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 :

1. 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.

2. 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.

3. 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.

1. 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.

2. 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.

3. 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%,

• przewodem zamkniętym, przy istnieniu spadku co najmniej 3,0%,

W przypadku, gdy sytuacja wysokościowa źródła wody nie pozwala bezpośrednio na powyższe rozwiązanie, stosowane są ujęcia z mechanicznym podnoszeniem wody, co umożliwia doprowadzenie:

• albo grawitacyjne (kanałem otwartym lub przewodem zamkniętym),

• albo przewodem tłocznym, pracującym pod ciśnieniem,

Wymienione elementy sieci nawadniającej, kanały i przewody służące do transportu wody nazywane są ogólnie doprowadzalnikami. Najpowszechniej stosowanym typem doprowadzalników są otwarte kanały ziemne; nie stawiają one w zasadzie ograniczeń co do wielkości przepływu i nie wymagają dużych spadków. Przewody rurowe, zwłaszcza tłoczne, używane są rzadziej i przeważnie do nawodnień deszczownianych. Uwzględniając przede wszystkim zróżnicowania funkcjonalne można wyodrębnić następujące rodzaje doprowadzalników:

1. Kanał nawadniający zajmuje osobną pozycję - nazwą tą oznaczamy wyłącznie kanał otwarty, który obok transportu wody na dalsze odległości spełnia rolę bezpośredniego źródła wody dla poszczególnych obiektów w obrębie większego obszaru, rejonu geograficznego lub gospodarczego, zasilanego tym kanałem. Do kanałów nawadniających zalicza się więc urządzenia duże, prowadzące przepływy rzędu kilkunastu do kilkuset m³⋅s^-1 i osiągające też znaczną długość, nieraz do kilkuset km.

2. Doprowadzalnik główny - niezależnie od typu hydraulicznego i konstrukcyjnego - doprowadzalnik ten prowadzi bezpośrednio wodę od ujęcia do nawadnianego obiektu, często przechodzi przez grunty obce i ma za zadanie transportowanie wody z jak najmniejszymi stratami do węzłów rozbioru, zasilających dalsze elementy sieci.

3. Doprowadzalniki boczne (drugiego i niższych rzędów) pobierają wodę z doprowadzalnika głównego i dostarczają do granic poszczególnych pól obiektu.

4. Z doprowadzalników bocznych woda może być kierowana na pola do szczegółowych urządzeń nawadniających w dwojaki sposób:

• bezpośrednio,

• za pośrednictwem drobniejszej sieci rozdzielczej,

5. Ostatnim ogniwem jest szczegółowa sieć rozprowadzająca, która dostarcza wodę do każdego punktu pola - profilu glebowego.

W obrębie nawadnianego obszaru, oprócz kanału nawadniającego, wyróżniamy więc:

• sieć doprowadzającą

• sieć rozdzielcza

• sieć rozprowadzającą, czyli szczegółową

11. Trasa i profil podłużny doprowadzalników

1. Trasa - doprowadzalniki do nawodnień grawitacyjnych winny być poprowadzone w ten sposób, aby zwierciadło wody układało się w nich odpowiednio wysoko ponad najwyższą rzędną zwierciadła wody, wymaganą na obszarze nawadnianym. Doprowadzalniki główne zasilające obszary, które są nawadniane za pomocą systemów napowierzchniowych, biegną wiec od ujęcia do granic obiektu po wyższych miejscach terenu, z możliwie najlepszym, tj. równomiernym wykorzystaniem spadku. Doprowadzalniki boczne leżące wewnątrz obiektu, należy kierować tak, aby obsługiwały o ile możności największe powierzchnie. Zazwyczaj trasy tych doprowadzalników prowadzone są wzdłuż lokalnych linii wododziałowych.

W systemach nawodnień podpowierzchniowych, zwłaszcza w terenach płaskich, warunek ten nie jest niezbędny. Na przykład przy nawodnieniach podsiąkowych można uzyskać podniesienie zwierciadła wód gruntowych piętrząc wodę w rowach odwadniających i odpływowych. Rowy te, prowadzone miejscami najniższymi, kotlinami, spełniają po spiętrzeniu rolę doprowadzalników, przekazujących wodę do sieci szczegółowej. Trzeba jednak podkreślić, że rozwiązanie takie jest pod względem eksploatacyjnym mało elastyczne i nie nadaje się do intensywnej gospodarki rolniczej. Trasy doprowadzalników głównych i bocznych, prowadzących mniejsze ilości wody, biegną w liniach prostych. Na zmianach kierunków stosowane są zwykle łuki kołowe o promieniu równym 2,5 - 10,0 krotnej szerokości zwierciadła wody. Doprowadzalniki boczne dochodzą do doprowadzalnika głównego pod kątem 60 - 90^o.

2. Profil podłużny - położenie zwierciadła wody w sieci doprowadzającej zależy od przyjętego typu nawodnień. Typ zalewowy na przykład wymagać będzie zwierciadła wody na rzędnej wyższej o kilkadziesiąt cm od średniej rzędnej terenu na kwaterze, przy systemie stokowym może natomiast wystarczyć spiętrzenie wody na kilka cm nad powierzchnię najwyższego punktu terenu, a przy podsiąku uzyskanie zwierciadła wody na głębokości 20 cm pod terenem bywa niekiedy zupełnie zadowalający rozwiązaniem. Po ustaleniu w poszczególnych węzłach doprowadzalnika miarodajnych rzędnych zwierciadła wody, należy nanieść je na profil podłużny. Projektowanie profilu podłużnego i wymiarowanie doprowadzalników wykonuje się przy założeniu ustalonego ruchu równomiernego, przyjmując spadek zwierciadła wody równy spadkowi dna. Trzeba podkreślić, że to nie zawsze będzie słuszne. Wskutek regulowania poziomów i zróżnicowania rozbiorów wody, mogą zdarzać się przypadki, że pewne odcinki sieci okresowo pracują w warunkach ruchu nierównomiernego. Połączenia doprowadzalników, zazwyczaj dno elementu bocznego wykonuje się na poziomie dna elementu doprowadzającego. Jeśli stany wody i przepływy doprowadzalnika wyższego rzędu są w okresie nawodnień stałe, to doprowadzalnik boczny pobierający tylko część przepływu głównego może mieć dno położone wyżej. W sieci rozdzielczej dno elementu bocznego może leżeć poniżej dna elementu zasilającego, jeżeli prowadzi on dostateczne ilości wody przy niewielkich napełnieniach, a warunki topograficzne pozwalają na ten układ.

12. Współczynnik sprawności doprowadzalników

W każdej sieci doprowadzającej występują mniejsze lub większe straty wody na trasie od ujęcia do pola nawadnianego. W doprowadzalnikach grawitacyjnych otwartych straty mogą być poważne, a powstają one wskutek:

• filtracji przez dno i skarpy kanału,

• parowanie z wolnej powierzchni wody,

• ucieczki wody przez nieszczelne budowle regulujące,

• zrzuty części wody niewykorzystanej w danym okresie,

Pomimo stosowania różnych środków zabezpieczających pewne straty w sieci są nieuniknione, a ilości wody pobierane na ujęciu muszą być odpowiednio większe niż zapotrzebowanie netto. Wymiary poszczególnych odcinków doprowadzalnika należy projektować na przepływ brutto, który równa się przepływowi potrzebnemu w określonym punkcie sieci, zwiększonemu o pozycję strat występujących na długości danego odcinka. Sprawność pojedynczego doprowadzalnika, jako elementu sieci, można scharakteryzować w sposób następujący.

Oznaczając przez:

Q_br - przepływ brutto na początku doprowadzalnika, (m³s^-1),

Q_n - przepływ netto na końcu doprowadzalnika (m³s^-1),

L - długość doprowadzalnika (km).

Strata przepływu w m³⋅s^-1 na odcinku L km wynosi:

S = Q_br - Q_n

Wyrażając tę stratę w stosunku do przepływu brutto i długości doprowadzalnika otrzymamy tzw. współczynnik strat:

Współczynnik σ_br przedstawia więc procentową wielkość strat na jednym km długości odniesioną do początkowego przepływu doprowadzalnika. Stosunek przepływu netto do przepływu brutto nazywamy współczynnikiem sprawności doprowadzalnika. Współczynnik sprawności charakteryzuje pracę doprowadzalnika; im bliższy jest on jedności tym mniejsze są straty wody, tym lepsze może być funkcjonowanie sieci nawadniającej.

1. Straty na filtrację - na wielkość strat filtracyjnych z doprowadzalników otwartych mają wpływ następujące czynniki:

• właściwości gruntu - porowatość, filtracja i kapilarność,

• położenie zwierciadła wody gruntowej pod dnem doprowadzalnika,

• kształt i wymiary doprowadzalnika,

• rodzaj ewentualnych uszczelnień,

• charakter pracy doprowadzalnika - ciągły czy przerywany,

Straty na przesiąki będą na ogół większe przy głębokim położeniu wód gruntowych niż w warunkach ich bliskiego występowania. Doprowadzalniki pracujące okresowo, np. z kilkugodzinnymi przerwami w ciągu doby mają straty większe niż doprowadzalniki ciągłego działania. W małych kanałach prowadzących mniej niż 50 l⋅s^-1 współczynniki strat są znaczne; w kanałach o dużym przepływie, jakkolwiek wielkość strat rośnie, to jednak straty procentowe wydatnie maleją. W systemach nawadniających Polski, a w melioracjach użytków zielonych prawie z reguły, doprowadzalniki znajdują się w warunkach bliskiego zalegania wód gruntowych. Straty na filtrację są tu więc na ogół mniejsze niż w przypadku filtracji w warunkach z głęboko zalegającym zwierciadłem wody gruntowej.

