przewidujemy pewien czas postoju wody na kwaterze dla wsiąknięcia określonej dawki lub osadzenia namułów,

• zalew z przepływem, gdy po zalaniu kwatery podtrzymujemy dopływ, wytwarzając przez czas dłuższy ruch wody na kwaterze z określonymi prędkościami.

Każdy regulowany zalew może być zaprojektowany z uwzględnieniem wykorzystania zrzutów lub też bez ich wykorzystania. Te założenia rzutują na trasy doprowadzalników i rowów odpływowych oraz na wzajemny układ kwater.

W układzie zależnym (rys.10.2a) rolę głównego doprowadzalnika i głównego rowu odpływowego spełnia jeden kanał, biegnący zazwyczaj środkiem szeregu kwater uformowanych przez prostopadłe do osi doliny groble. Na kanale w przekrojach poszczególnych grobli, znajdują się zastawki do piętrzenia wody i regulowania przepływu. Rozwiązanie to, oszczędne z punktu widzenia inwestycyjnego, jest mało elastyczne w eksploatacji i nie pozwala na zróżnicowanie użytkowania w obrębie kwater zależnych jedna od drugiej pod względem gospodarki wodnej.

Układ niezależny zapewnia osobne doprowadzenie i odprowadzenie wody z każdej kwatery (rys.10.2.b.c.), umożliwia zróżnicowanie użytkowania oraz jest sprawniejszy w eksploatacji, ale oczywiście kosztowniejszy jako inwestycja.

W projekcie nawodnienia zalewowego należy przewidzieć dobre osuszenie terenu. W razie stałego, głębokiego zalegania wód gruntowych na użytkach zielonych wystarcza dość rzadka sieć płytkich rowów, odprowadzająca skutecznie wody powierzchniowe. Jeśli natomiast wody gruntowe występują przez dłuższy okres blisko powierzchni, to rozstawę rowów trzeba obliczyć metodami hydraulicznymi, zakładając dopuszczalny czas (np.7-10 dni) obniżenia zwierciadła wody gruntowej po zalewie na głębokość optymalną w danych warunkach glebowych. Rozstawy rowów osuszających kształtują się najczęściej w przedziale 40 - 70 m.

Dodatkowe trudności przy nawodnieniach zalewowych stwarza sieć komunikacji wewnętrznych. Korona grobli, na których biegną drogi, musi być wzniesiona co najmniej 50 cm nad rzędną zalewu i mieć szerokość najmniej 2 - 3 m. Należy również przewidzieć przejazdy przez groble międzykwaterowe.

4.2 Prowadzenie nawodnień zalewowych

Schemat eksploatacyjny nawodnień zależy od wielkości dopływu dyspozycyjnego i ma bardzo poważny wpływ na rozwiązania techniczne i wymiary urządzeń.

Zalew stojący w układzie niezależnym może być realizowany tylko przy dużych dopływach; kolejność nawadniania kwater nie jest ograniczona ich położeniem i sposobem rozrządu wody, lecz wynika z potrzeb rolniczych i organizacyjno-społecznych. Straty wody są wtedy znaczne, gdyż zrzuty z każdej kwatery odprowadza się wprost do rowu odpływowego, natomiast efekty użyźniające mogą być całkowicie regulowane, ponieważ kwatera korzysta zawsze ze świeżej wody.

Zalew stojący w układzie zależnym można prowadzić w dwojaki sposób. Jeżeli dysponujemy dużym dopływem, to daną grupę kwater nawadnia się poczynając od kwatery najniższej i w tej samej kolejności następuje odwodnienie. Każda kwatera otrzymuje wtedy świeżą wodę, lecz zrzuty nie są wykorzystywane. Przy małych ilościach wody należy wykorzystywać zrzuty i nawodnienia rozpoczynać od kwatery najwyższej, co jednak powoduje, że kwatery dolne zasilane są wodą przynajmniej częściowo zubożoną. Dla zapewnienia równomierności działania użyźniającego i melioracyjnego byłaby celowa coroczna zmiana kolejności nawodnień. Na małych spadkach terenu zarówno pierwszy, jak drugi sposób nawadniania nie usuwa zasadniczych niedogodności układu zależnego - podtapiania górnych kwater przez dolne.

Przy zalewie stojącym rozróżniamy czas niezbędny do napełnienia kwatery oraz czas tzw. postoju, który należy przewidzieć, jeśli w fazie napełniania nie zostałby osiągnięty cel nawadniania, a więc wsiąknięcie założonej dawki wody lub osadzenie określonej ilości namułów na powierzchni terenu.

Łączny czas trwania zalewu na łąkach nie powinien w okresie wegetacji przekraczać 2-3 dni, na wiosnę przed ruszeniem traw zalew może być dłuższy - do 7 dni.

Zalew z przepływem do nawadniania łąk stosowany bywa obecnie rzadko i tylko w układzie zależnym. Wyjątkowo w razie dysponowania dużymi ilościami wody lub przy nawodnieniach wyłącznie użyźniających i kolmatacji można by się zgodzić na zrzut niewykorzystany. Zalew z przepływem wymaga znacznego dopływu sekundowego (przeważnie większego niż 30 l⋅s^-1⋅ha^-1), głębokości wody na kwaterze są niewielkie (10-15 cm), a czas trwania nawodnienia nie może być dłuższy niż w przypadku zalewu stojącego, ponieważ dzięki przepływowi uzyskuje się wodę ruchliwą, natlenioną.

Nawodnienia zalewowe

Krzysztof Ostrowski

8

7

---