2. Inne straty z doprowadzalników - w warunkach klimatycznych Polski straty na parowanie z powierzchni wody doprowadzalników są na ogół bardzo małe w porównaniu z możliwymi stratami filtracyjnymi. Tym niemniej, przy długich kanałach o znacznych szerokościach zwierciadła wody i małych przepływach, byłoby niesłuszne całkowite pomijanie tej pozycji w bilansie wodnym sieci doprowadzającej. Orientacyjnie, jako średnio wysokie dobowe parowanie okresu letniego notowane są u nas wartości 5,0 - 10,0 mm na dobę, co odpowiada jednostkowym rozchodom 0,6 - 1,2 l⋅s^-1⋅ha^-1 z powierzchni zwierciadła wody. Bardzo duże straty, nie dające się ująć obliczeniem, mogą być powodowane przez nieszczelności wadliwie wykonanych budowli regulujących i przez niewłaściwą eksploatację systemu nawadniającego.

13. Projektowanie przekroju poprzecznego doprowadzalników

Mając ustaloną trasę doprowadzalnika i niezbędne położenia wysokościowe zwierciadła wody w profilu podłużnym, można przystąpić do projektowania przekroju poprzecznego. Przepływy miarodajne do obliczania wymiarów doprowadzalnika na poszczególnych jego odcinkach, wyznacza się na podstawie uprzednio opracowanych harmonogramów nawodnień, uwzględniając potrzeby wodne o określonym prawdopodobieństwie występowania. Poprawnie zaprojektowany przekrój poprzeczny doprowadzalnika powinien zapewnić:

• minimum strat na przesiąki,

• maksimum przepustowości przy minimum powierzchni przekroju,

• stabilność dna i skarp, tj. nie przekroczenie dopuszczalnych prędkości maksymalnych i minimalnych,

Należy podkreślić, że dobranie przekroju gwarantującego jednoczesne i całkowite spełnienie wszystkich warunków, częściowo się wykluczających, byłoby bardzo trudne, a niekiedy wręcz niemożliwe. Dlatego też zależnie od: jakości wody, celu i systemu nawodnień, rodzaju gruntu i przewidywanych umocnień itd. wysuwamy na pierwszy plan jeden lub dwa główne postulaty, które będą zasadniczymi kryteriami przy wyborze optymalnych wymiarów przekroju. Następnie sprawdzamy tylko, czy odpowiednie parametry hydrauliczne zaprojektowanego przekroju mieszczą się w dopuszczalnych granicach. Minimum strat na przesiąki - ten warunek może być jako podstawowy dla nie uszczelnionych doprowadzalników głównych, zwłaszcza długich, biegnących poza właściwym obszarem nawodnień. Przekrój hydraulicznie najkorzystniejszy umożliwia osiągnięcie maksymalnego przepływu Q przy określonej powierzchni przekroju F lub też realizację danego przepływu Q przy minimalnej powierzchni F. Z hydrauliki wiadomo, że warunkom tym odpowiada przekrój posiadający największy promień hydrauliczny i najmniejszy obwód zwilżony, a więc przekrój półkolisty. Spośród różnych możliwych przekrojów trapezowych, opisanych na półkolu bezwzględnie najkorzystniejszym byłby przekrój o nachyleniu skarp pod kątem 60°, dający przy tym kształcie maksimum promienia hydraulicznego i minimum obwodu zwilżonego. Nachylenie to jednak dla kanałów ziemnych nie umocnionych jest zbyt strome, przekrój tego typu nadaje się natomiast dla doprowadzalników betonowych lub koryt prefabrykowanych. Stabilność przekroju doprowadzalnika - podobnie jak w rowach odwadniających, tak i w doprowadzalnikach prędkość wody charakteryzujemy zazwyczaj jednym wskaźnikiem - prędkością średnią - V = Q/F, która nie powinna przekraczać pewnych wartości krytycznych zależnych od:

• właściwości gruntu i rodzaju umocnień,

• kształtu koryta (promień hydrauliczny, napełnienie),

• ilości i rodzaju zawiesin w wodzie,

W doprowadzalnikach powinny być również wytworzone warunki nie zagrażające zamuleniu. W celu ochrony doprowadzalnika przed zamuleniem prędkość wody nie może być mniejsza od dopuszczalnej prędkości minimalnej, określonej przez rodzaj i ilość namułów oraz przez parametry samego przekroju.

Obliczenia hydrauliczne doprowadzalników oparte są na założeniu ustalonego ruchu równomiernego, w którym przepływ i parametry kanału związane są ze znanymi zależnościami:

Q = V⋅ F

V = C⋅
, gdzie:

Q - objętość przepływu (m³⋅s^-1)

F - powierzchnia przekroju poprzecznego (m²)

R - promień hydrauliczny (m)

I - spadek hydrauliczny przyjęty jako równy spadkowi dna

V - średnia prędkość w przekroju (m⋅s^-1)

C - współczynnik zależny od szorstkości, spadku i promienia hydraulicznego

Obliczenia hydrauliczne doprowadzalników wykonuje się w sposób analogiczny do obliczania kanałów odwadniających, korzystając z tych samych wzorów na współczynnik C i pomocniczych tabel lub nomogramów. Tok obliczeń jest tu jednak bardziej skomplikowany, gdyż przy projektowaniu doprowadzalnika, wskutek rozbiorów wody na trasie przepływu w miarę odległości od ujęcia maleją i dlatego przekroje poprzeczne na poszczególnych odcinkach będą różne. Można by przyjąć jedną z następujących zasad, jako wytyczną do obliczeń:

• utrzymać na całej długości stałą prędkość V dobierając różne spadki i powierzchnie przekroju F,

• utrzymać stałą powierzchnię przekroju F zmieniając spadki i V,

• utrzymać stały spadek przy zmiennych V i F,

Na wybór rozwiązania wpływają warunki miejscowe i eksploatacyjne, ale warto podkreślić, że ze względu na zamulenie spadki i prędkości nie powinny w żadnym przypadku wykazywać wzdłuż kanału tendencji malejącej.

14. Uszczelnianie doprowadzalników

Różnorodne środki i sposoby zwalczania strat na filtrację z doprowadzalników otwartych oparte są na dwóch głównych metodach:

• zmniejszania naturalnej przepuszczalności gruntu,

• stosowania sztucznych szczelnych przepon lub okładzin,

Zmniejszenie przepuszczalności gruntu może być osiągnięte jednym z następujących sposobów:

1. Mechaniczne zagęszczanie gruntu - zabieg ten nadaje się do uszczelniania gruntów spoistych.

2. Kolmatacja gruntu - może być prowadzona w wodzie bieżącej podczas pracy kanału lub w wodzie stojącej

na odcinkach zamykanych stałymi czy też prowizorycznymi budowlami piętrzącymi.

3. Sztuczne oglejenie profilu - na dnie i skarpach kanału wykonanego o głębokości zwiększonej w stosunku do projektowanej o 15-25 cm, układa się kilkucentymetrową warstwę masy organicznej: słomę, chwasty lub inne resztki roślinne zmieszane z podłożem, po czym masę tę przykrywa się ubitą warstwą ochronną gruntu rodzimego (10-15 cm).

4. Wytworzenie sztucznego zasolenia gruntu - sole przenikające z wodą w grunt niszczą jego strukturę i zmniejszają przepuszczalność.

5. Bitumizacja i silikatyzacja powierzchni - natrysk, uprzednio wzruszonej powierzchni gruntu, ropą naftową lub emulsjami bitumicznymi pozwala uzyskać kilkakrotne (3-4) zmniejszenie współczynnika filtracji.

Formy przepon i okładzin uszczelniających są bardzo różnorodne, w zasadzie jednak można je sprowadzić do następujących typów:

1. Nieprzepuszczalne przepony gruntowe - jako materiał na przepony gruntowe stosowana jest powszechnie glina.

2. Przepony i okładziny asfaltowe - mogą być wykonane przez natrysk powierzchni gruntu na gorąco warstwą asfaltu lub ułożenie prefabrykowanych płyt asfaltowych.

3. Przepony z tworzyw sztucznych - jako wykładziny pokrywające powierzchnię skarp i dna kanałów lub stałe przepony kryte.

4. Brukowanie skarp i dna - bruk będący elementem ubezpieczającym spełnia również rolę uszczelniającą.

5. Okładziny betonowe i żelbetowe - uszczelnienia te szeroko stosowane we wszelkiego rodzaju kanałach stanowią jednocześnie obudowę umacniającą przekrój.

15. Budowle na doprowadzalnikach

Ze względu na zasadnicze wykonywane funkcje, można wyróżnić następujące rodzaje urządzeń i budowli:

• urządzenia regulujące wydatek i poziom wody na poszczególnych odcinkach doprowadzalnika głównego. Do tych budowli należą: jazy i zastawki piętrzące oraz przelewy awaryjne i spusty do opróżniania doprowadzalnika,

• urządzenia regulujące prędkość wody w doprowadzalniku, a więc stopnie i osadniki,

• urządzenia do przeprowadzania wody przez przeszkody na trasie (akwedukty, syfony),

• urządzenia do poboru wody i przekazania jej na sieć boczną. Ujęcia te mogą być grawitacyjne lub z mechanicznym podnoszeniem,

• urządzenia do pomiaru i rejestracji objętości przepływu,

• urządzenia komunikacyjne: mosty, kładki, przepusty,

16. Ocena jakości wody do nawodnień

Wstępną orientacyjną ocenę wody można uzyskać na podstawie jej pochodzenia i wyników ekspertyzy terenowej w zlewni. Charakterystyki różnego rodzaju wód według wzrastającej wartości rolniczej są następujące:

1. Do wód ubogich należy zaliczyć wody z lasów i torfowisk. Ze względu na małą żyzność wody te nie nadają się do nawodnień zalewowych, lecz raczej do zwilżających nawodnień podsiąkowych.

2. Wody źródlane odznaczają się zazwyczaj niską temperaturą w okresie letnim, zawierają mało tlenu, nie są żyzne, aczkolwiek niekiedy występuje w nich sporo wapnia.

3. Wody wgłębne, pobierane z płytkich lub głębokich pokładów wodonośnych, stanowią w wielu krajach (USA, Indie) poważne źródło wody do nawodnień.

4. Wody ze zbiorników naturalnych (stawy, jeziora) i sztucznych mają mało tlenu i zawiesin, lecz nieco większą koncentrację soli niż w wodzie dopływającej; nadają się do nawodnień zwilżających.

5. Wody rzeczne, zasilane z opadów atmosferycznych, pochodzą częściowo ze spływów powierzchniowych, a częściowo z odpływu gruntowego, w obu wypadkach wzbogacane są, choć w różnym stopniu, w składniki mineralne i organiczne.

6. Wody ściekowe komunalne, bytowe i niektóre przemysłowe przy zachowaniu odpowiedniej ostrożności mogą być użyte do nawodnień użyźniających.

W trakcie ekspertyzy terenowej aktualnych informacji o żyzności i jakości wód dostarczyć może fauna i flora cieku oraz roślinność przykorytowej części doliny. W wodach czystych są ryby, raki. Normy polskie ustalają trzy klasy czystości wód, mianowicie:

1. Do klasy pierwszej zalicza się wody przeznaczone do:

• zaopatrywania ludności w wodę do picia,

• zaopatrywania przemysłu spożywczego i innych przemysłów wymagających wody o jakości wody do picia,

• hodowli ryb łososiowatych,

2. Do klasy drugiej zalicza się wody przeznaczone do:

• hodowli ryb, z wyjątkiem ryb łososiowatych,

• zaspokajania potrzeb hodowli zwierząt gospodarskich,

• urządzania zorganizowanych kąpielisk, uprawiania sportów wodnych,

3. Do klasy trzeciej zalicza się wody przeznaczone do:

• zaopatrywania przemysłów, z wyjątkiem przemysłów wymagających wody o jakości wody do picia,

• nawadniania terenów rolniczych,

17. Dawka okresowa netto dla nawodnień zwilżających

W określonym przedziale czasu jednostkowe zapotrzebowanie wody netto Z dla obszaru jednorodnego, w którym nie występuje dopływ z zewnątrz, ani odpływ na zewnątrz poza rozpatrywaną warstwę gleby, wynika z równania bilansu wodnego wyrażonego w mm lub w m³⋅ ha^-1

Z = E - P - (W_p - W_k), gdzie:

E - przewidywane parowanie terenowe z powierzchni nawadnianej,

P - opad efektywny,

W_p - początkowy zapas wody w danej warstwie gleby,

W_k - końcowy zapas wody, dopuszczalny ze względu na wymagania roślin,

Oznaczając różnicę parowania i opadu:

E - P = N

jako jednostkowy niedobór opadów oraz różnicę zapasów wody w profilu glebowym:

W_p - W_k = ΔW

jako retencję użyteczną, która może być bez szkody oddana z gleby na pokrycie części parowania terenowego, otrzymamy zapotrzebowanie jednostkowe w formie:

Z = N - ΔW

Przyjęta do projektu miarodajna wielkość zapotrzebowania stanowi dawkę okresową netto - D_n, którą trzeba doprowadzić do gleby w danym okresie, aby zapewnić utrzymanie założonych warunków wilgotnościowych. Przy ustalaniu dawki okresowej podstawowym zagadnieniem jest oszacowanie miarodajnego parowania terenowego E, które ukształtuje się w warunkach nawadnianego obiektu i które trzeba będzie rekompensować przez doprowadzenie odpowiedniej ilości wody.

Jest to zagadnienie bardzo złożone, wyróżniamy dwa zasadnicze kierunki wyznaczania wielkości E - empiryczny i teoretyczny. Kierunek empiryczny obejmuje metody oparte na bezpośrednich pomiarach i doświadczeniach rolniczych, wykonanych w określonych warunkach klimatycznych, glebowych i produkcyjnych. Kierunek teoretyczny, operujący nie tylko wodnym, lecz i energetycznym bilansem procesów parowania, reprezentuje metody fizyczne ściślejsze, bardziej uniwersalne, ale trudniejsze w praktycznym stosowaniu z powodu konieczności posiadania szczegółowych danych klimatologicznych w zakresie bilansu radiacyjnego i cieplnego terenów nawadnianych.

19. Charakterystyka opadów optymalnych wg Hohendorfa

Bardzo orientacyjne i na ogół zawyżone dane o zużyciu wody na parowanie można uzyskać na podstawie tzw. opadów optymalnych, tj. opadów, które według doświadczeń rolniczych zapewniają wysokie plonowanie roślin. Normy przeciętnych dla Polski opadów optymalnych opracował Hohendorf. Normy te należy pomnożyć przez 1,25 dla gleb lekkich i torfów oraz przez 0,85 dla gleb ciężkich. Odejmując od opadów optymalnych opady rzeczywiste, można otrzymać niedobory lub nadwyżki opadów dla różnych gleb i różnych użytków, pamiętając jednak że, normy opadów optymalnych należy traktować jako liczby orientacyjne, wymagające korekty w zależności od rejonu, w nawiązaniu do temperatury, niedosytu wilgotności, nawożenia, wysokości plonu itd.

20. Obliczenie potrzeb i niedoborów wodnych wg Ostromęckiego

E = β ⋅ Σd [ mm ]

Σ d - suma średnich dobowych niedosytów wilgotności powietrza według notowań stacji meteorologicznych, wyrażona w hPa,

β - współczynnik zależny od rodzaju gleby i jej uwilgotnienia oraz od rodzaju roślinności i wielkości jej masy, wyrażony w mm na dobę i 1 hPa niedosytu wilgotności powietrza,

N - niedobory są liczone jako E - P w mm

21. Obliczenie potrzeb i niedoborów wodnych wg Szarowa

E = α ⋅ Σt [ mm ]

α = β ⋅ z

Według Szarowa współczynniki α, wyrażone w mm na dobę i 1⁰C,

N - niedobory są liczone jako E - P w mm

22. Ustalenie jednorazowej dawki polewowej netto w warunkach płytkiego zalegania wód gruntowych

W razie bliskiego zalegania wód gruntowych sprawa rezerw użytecznych, a więc i dawek polewowych jest bardziej skomplikowana. Rozpatrzmy to zagadnienie przy założeniu, że na wiosnę lub bezpośrednio po nawożeniu profil glebowy w całej warstwie ponad zwierciadłem wody gruntowej jest nasycony do polowej pojemności wodnej, a wody gruntowe nie są zasilane przez dopływ zewnętrzny. Ubytek wody z profilu ΔW, wykorzystany w pewnym przedziale czasu na pokrycie niedoborów między parowaniem a opadem, może, teoretycznie biorąc, wywołać dwa skrajne rozkłady wilgotności końcowej w stosunku do pierwotnego stanu wyjściowego:

• ΔW zostaje pobierane wyłącznie z zapasów wysychającej strefy aeracji i podsiąk nie bierze udziału w uzupełnianiu rozchodów. Wobec tego zwierciadło wód gruntowych nie wykazuje zmian, a spada jedynie wilgotność wierzchnich warstw gleby aż do granic wysychalności.

• ΔW zostaje pobierane wyłącznie z wody podsiąkającej. Zwierciadło wód gruntowych obniża się, natomiast wilgotność strefy aeracji utrzymuje się w granicach polowej pojemności wodnej.

W warunkach naturalnych występuje oczywiście szereg rozkładów pośrednich, jako efekt pokrywania niedoborów częściowo z wilgoci glebowej warstw wierzchnich, a częściowo z zasobów wody gruntowej. Maksymalny możliwy ubytek retencji równa się różnicy między zapasem odpowiadającym polowej pojemności wodnej przy pierwszym, wyższym położeniu zwierciadła wody gruntowej a zapasem odpowiadającym wilgotności okresu suszy przy drugim, niższym poziomie wody gruntowej. Maksymalna wielkość dawki polewowej, gwarantująca zawsze podniesienie zwierciadła wody gruntowej na określoną wysokość, równa się różnicy pomiędzy zapasem wilgoci glebowej odpowiadającym wilgotności okresu suszy przy niskim wyjściowym położeniu zwierciadła wody gruntowej a zapasem wilgoci odpowiadającym polowej pojemności wodnej przy wyższym zadanym poziomie wody gruntowej.

23. Ustalenie jednorazowej dawki polewowej netto w warunkach głębokiego zalegania wód gruntowych

W przypadku głębokiego zalegania wód gruntowych, nie biorących udziału w zasilaniu warstwy czynnej, rozpatrujemy tylko bilans wodny tej warstwy. Przyjmując wyjściowy zapas wilgoci w glebie (W₀) można na podstawie przewidywanego przebiegu parowania E i opadów P obliczyć i przedstawić graficznie przebieg uwilgotnienia profilu w danych warunkach na naturalnych. Projektowane nawodnienia rozwiązane są tu w dwóch wariantach:

Wariant I - w momencie, gdy zapasy wody pobierane na parowanie spadają poniżej optimum (druga dekada maja), projektowane jest pierwsze nawodnienie dawką d₁ mniejszą od dopuszczalnej dawki maksymalnej. Dawka ta zapewnia należyte uwilgotnienie gleby do połowy czerwca; drugie nawodnienie dawką d₂ podtrzyma wilgotność do końca pierwszej dekady lipca, a ostatnia dawka d₃ wystarczy do końca okresu wegetacji. W rezultacie na polu nawodnionym przebieg uwilgotnienia bardzo zbliżonej do pożądanego optimum, a zapasy wodne nie spadają nigdy do dopuszczalnego minimum.

Wariant II - jeżeli założymy możliwość pełnego wyczerpania łatwo dostępnych rezerw, to wystarczy jedna dawka polewowa, d = W_max - W_min, wprowadzona w końcu pierwszej dekady czerwca, gdy zapas wilgoci spada do dopuszczalnego minimum. Ze względu na większe wykorzystanie rezerw dawka polewowa netto będzie tu mniejsza niż suma dawek w wariancie I (d < d₁ + d₂ + d₃), ale wahania wilgotności gleby odpowiednio się zwiększą.

24. Przebieg zmian uwilgotnienia gleby w warunkach realizacji nawodnia podsiąkowego ze stałym piętrzeniem

System nawodnień podsiąkowych ze stałym zwierciadłem wody gruntowej jest systemem wybitnie ekstensywnym. W związku z tym podsiąk stały nadaje się tylko do nawadniania średnio wydajnych łąk lub niezbyt intensywnie zagospodarowanych pastwisk, nie można natomiast stosować go na obiektach produkujących wielopokosowych. Nawodnienia prowadzone są w ten sposób: wczesną wiosną po obniżeniu się zwierciadła wód gruntowych przez urządzenia odwadniające do poziomu zbliżonego do optymalnego dla danej gleby i roślinności zamyka się zastawki na rowach odwadniających i utrzymuje możliwie wysokie spiętrzenie wody w sieci melioracyjnej. Dzięki temu zostaje spiętrzony odpływ, zwierciadło wód gruntowych między rowami nie obniża się, a wody własne (opady) i obce (powierzchniowe lub gruntowe) odpływające z obiektu są zatrzymywane, magazynowane w profilu glebowym i zużywane na parowanie terenowe. Na kilka dni przed pierwszym pokosem zastawki otwiera się, aby nieco obniżyć zwierciadło wód gruntowych i umożliwić zbiór. Po zbiorze siana następuje ponowne piętrzenie wody aż do terminu drugiego pokosu. Współczynnik wykorzystania wody jest przy podsiąku stałym bardzo wysoki, praktycznie dochodzić może do jedności. Ponieważ w pełni użytkuje się wody własne, zazwyczaj wystarcza niewielki dopływ z zewnątrz.

Wady i słabe strony podsiąku stałego są następujące:

• mała elastyczność powodująca, że w terenach płaskich duży obszar musi być jednolicie użytkowany i eksploatowany,

• brak ruchu wody i powietrza w profilu glebowym powodujący możliwość zabagnienia i niekorzystnych zmian w runi łąkowej,

• niszczenie skarp rowów będących dłuższy czas pod wodą,

25. Przebieg zmian uwilgotnienia gleby w warunkach realizacji nawodnia podsiąkowego ze zmiennym piętrzeniem

System nawodnień podsiąkowych ze zmiennym zwierciadłem wody, nazywany podsiąkiem okresowym, umożliwia intensywną gospodarkę na użytkach zielonych, a także nadaje się do nawadniania pól ornych i upraw warzywnych, lecz jest kosztowniejszy niż poprzedni, gdyż wymaga:

• gęstej sieci szczegółowej rowów i drenów,

• większej ilości budowli piętrzących,

• doprowadzania znacznych ilości wody (0,5 - 2,0 l⋅s^-1⋅ha^-1) z zewnątrz, której część nie będzie wykorzystana przez roślinność, lecz musi być przeznaczona na wypełnianie zbiornika podziemnego i kilkakrotne zrzuty,

Prowadzenie nawodnień polega na wykonaniu w okresie wegetacyjnym kilku cyklów piętrzenia i opuszczania wody w rowach, dzięki czemu zwierciadło wód gruntowych między urządzeniami nawadniającymi nie stagnuje na jednym poziomie. Stanowi to wielką zaletę systemu, gdyż można regulować uwilgotnienie gleby odpowiednio do zmiennych warunków meteorologicznych, a wahania wód gruntowych zapewniają należyte napowietrzenie profilu glebowego. Podsiąk okresowy, podobnie jak stały, niszczy jednak skarpy rowów, co powoduje zwiększenie kosztów konserwacji sieci nawadniająco-osuszającej.

26. Cele i kryteria stosowania nawodnień podsiąkowych

Nawodnienia podsiąkowe, należące do grupy nawodnień podpowierzchniowych, stanowią pod względem technicznym typ prosty. Nawodnienia podsiąkowe mają wiele zalet: należą do najtańszych systemów nawodnień, są stosunkowo mało skomplikowane w eksploatacji i oszczędne pod względem zużycia wody, a chociaż nadają się przede wszystkim do nawadniania łąk i pastwisk, to można je również stosować na polach ornych i przy uprawie warzyw. Mogą być stosowane w terenach o niewielkich spadkach (w granicach 0,2 - 3,0%). Najlepiej do tego typu nawodnień nadają się tereny o wyrównanej powierzchni i spadkach w granicach 0,5 - 1,0%. Tereny o bardziej urozmaiconych spadkach wymagają wykonywania większej liczby budowli piętrzących oraz bardziej skomplikowanych rozwiązań technicznych. Najbardziej odpowiednie do nawodnień podsiąkowych są gleby średnio przepuszczalne i przepuszczalne, o płytko leżącym zwierciadle wody gruntowej (0,8 - 1,0 m). Nawodnienia podsiąkowe nie mogą być w zasadzie stosowane w terenach o spadkach > 3,0% na glebach bardzo przepuszczalnych z głębokim zw. wody gruntowej (poniżej 1,2 m), zwięzłych o małej przepuszczalności, murszowych. Ze względu na sposób dostarczania wody do gleby, nawodnienia podsiąkowe mogą być tylko nawodnieniami zwilżającymi. Istota nawodnień podsiąkowych polega na dwustronnym regulowaniu położenia zwierciadła wód gruntowych w okresie wegetacyjnym, stosownie do wilgotnościowych wymagań danej roślinności.

Cele nawodnień podsiąkowych :

1. utrzymanie w okresie wegetacyjnym zw. wody gruntowej na takim poziomie, aby straty wody w wierzchniej warstwie glebowej powstające w skutek parowania gleby i transpiracji roślinności łąkowej były stale uzupełniane,

2. obniżenie lub podwyższenie poziomu wody, w dostosowaniu do różnych potrzeb roślin w ich różnych fazach rozwojowych, w celu zapewnienia przewietrzania gleby,

27. Podział nawodnień podsiąkowych

Nawodnienia podsiąkowe dzielimy na:

System I - Nawodnienia podsiąkowe ze stałym zwierciadłem wody gruntowej - tzw. podsiąk stały.

Są dwie odmiany:

1. Wspólna sieć osuszająco-nawadniająca - układ zależny,

2. Odrębna sieć nawadniająca - układ niezależny,

Forma - sieć szczegółowa w postaci rowów lub drenów

System II - Nawodnienia podsiąkowe ze zmiennym zwierciadłem wody gruntowej - tzw. Podsiąk okresowy.

Są dwie odmiany:

1. Wspólna sieć osuszająco-nawadniająca - układ zależny,

2. Odrębna sieć nawadniająca - układ niezależny,

Forma - sieć szczegółowa w postaci rowów lub drenów oraz z wykorzystaniem lub bez wykorzystania zrzutów

28. Ustalenie ilości wody potrzebnej do nawodnień podsiąkowych

Jednym z podstawowych zadań w obliczaniu nawodnień podsiąkowych jest wyznaczenie powierzchni swobodnego zwierciadła wody gruntowej (krzywej depresji), odpowiadającej założonym warunkom początkowym i brzegowym. Znajomość kształtu krzywej depresji umożliwia następnie dalsze obliczenia czasu trwania i zasięgu działania nawodnienia oraz niezbędnego dopływu jednostkowego.

Potrzebny dopływ średni w czasie trwania fazy I wyniesie:

Potrzebny dopływ średni w czasie trwania fazy II wyniesie:

q_II

n - współczynnik zależny od kształtu krzywej depresji po nawodnieniu

δ - wolna porowatość profilu gleby w chwili nawodnienia

k - współczynnik filtracji w [ m⋅d^-1 ]

l - 0,5 ⋅ L [ m ]

h - głębokość rowu [ m ]

e - parowanie średnie w [ m⋅d^-1 ]

a = h_min

Przyjmowanie powyższego schematu obliczeń jest uzależnione od znajomości przede wszystkim parametrów glebowych: współczynnika filtracji oraz głębokości zalegania warstwy nieprzepuszczalnej, będącej poziomem odniesienia. Jak wykazały próbne przeliczenia dla gleb lekkich i średniozwięzłych można by przyjmować - przy praktycznych głębokościach rowu do 1,0 m - poziom odniesienia na głębokości około 4 - 5 m. W tym bowiem przypadku warstwy poniżej tego poziomu uczestniczą w ruchu wody w mniejszym stopniu, a określone wartości czasów podsiąku - przy tym założeniu - będą nieco dłuższe od faktycznych.

29. Ustalenie rozstawy rowów i czasu trwania nawodnienia podsiąkowego

Ustalenie właściwej rozstawy rowów osuszających jest rzeczą ważną. Czynniki wpływające na ustalenie głębokości rowów :

1. możliwość zapewnienia nawodnienia łąk o każdej porze dostateczną ilością wody,

2. rodzaj gleby i podglebia oraz stopień ich przepuszczalności,

3. typ łąki oraz wydajność, jaką należy uzyskać w wyniku melioracji,

4. warunki klimatyczne, ilość opadów i ich rozkład, temperatury zimy i lata, długość okresu wegetacyjnego,

Uwagi:

• mniejsze normy głębokości rowów ( dolna granica ) stosować na obszarach o opadach rocznych niższych od 500 mm , a większe ( górna granica ) na obszarach o opadach wyższych od 750 mm,

• większe rozstawy stosować dla obszarów o średniej temperaturze stycznia wyższej bądź równej -2,0°C , mniejsze dla obszarów o średniej temperaturze stycznia niższej bądź równej -4,5°C,

Przy nawodnieniu ze zmiennym zwierciadłem wody gruntowej czas trwania podsiąku może być określony według schematu Kostiakowa. Czas trwania podsiąku oblicza się dla dwóch faz. Fazę pierwszą stanowi czas przesiąkania wody do środka łanu. W końcu tej fazy zwierciadło wody gruntowej osiąga w środku łanu poziom H₀ według krzywej. Czas trwania fazy I wynosi:

, gdzie:

Z chwilą osiągnięcia przez wodę gruntową środka łanu rozpoczyna się faza II podnoszenia zwierciadła wody do poziomu H₂. Trwa to:

, gdzie:

Q_śr = 0,5 ⋅ (Q₁ + Q₂) - średni dopływ w fazie II w m³/dobę

O₁ =
(H² -H₀²) - dopływ na początku fazy II w m³/dobę

Q₂ =
(H² -H₂²) - dopływ na końcu fazy II w m³/dobę

Całkowity czas trwania podsiąku wyniesie:

T = T₁ + T₂ [dni]

30. Głębokości, spadki i długości rowów odwadniająco-nawadniających

Rozplanowując sieć szczegółową należy rowy i dreny prowadzić z możliwie małym spadkiem, a więc prawie równolegle do warstwic, aby uzyskać jak największy zasięg działania każdej budowli piętrzącej. Projektowanie kierunków rowów nawadniających i wyznaczanie działów nawadnianych można sobie ułatwić nanosząc na planie warstwicowym granice zasięgu budowli piętrzących. Do rzędnej zwierciadła wody spiętrzonej przy zastawce (poziom piętrzenia może być prawie równy z terenem) dodajemy 0,2 - 0,3 m i ta warstwica zostaje wrysowana na planie jako granica skutecznego działania danej budowli. Długości rowów szczegółowych osuszająco-nawadniających nie powinny przekraczać 500 - 600 m. Przy spadkach 0,5 - 1,0% na tej długości wystarczy jedna lub dwie zastawki do równomiernego spiętrzenia wody. Układ sieci osuszająco-nawadniającej może być dwojaki: zależny i niezależny. W układzie zależnym funkcje odwadniania i nawadniania nie są rozdzielone. Zamknięcie zastawek na głównym rowie odpływowym przekształca go w doprowadzalnik zasilający sieć szczegółową, znajdującą się w zasięgu wytworzonej cofki. Zaletą tego prostego urządzenia jest taniość - jedna dodatkowa budowla piętrząca bez specjalnej sieci nawadniającej obsłużyć może duży obszar, wykorzystując istniejącą sieć odwadniającą. Poważną wadę stanowi natomiast mała elastyczność w użytkowaniu terenu, wywołana wzajemnym powiązaniem gospodarki wodnej na sąsiednich działach. Układ niezależny jest przeto bardziej wskazany, chociaż pociąga większe koszty inwestycyjne, szczególnie w odniesieniu do budowli piętrzących. Tutaj wodę doprowadza się osobnym doprowadzalnikiem, biegnącym po granicy obiektu; rów główny odpływowy zachowuje swoją funkcję zasadniczą przez cały okres nawodnień i w ten sposób każdy dział może być nawadniany lub osuszany zupełnie niezależnie od sąsiedniego. Ustalenie właściwej głębokości rowów osuszających jest rzeczą ważną. Czynniki wpływające na ustalenie głębokości rowów :

1. możliwość zapewnienia nawodnienia łąk o każdej porze dostateczną ilością wody,

2. rodzaj gleby i podglebia oraz stopień ich przepuszczalności,

3. typ łąki oraz wydajność, jaką należy uzyskać w wyniku melioracji,

4. warunki klimatyczne, ilość opadów i ich rozkład, temperatury zimy i lata, długość okresu wegetacyjnego,

5. średnia głębokość rowów 0,65 m na piaskach, 1,20 m na torfach,

33. Roboty wykonawcze przy nawadnianiu podsiąkowym

Na łąkach torfowych silnie zabagnionych, o roślinności przeważnie „kwaśnej”, szybkie wykonanie technicznej melioracji, przewidującej intensywne osuszenie, powoduje zawsze gwałtowną zmianę stosunków wodnych. Jeżeli w ślad za melioracją techniczną nie stosuje się uprawy, podsiewu lub zasiewu mieszanek traw, to w rezultacie sama melioracja techniczna może nie tylko nie podnieść plonów, lecz przeciwnie - spowodować gwałtownie obniżenie zbiorów kwaśnego wprawdzie, ale użytecznego siana. Gdy zatem niebezpieczeństwo to zagraża, należy roboty wykonawcze rozłożyć na trzy okresy. W pierwszym okresie należy wykonać tylko rowy główne, prowadzone zwykle w kilkusetmetrowej odległości od siebie, i zastawki. Po upływie 1-2 lat można przystąpić do wykonania rowów bocznych, opuszczając co drugi rów, a po dalszych 2-3 latach, gdy torf osiądzie, ulegnie rozkładowi i zmniejszy się jego przepuszczalność, roślinność zaś bagienna przynajmniej częściowo zostanie zastąpiona przez trawy szlachetniejsze, należy wykonać nie wykonane jeszcze rowy boczne. W razie zaobserwowania szybkiej zmiany roślinności „kwaśnej” na „słodką” wykonanie kolejnej serii robót można przyspieszyć, w wypadku odwrotnym - opóźnić. Wykonanie prac etapami ma poza tym tę dodatnią stronę, że pozwala zorientować się w zasobach wody, którą się dysponuje, i dostosować do nich intensywność osuszania. Tyczenie w polu projektu nawodnienia podsiąkowego prowadzone jest w identyczny sposób jak podczas drenowania pól. Rowy główne zawsze muszą być niwelowane co 40-20 m; rowy boczne na terenach równych mogą być niwelowane rzadziej, a nawet - w wyjątkowych wypadkach prowadzenia ich wzdłuż spadu - otrzymują stałą szerokość górą i dołem oraz stałą głębokość. Gdy zachodzi potrzeba ręcznego wykopania rowów w torfie dostatecznie zwięzłych, lecz pokrytym kilkucentymetrową warstwą wody, pracę należy wykonywać odcinkami (tzw. stacjami) długości 10-40 m, oddzielonymi od siebie pasami nie wykopanego torfu szerokości 1 m, przy czym z wydobywanej wierzchniej warstwy formowana jest niska grobelka z obu stron i w poprzek osi rowu wzdłuż nie wykopanych pasów. Dalszy wykop ogroblowanego odcinka rowu prowadzi się przy stałym jednoczesnym wylewaniu lub odpompowywaniu wody z wykopu poza grobelkę. Zazwyczaj po częściowym przekopaniu tych przegród woda zaczyna płynąć rowem; poziom jej się obniża, umożliwiając usuwanie przegród przy użyciu zwykłych łopat. W trudniejszych warunkach, przede wszystkim przy bardzo małych spadach terenu, znajdują zastosowanie czerpaki ręczne kubłowe, workowe i skrzynkowe. Specjalnego prowadzenia robót wymaga wykop rowów w płynnym torfie, w którym rów wykopany od razu do pełnej głębokości niezwłocznie zapływa. Wykop rowu w tych warunkach musi się odbywać etapami, przy czym w pierwszym okresie pracy wzdłuż osi przyszłego rowu wykopany jest płytki (30-50cm) rowek o bardzo łagodnych skarpach; w poprzek tego rowka w odstępach kilkumetrowych kopane są również płytkie rowki, których zadaniem jest odwodnienie pasa wzdłuż projektowanego rowu. Gdy w ten sposób osuszony pas torfu osiądzie i zagęści się, można przystąpić do dalszego pogłębiania rowu, nie zawsze jednak od razu do ostatecznej głębokości. Wykonując roboty ziemne w torfie należy pamiętać, że rowy otwarte powinny być wykopane co najmniej na miesiąc przed mrozami, aby poziom wody gruntowej dostatecznie się obniżył. W przeciwnym razie woda zamarzając w torfie, zwiększa swoją objętość i kruszy go. Skarpy rowu przy odmarzaniu kruszą się i obsuwają, zasypując wykopane zbyt późną jesienią rowy, zwłaszcza płytkie.

34. Prowadzenie nawadniania podsiąkowego i prace konserwacyjne

Na terenach o stale zapewnionym dopływie wody obcej prowadzenie nawadniania podsiąkowego polega na zamykaniu zastawek i piętrzeniu wody w rowkach tak długo, aż zwierciadło wody w glebie między dwoma sąsiednimi rowami podniesie się do poziomu o 10-20 cm niższego od zwierciadła wody w rowach. Wtedy otwiera się zastawki, pozwalając wodzie dopóty swobodnie odpływać, dopóki zwierciadło wody pośrodku nawadnianego działu, między rowami, nie obniży się o 50-60 cm poniżej powierzchni terenu; gdy to nastąpi, zastawki ponownie zamyka się, powtarzając ten cykl co 3-4 tygodnie. Zastawki otwiera się również po dużych opadach i przed sianokosami. Po sprzęcie potrawu zastawek już nie należy zamykać zupełnie, pozwalając na intensywne osuszenie, a co za tym idzie - przewietrzenie i przemrożenie gleby zimą. Zastawek nie zamyka się wczesną wiosną; pozostawia się je otwarte, pozwalając na szybkie obeschnięcie i ogrzanie gleby, co powoduje wcześniejsze ruszenie traw. Pierwszy podsiąk rozpoczyna się w końcu kwietnia lub na początku maja, po rozpoczęciu okresu wegetacji, gdy poziom wody gruntowej obniża się o 40-60 cm poniżej powierzchni łąki między rowami. Na terenach pozbawionych dopływu wód obcych, w okolicach o małych opadach, na wiosnę trzeba zamykać zastawki wcześniej, tj. wtedy, gdy poziom wody gruntowej na łące obniża się do głębokości o 30 cm poniżej powierzchni terenu, gdyż brak rezerwy wody w glebie intensywnie parujących łąk wpływa na obniżenie plonów. Zastawki otwiera się tylko po dużych opadach, gdy zwierciadło wody w łące nadmiernie się podnosi, oraz przed sprzętem; po sprzęcie potrawu łąki powinny być przed zimą osuszone. Okres jesienny należy wykorzystać na łąkach do oczyszczenia rowów i naprawy uszkodzeń obiektów piętrzących. Regulowane cieki i rowy ulegają uszkodzeniom przez czynniki naturalne oraz przez ludzi i zwierzęta. Do czynników naturalnych należy zaliczyć zarastanie dna, obsuwanie się skarp rowów pod wpływem mrozów, działanie wypływających wód gruntowych, podmycie skarp, osiadanie torfu itp. Uszkodzenia powodowane przez zwierzęta powstają na skutek pasienia bydła na łąkach bez zastosowania należytej ochrony rowów stałymi lub przenośnymi ogrodzeniami, pojenia bydła w miejscach dowolnych zamiast w wodopojach. Uszkodzenia mogą też powstać z powodu przechodzenia ludzi przez rowy nie zaopatrzone w kładki, niszczenia skarp przy nieuważnej pracy ciągników na łąkach itp. Na skutek wymienionych uszkodzeń ciek może ulec zamuleniu, a poziom wody w nim może się podnieść do tego stopnia, że łąka ulega wtórnemu zabagnieniu. Roboty konserwacyjne, mające na celu utrzymanie pełnej sprawności urządzeń odwadniająco-nawadniających, obejmują remont urządzeń, wykaszanie traw, usuwanie namułów. Na większych ciekach melioracyjnych konserwacyjne prace ziemne są zmechanizowane. Zastosowanie mają tu koparki pływające i koparki na gąsienicach.

35. Nawodnienia wgłębne

Nawodnienia przesiąkowe zwane również wgłębnymi, należą do grupy nawodnień podpowierzchniowych. Schemat zasadniczy nawodnień przesiąkowych polega na doprowadzeniu wody do gęstej sieci dość płytko założonych drenów, skąd częściowo pod ciśnieniem hydrostatycznym, częściowo zaś przy udziale sił kapilarnych woda rozchodzi się w glebie nasycając ją do granic polowej pojemności wodnej, a ewentualny nadmiar odcieka w głąb profilu.

Ten typ nawodnień można skutecznie stosować w warunkach głębokiego zalegania wód gruntowych, jeżeli:

• nawadniana warstwa gleby odznacza się równocześnie dużą polową pojemnością wodną i dość dużą przepuszczalnością,

• podłoże poniżej drenów posiada przepuszczalność niewielką, gwarantującą małe straty wody z czynnej warstwy gleby,

Z powyższych ograniczeń wynika, że zarówno w glebach bardzo lekkich, jak i bardzo ciężkich nawodnienia przesiąkowe nie są wskazane. Nawodnienia przesiąkowe mają wiele zalet (oszczędne zużycie wody, możliwość mechanizacji upraw), lecz ze względu na wysokie koszty są mało rozpowszechnione i nadają się przede wszystkim do nawadniania warzyw, szklarni. Ze względu na wysokość ciśnienia wytwarzanego w rurociągach, która decyduje o mechanizmie przenikania i rozchodzenia się wody w glebie, wyróżnia się w obrębie typu nawodnień przesiąkowych trzy następujące systemy:

• ciśnieniowe

• bezciśnieniowe

• próżniowe

Nawodnienia przesiąkowe ciśnieniowe realizowane są za pomocą sieci drenów: ceramicznych, betonowych, umocnionych krecich lub wykonanych z tworzyw sztucznych. Właściwie rurociągi nawadniające układane są zazwyczaj w zasypce filtracyjnej, albo przynajmniej mają odpowiednio zabezpieczone styki, którymi woda przedostaje się do gleby. Przewód doprowadzający musi być szczelny. Oprócz drenów nawadniających wykonuje się także zbieracze odwadniające.

Nawodnienia przesiąkowe bezciśnieniowe prowadzone są bądź przy niecałkowitym napełnieniu rurociągu, bądź też przy bardzo małym ciśnieniu rzędu 5-10 cm słupa wody. Specjalne dreny ceramiczne, dobrze wypalone, porowate (styki szczelne, zabezpieczone mufami) przepuszczają przez ścianki wodę, która występuje na powierzchni sączka i chłonięta jest przez glebę.

Dalszym jest próżniowy system nawodnień przesiąkowych, opracowany przed kilkudziesięciu laty przez Korniewa. W systemie tym wykorzystana jest siła ssąca gleby (potencjał kapilarny) dla utrzymywania stałej określonej wilgotności gleby i zrealizowania pełnej automatyzacji nawodnień.

36. Cele i kryteria stosowania nawodnień zalewowych

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

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 5,0 *.

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.

37. Podział nawodnień zalewowych

Nawodnienia zalewowe należą do obszernej grupy nawodnień napowierzchniowych. Podział nawodnień zalewowych:

Systemy	Odmiany	Formy
1. Zalewy naturalne nie kontrolowane	-	-
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.

38. Zapotrzebowanie wody do zalewów z głęboko leżącym poziomem wody gruntowej

Jeżeli objętość zbiornika podziemnego przed nawodnieniem jest duża a przepuszczalność gruntu niewielka, to w czasie napełniania kwatery może wsiąknąć ilość wody znacznie mniejsza, niż potrzeba jej do wypełnienia całego potencjalnego zbiornika podziemnego. Z drugiej strony istnienie dużego zbiornika podziemnego przy dużej przepuszczalności gruntu utrudnia lub wprost uniemożliwia szybkie wykonanie zalewu, który wymagałby ponadto bardzo dużego dopływu jednostkowego. Rozpatrzmy przypadek najprostszy, opracowany przez Michałowskiego przy założeniu następujących warunków:

• prędkość wsiąkania wody w grunt podczas trwania zalewu waha się w niewielkich granicach i może być przyjęta jako wielkość stała,

• zbiornik podziemny nie wypełnia się całkowicie podczas zalewu, a więc może być traktowany jako nieograniczony,

Ze względu na powiązania wewnętrzne nie wszystkie parametry nawodnienia mogą być dowolnie obierane. Dotyczy to szczególnie powierzchni kwatery i dopływu, które to wielkości przy danej prędkości wsiąkania powinny być związane nierównością:

Q ≥ Fw

Gdyby nierówność ta nie była spełniona, to osiągnięcie zalewu o powierzchni F i wysokości 2h nie byłoby praktycznie możliwe. W pewnym momencie, po zalaniu części kwatery, dopływ wystarczałby zaledwie na pokrycie wsiąkania i dalsze napełnianie kwatery uległoby zahamowaniu. Autorzy wychodząc z bilansu wodnego dla okresu całkowitego napełniania kwatery:

Q * T = h * F + μ * w * F * T

wprowadzają współczynnik nierównomierności zalewu μ ≤ 1, za pomocą którego uwzględniają fakt, że w ciągu czasu od 0 do T kwatera jest zalana tylko częściowo i powierzchnia czynna zalewu jest w każdym momencie mniejsza od końcowej powierzchni F, a czasy przebywania pod wodą poszczególnych elementów powierzchni są mniejsze od T. Ogólne kryterium stosowalności wzorów na zalew w warunkach głębokiego zalegania wód gruntowych jest następujące: jeśli zbiornik podziemny ma objętość wprawdzie dużą, lecz ograniczoną i równą ΔW, to czas niezbędny na jego wypełnienie przy stałej prędkości wsiąkania w wyniesie:

t =

Gdy czas zalewu T obliczony z wzoru (przy μ = 0,75) jest mniejszy od czasu wsiąkania t, to istotnie mamy przypadek głębokiego zwierciadła wód gruntowych. Podczas zalewu nie zdoła się wypełnić cały potencjalny zbiornik podziemny i zastosowanie przytoczonych wzorów jest uzasadnione. Jeżeli natomiast z obliczeń otrzymamy T * t, to zbiornik podziemny zostałby w czasie napełniania kwatery całkowicie wypełniony. W tym przypadku nawodnienie należy traktować jak nawodnienie prowadzone w warunkach płytkiego zwierciadła wody gruntowej i zastosować odpowiednie wzory podane w rozdziale.

39. Zapotrzebowanie wody do zalewów z płytko leżącym poziomem wody gruntowej

Faza napełniania kwatery - jeśli zwierciadło wód gruntowych leży stosunkowo blisko pod powierzchnią terenu, a grunt jest przynajmniej średnio przepuszczalny, to istnieje duża możliwość, że już w trakcie fazy pierwszej zbiornik podziemny zdoła się całkowicie wypełnić do granic wyznaczonych przez pełną pojemność wodną warstwy aeracji.

Oznaczenia:

F - powierzchnia kwatery w ha,

h - średnia głębokość zalewu w m sł. wody,

ΔW - średnia objętość zbiornika podziemnego (na jednostkę powierzchni kwatery) w m sł. wody, równa różnicy pomiędzy pełną pojemnością wodną a początkowym zapasem wody zawartej w warstwie H ponad zwierciadłem wody gruntowej. Wartości ΔW można wyznaczyć z typowych wykresów uwilgotnienia, uwzględniając fakt, że wyjściowe zapasy wody w profilu przed nawodnieniem mogą być różne na wiosnę i latem,

T - czas efektywny niezbędny do wykonania zalewu kwatery w dobach,

Q - dopływ na kwaterę w l⋅s^-1,

q - dopływ jednostkowy równy Q/F.

Wzór wiążący parametry nawadniania będzie tu bardzo prosty: objętość wody dopływającej na kwaterę w czasie T powinna wypełnić zbiornik nadziemny i zbiornik podziemny. Pomijając na razie straty na przesiąki pod groblami i straty na parowanie z wolnej powierzchni wody podczas zalewu, otrzymamy równanie bilansu wodnego netto w postaci:

Q * T = h * F + ΔW * F lub q * T = h + ΔW

Ponieważ w projekcie zazwyczaj zakładamy napełnienie kwatery h i wynikającą z warunków glebowo-wodnych objętość zbiornika podziemnego ΔW, przeto z powyższych wzorów wyznaczamy dopływ lub czas, przyjmując jedną z tych wielkości , jako założenie uzupełniające. Aby znaleźć dopływ brutto, należy jeszcze uwzględnić straty na kwaterze.

1. Straty na parowanie z wolnej powierzchni wody w trakcie zalewu są w naszym klimacie na ogół bardzo małe (kilka mm na dobę) i przy krótkich czasach zalewu oraz dużych napełnieniach kwatery mogą być pomijane. Parowanie dobowe można wyrazić w przybliżeniu wzorem:

2. W przypadku bliskiego zalegania wód gruntowych straty na przesiąki mogą być poważniejsze tylko w razie niekorzystnego stosunku obwodu kwatery do jej powierzchni i przy bardzo przepuszczalnym podłożu. Podczas nawadniania szeregu kwater straty pomiędzy kwaterami ulegają wyrównaniu. Stratę na przesiąki wzdłuż obwodu zalewanej kwatery można oszacować w następujący sposób:

Q_p = q_p * (H₁ - H₀) * L [l⋅s^-1] , gdzie:

L - długość obwodu groblowanego w km,

H₀ - stan wody na kwaterze (w metrach), przy którym pojawiają się znaczniejsze przesiąki,

H₁ - projektowany stan wody na kwaterze zalewanej w metrach. Stany H₀ i H₁ liczone są od poziomu wody w zewnętrznych rowach odpływowych,

q_p - przesiąk jednostkowy w l⋅s^-1⋅km^-1, przy różnicy H₁-H₀= 1 m, przy H₁-H₀=0 przesiąk q_p=0.

Porównując czas zalewu T, obliczony z wzorów przy założeniu bliskiego zwierciadła wody gruntowej, z czasem t niezbędnym na wsiąknięcie objętości wody ΔW, możemy ocenić słuszność przyjętej hipotezy i prawidłowość posłużenia się danym wzorem. Mianowicie:

• gdy T > t, to istotnie zachodzi przypadek bliskiego zwierciadła wody gruntowej; zbiornik podziemny zdoła napełnić się w czasie krótszym, niż trwa całkowite napełnianie kwatery,

• gdy T < t, to pomimo, że zwierciadło wody gruntowej według subiektywnej oceny zalegałoby blisko pod powierzchnią, mamy w rzeczywistości przypadek drugi - głębokiego zwierciadła wody gruntowej. W czasie T nie zdoła wsiąknąć objętość ΔW i obliczenie czasu nawodnienia musi być dokonane za pomocą innych wzorów,

Faza podtrzymania zalewu i zrzutu wody z kwatery - podtrzymanie zalewu stojącego, bez przepływu wody na kwaterze, wymaga stosunkowo niewielkich objętości dopływu, przeznaczonych tylko na pokrycie strat wynikających wskutek parowania i przesiąków. Natomiast w przypadku nawodnienia zalewowego z przepływem może być potrzebny w fazie drugiej dość znaczny dopływ (kilkadziesiąt litrów na sekundę i hektar), zależnie od celu nawodnienia i projektowanej prędkości wody na kwaterze. Po zakończeniu fazy podtrzymania zalewu następuje zrzut wody z kwatery. Objętość odpływu składa się tu z objętości opróżnianego zbiornika nadziemnego o średnim napełnieniu h oraz z objętości zbiornika podziemnego ΔW_z.

40. Czas nawadniania, ilość oraz wielkość kwater przy nawadnianiu zalewowym

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 powierzchniach 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,

41. Nawodnienia zalewowe z przepływem

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.

42. Nawodnienia stokowe - charakterystyka i kryteria stosowania

Systemy stokowe dzięki swemu zróżnicowaniu mogą być stosowane w nader różnorodnych warunkach produkcyjnych, glebowych i topograficznych, na spadkach w przedziale 1,0-100,0% i przy dysponowaniu zarówno dużym, jak małym dopływem. Nadają się do nawadniania wodami czystymi i ściekowymi. Zasada ogólna nawodnień stokowych polega na wyprowadzeniu strugi wody z elementu sieci rozprowadzającej (rowek lub rurociąg) na powierzchnię terenu, po którym woda spływa wzdłuż spadku cienką warstwą (2-5 cm) wsiąkając na trasie w głąb profilu. Systemy stokowe nadają się do nawodnień pozawegetacyjnych lub wegetacyjnych, zwilżających, użyźniających zarówno na łąkach, jak i na gruntach ornych. Dużą zaletę systemów stokowych stanowi ruchliwość wody (natlenianie, szybkość nawadniania) oraz możliwość realizowania częstych i małych dawek - gleba nie bywa okresowo tak przeciążona wilgocią, jak po zalewie. Do stron ujemnych należy zaliczyć stosunkowo małe powierzchnie kwater (utrudnienie mechanizacji upraw), wynikające z istoty samego sposobu rozprowadzania wody, tj. za pomocą gęstej sieci szczegółowych urządzeń nawadniających, dostosowanych do ukształtowania terenu.

43. Podział nawodnień stokowych

Nawodnienia stokowe dzielimy na:

• system stokowy naturalny

• system stokowy sztuczny

• system grzbietowy

• nawodnienia rowami rozlewowymi

44. System stokowy naturalny

Nawadnia łąki bruzdani prowadzonymi niemal poziomo wzdłuż warstwic, stosowany jest przy spadkach terenu co najmniej 2,5 - 3,0%, a przy regularnym ukształtowaniu stoków jest najtańszy i najłatwiejszy do wykonania. Woda z doprowadzalnika wpuszczona zostaje do rowka rozdzielczego, prowadzonego wzdłuż największego spadu; z rowka rozdzielczego woda kierowana jest do bruzd rozdzielczych długości 25 - 40 m, napełnia je, przelewa się przez brzegi i spływa po stoku. Długość stoku zraszanego z jednej bruzdy zależy, od ilości wody, przepuszczalności gleby, spadku. Woda początkowo pokrywa cały stok równą warstwą, lecz w miarę oddalania się rozdziela się na strugi, pozostawiając część terenu nie zwilżoną. Rowki rozdzielcze wykonane na stoku równym spełniają jednocześnie rolę rowków odwadniających. Na spadkach powyżej 2,0 - 3,0% i obfitości wody, która pozwala nawadniać każdą działkę świeżą wodą, na glebach żelazistych lub zakwaszonych układ bruzd rozlewowych uzupełniony jest siecią bruzd odwadniających prowadzonych powyżej bruzd rozlewowych. Długość bruzd rozlewowych i odwadniających wynosi 25 - 40 m. Rozstaw rowków odwadniających wynosi 50 - 80 m. bruzdy rozlewowe o przekroju prostokątnym z małym spadem, wynoszącym 0,5 - 3,0^o/_oo, zależnym od ilości wody, jaką prowadzą, mają głębokość 8 -10 cm. Szerokość wynosi przeważnie 30 cm, bruzda odwadniające o przekroju prostokątnym mają szerokość 15 -25 cm, głębokość 20 - 30 cm, spadek maksymalny 10,0^o/_oo.

45. System stokowy sztuczny

System sztuczny polega na uformowaniu powierzchni łąki o zbyt małym spadzie własnym w szereg płaskich stoków o spadzie 4% , u góry stoku jest bruzda rozlewowa, u dołu odwadniająca. Jeżeli ilości wody są ograniczone, może być stosowany układ bruzd i rowków pozwalających na wielokrotne użycie wody. System sztucznego nawodnienia stokowego stosowany jest na terenach o spadkach 1,5 - 2,5%, przekroje poprzeczne bruzd i rowków, długości bruzd i stoków są takie same jak w systemie naturalnym.

46. System grzbietowy

W systemie tym rowki rozlewowe, rozprowadzające wodę po powierzchni, biegną po grzbietach naturalnych lub sztucznych, wzdłuż głównych spadków terenu. Doprowadzalniki (względnie rowy rozdzielcze) prowadzone są z niewielkim spadkiem prawie równolegle do warstwic. W terenach o małych spadkach, lecz przy dość urozmaiconej rzeźbie możliwe jest wykorzystanie grzbietów naturalnych. Do starszych systemów o znaczeniu raczej historycznym należą również grzbiety sztucznie formowane, które umożliwiały nawadnianie terenów o zbyt małych spadkach, nieodpowiednich dla innego sposobu nawodnienia stokowego.

47. Nawodnienie rowami rozlewowymi

W systemie rowów rozlewowych funkcje doprowadzenia i rozprowadzenia wody są spełniane przez jeden i ten sam element sieci nawadniającej - rów prowadzony częściowo w wykopie, częściowo w nasypie po grzbietach i wyniosłościach terenu. Rów rozlewowy ma zazwyczaj znaczną długość a odpowiednie wymiary poprzeczne zapewniają transport dużych ilości wody na obsługiwane powierzchnie. W profilu podłużnym krawędzie rowu rozlewowego mają bardzo mały spadek lub na kilkudziesięciometrowych odcinkach są wyrównywane do poziomu. Woda spiętrzona zastawkami przelewa się kilkucentymetrową warstwą przez krawędź rowu, względnie koronę grobelki i spływa po stoku. Rowy odwadniające biegną kotlinami i trasowane są prawie równolegle do sieci nawadniającej. Jeżeli spadki poprzeczne są małe, np. 1,0-2,0%, lub też występują lokalne nierówności w mikroreliefie, prowadzi się rów rozlewowy w częściowym nasypie tak, aby korona grobelek przelewowych wznosiła się 10-30 cm ponad terenem. Wobec stosunkowo dużego dopływu przewidzianego na jednostkę szerokości stoku, można uzyskać nawodnienie stoków o długości 30-50, a nawet 70 m. Należy też dodać, że pod działaniem nawodnień następuje intensywniejszy rozwój darni w pasie przyległym do rowu rozlewowego (namulanie i zasilanie świeżą wodą), co doprowadza z czasem do lokalnego podniesienia powierzchni i zwiększenia spadku poprzecznego. Rowy rozlewowe bez wyrównania powierzchni stoków nadają się do nawadniania gleb średnio przepuszczalnych, nie zabagniających się, o niskim stanie wód gruntowych. Zastawki piętrzące rozmieszczane są co 50 m, w przypadkach stosowania przelewu dwustronnego i co 100 m przy przelewie jednostronnym. Niezbędną wielkość dopływu ustala się według obliczeń, a orientacyjnie na 100 m przelewu jednostronnego potrzeba co najmniej 50-100 l/s. Przy średniej długości stoku (50 m) reprezentuje to dopływ 100-200 l/s na hektar jednocześnie nawadnianej powierzchni. Jeżeli od nawodnień rowami rozlewowymi wymaga się dużej równomierności rozprowadzania wody i zawiesin po stoku oraz wysokiego współczynnika wykorzystania wody, to w terenach:

• płaskich o małych spadkach, lecz o zróżnicowanym mikroreliefie,

• o dużych spadkach i urozmaiconej rzeźbie, zachodzi konieczność wyrównywania powierzchni i sztucznego formowania stoków.

Jest to więc odmiana zbliżona do systemu grzbietów sztucznych, lecz różni się od niego znacznie większymi wymiarami sieci nawadniającej i powierzchni pól.

48. Nawadnianie bruzdowe - charakterystyka i kryteria stosowania

Systemy bruzdowe, w których woda rozprowadzana jest po polu liniowo, skoncentrowaną strugą, mogą służyć do nawodnień wegetacyjnych lub pozawegetacyjnych bardzo wielu roślin na terenach o spadkach 1,0-100,0* i glebach o różnej przepuszczalności. Bruzdy, o głębokości przeciętnej 15-25 cm i przekroju poprzecznym zbliżonym do trapezowego, wykonuje się w toku upraw polowych za pomocą specjalnych narzędzi. Optymalny spadek bruzd kształtuje się w przedziale 5,0-30,0*, przeto w terenach o większych spadkach bruzdy nawadniające są prowadzone skośnie do warstwic, a odpowiednio do tego trasuje się sieć doprowadzającą i rozdzielczą. Układ bruzd rozdzielczych powinien być w zasadzie regularny i prostoliniowy, niekiedy jednak w terenie bardziej urozmaiconym sieć rozdzielcza ma kształty krzywoliniowe. Długość bruzd nawadniających może być różna, od 30-450 m, najczęściej zaś wynosi 100-200 m. Niezbędny dopływ na jedną bruzdę waha się od 0,2-1,5 l⋅s^-1. Ten sposób zwilżania gleby nie niszczy struktury i umożliwia nawodnienie bez przekroczenia polowej pojemności wodnej profilu.

Obok tych stron pozytywnych odnotować należy niektóre uboczne objawy ujemne, towarzyszące nawodnieniom bruzdowym w strefach posusznych - pod wpływem silnego parowania występuje przemieszczanie się soli wraz z prądem kapilarnym na grzbiety między bruzdami. Prowadzenie nawodnień bruzdowych wymaga starannego nadzoru i precyzyjnego manewrowania dopływem, aby wykluczyć możliwość rozmycia bruzd i powstawania nieprzewidzianych zrzutów. Ze względu na lepsze wykorzystanie wody, nawodnienia z sieci otwartej należy rozpoczynać od górnych kwater obiektu, natomiast w razie stosowania maszyn polewających kierunek ich ruchu powinien być od kwater najniższych do najwyżej położonych. Zagadnienie przepływu i wsiąkania wody w bruździe nawadniającej jest w porównaniu do nawodnień stokowych bardziej skomplikowane, jakkolwiek pod względem hydrodynamicznym oba systemy, należące do typu nawodnień nasiąkowych, mogą być opisane identycznym zestawem równań różniczkowych.

Podział nawodnień bruzdowych:

Systemy	Odmiany	Formy
1. System bruzd zasilanych z otwartej sieci rozdzielczej	1. Sieć rozdzielcza stała, nie umocniona lub umocniona (koryta betonowe) 2. Sieć rozdzielcza czasowa, okresowo wyorywana	1. Bruzdy obsiewane lub nieobsiewane 2. Bruzdy przepływowe bezzrzutowe lub zalewane 3. Bruzdy płytkie lub głębokie
2. System bruzd zasilanych z sieci przewodów rurowych	1. Sieć rurociągów rozdzielczych stałych 2. Sieć rurociągów rozdzielczych ruchomych	1. Formy bruzd jak w poz. 1-3 oraz: a. Rozlew za pomocą bruzd pomocniczych b. Rozlew bezpośredni 2. Rurociągi przenośne Rurociągi przewoźne
3. System bruzd zasilanych za pomocą samobieżnych maszyn polewających	1. Sieć doprowadzalników otwartych 2. Sieć doprowadzalników krytych	Formy bruzd jak w poz. 1-3

49. Budowle melioracyjne na obiektach nawadnianych

Do sprawnego prowadzenia rozrządu wody w otwartej sieci rozdzielczej i szczegółowej potrzeba na ogół dużej ilości budowli regulujących oraz urządzeń pomocniczych. Są to oczywiście obiekty małe, ale ze względu na ich liczebność i ważą rolę muszą odpowiadać wysokim wymaganiom funkcjonalnym i konstrukcyjnym. Przy doborze typu i wymiarów należy uwzględnić następujące postulaty:

• dostateczną przepustowość przy małych stratach spadku,

• możliwość regulacji i utrzymywania określonej wydajności,

• możliwość pomiaru objętości przepływu,

• zdolność do przepuszczania namułów,

• prostotę konstrukcji i łatwość obsługi w toku eksploatacji.

Małe urządzenia piętrzące i wpustowe stosowane są w postaci:

• urządzeń (budowli) stałych,

• urządzeń przenośnych,

Budowle stałe piętrzące, wpustowe lub spustowe typu zastawki lub przepustu z zasuwą wykonywane są najczęściej z elementów prefabrykowanych. Obok tradycyjnego betonu lub żelbetu pojawiają się (np. w USA) urządzenia całkowicie złożone z elementów stalowych o powierzchni pokrytej specjalnymi powłokami antykorozyjnymi. Urządzenia przenośne stanowią wszelkiego rodzaju zastawki stalowe z ewentualnymi zasuwami, zastawki brezentowe lub z folii oraz lewary, których działanie można zautomatyzować i wyeliminować przynajmniej częściowo, obsługę ręczną. Ze względu na zasadnicze wykonywane funkcje, można wyróżnić następujące rodzaje urządzeń i budowli:

• urządzenia regulujące wydatek i poziom wody na poszczególnych odcinkach doprowadzalnika głównego. O tych budowli należą: jazy i zastawki piętrzące oraz przelewy awaryjne i spusty do opróżniania doprowadzalnika,

• urządzenia regulujące prędkość wody w doprowadzalniku, a więc stopnie i osadniki,

• urządzenia do przeprowadzania wody przez przeszkody na trasie (akwedukty, syfony),

• urządzenia do poboru wody i przekazania jej na sieć boczną. Ujęcia te mogą być grawitacyjne lub mechanicznym podnoszeniem,

• urządzenia do pomiaru i rejestracji objętości przepływu,

• urządzenia komunikacyjne: mosty, kładki, przepusty,

---