Pytania egzaminacyjne
1.Cele i zadania nawodnień
Cele melioracji nawadniających: stworzenie trwałych i jak najkorzystniejszych dla produkcji rolniczej warunków wilgotnościowych, powietrznych, cieplnych i pokarmowych.
Nawodnienia te nie ograniczają się jednak tylko do uzupełnienia zapasów wody, ale mają na celu również usuwanie innych przyczyn niedostatecznego potencjału produkcyjnego siedliska.
2.Podział nawodnień ze względu na cel nawadniania
Ze względu na cel i sposób działania rozróżnia się nawodnienia:
- zwilżające, których celem jest uzupełnienie zapasów wilgoci w glebie, niezbędnej dla optymalnego rozwoju roślin
- użyźniające, dostarczające wraz z wodą składniki pokarmowe rozpuszczone w wodzie w celu polepszenia fizycznych i chemicznych właściwości gleby, bądź też wytworzenia nowej warstwy gleby na mało przydatnym podłożu ( tzw. kolmatacja )
- oczyszczające, ich głównym celem jest oczyszczenie środowiska glebowego z zanieczyszczeń i skarzeń
- przemywające, w celu usunięcia szkodliwych związków np. soli lub związków żelaza.
- ochronne, regulujące stosunki termiczne gleby ( ocieplające, ochraniające przed przymrozkami, ochładzające powietrze, bądź zwalczające niepożądane rośliny lub faunę)
Klasyfikacja techniczna nawodnień opierać się może na różnych kryteriach. Najczęściej jako podstawę przyjmuje się sposób dostarczenia wody do czynnej warstwy gleby i jej rozprowadzeniu w profilu glebowym. Na tej podstawie można wyróżnić nawodnienia:
- napowierzchniowe, w których gleba zaopatrywana jest w wodę z góry ku dołowi zstępującym prądem, głównie przy udziale siły ciężkości
- podpowierzchniowe, w których gleba zasilana jest wstępującym prądem z dołu ku górze, przy udziale sił kapilarnych.
Nawodnienia napowierzczchniowe mogą być:
- zalewowe, dzielące się na systemy zalewów naturalnych, kierowanych i sztucznych
- nasiąkowe, obejmujące systemy stokowe( stoki jednospadowe, grzbietowe, rowy rozlewowe, smużne) i bruzdowe.
- deszczowniane ( system deszczowni stałych, półstałych i przenośnych)
- kroplowe, z rozbiorem wody z przewodu zamkniętego punktowo lub ciągle
Nawodnienia podpowierzchniowe mogą być:
- przesiąkowe ( inaczej wgłębne) dzielące się na ciśnieniowe, bezciśnieniowe i próżniowe
- podsiąkowe, ze stałym podsiąkiem ( ze stałym poziomem wody gruntowej) i okresowe ( ze zmiennym poziomem wody gruntowej)
O wyborze sposobu nawodnienia decyduje ukształtowanie terenu, rodzaj i wykorzystanie gleby oraz ilościowe i jakościowe zasoby wodne.
3.Potrzeby wodne roślin uprawnych
Rozmaite gatunki, a nawet poszczególne odmiany roślin uprawnych wykazują różne zapotrzebowanie na wodę i różną reakcję na jej brak lub nadmiar. Różnią się one zawartością wody w poszczególnych organach, wykazują różną dynamikę pobierania i gromadzenia wody w okresie rozwoju oraz różne stężenie soku komórkowego, ciśnienie ssące komórek i potencjał kapilarny systemu korzeniowego.
Potrzeby wodne roślin zależą głównie od właściwości genetycznych danego ich rodzaju, gatunku i odmiany. Od genotypu zależą bowiem morfologia roślin, długość okresu wegetacji, rozwój fazowy, procesy fizjologiczne, możliwości produkcyjne i reakcja na zmiany w środowisku przyrodniczym.
Potrzeby wodne roślin zwiększają się przeważnie z wydłużeniem okresu wegetacji, w miarę zwiększenia się nasłonecznienia, temperatury, opadów, wilgotności gleby i natężenia wiatru. Zależą też od fazy rozwoju roślin oraz od stosowanego nawożenia i agrotechniki.
4.Ogólna charakterystyka systemów nawodnień.
Nawodnienia podsiąkowe- polegają na regulowaniu położenia zwg. w dostosowaniu do potrzeb danej rośliny. Mogą być realizowane w dwóch systemach:
-ze zmiennym podsiąkłem,
-okresowym podsiąkiem.
Każda z tych odmian może być zrealizowana z regulowanym odpływem jako zależny (wspólna sieć nawad.-odwad.) i niezależny.
Najpowszechniejszą formą było nawodnienie podsiąkowe z sieci rowów. Obecnie coraz częściej są stosowane nawodnienia za pomocą sieci kombinowanej ( rowy + dreny). Takie rozwiązanie eliminuje gęstą sieć rowów i ułatwia eksploatację, zmniejszają się również nakłady na bieżącą konserwację sieci rowów a równocześnie zyskuje się znaczne powierzchnie gleb zajmowane przez rowy. Zwiększa to produkcję rolniczą na terenach nawadnianych. Nawodnienia te powinny być stosowane na płaskich, wyrównanych powierzchniach gruntów, w których wody gruntowe nie obniżają się głębiej niż około 1,5m poniżej pow. Terenu.
Rys. 3. Schemat hydrauliczny nawadniania podsiąkowego
Nawodnienia zalewowe. Polega na zalaniu terenu wodą, skąd przenika ona do profilu glebowego i nasyca go od góry do pełnej pojemności wodnej. Po zakończeniu nawodnienia sieć odwadniająca odprowadza nadmiar wody. W czasie nawodnienia grubość warstwy wody nie powinna przekraczać 25-30cm. Niezbędny jest, więc płaski i wyrównany teren o spadkach nieprzekraczających 3-4 %o . Dzięki licznym odmianom i formom nawodnienia zalewowe mogą być stosowane jako użyźniające, oczyszczające, przemywające itp. W zależności od rozwiązań technicznych rozróżniamy nawodnienia zalewowe naturalne( nie kontrolowane), kierowane i regulowane (sztuczne) Obecnie zalewy niekontrolowane nie są stosowane. Najczęściej występują kierowane i regulowane w układzie zależnym bądź niezależnym.
Rys. 5. Schemat hydrauliczny nawadniania zalewowego
Nawodnienia nasiąkowe. Dzielą się na stokowe i bruzdowe. Nawodnienia stokowe mogą być realizowane jako stoki jednospadowe, rowy rozlewowe, smugi oraz nawodnienia grzbietowe. Stoki mogą być naturalne lub sztucznie formowane. Sieć rozdzielczą stanowią tu rowy otwarte lub rurociągi rozlewowe. Mogą być również układy bez sieci rozdzielczej oraz bez sieci odwadniającej. Poszczególne rozwiązania mogą uwzględniać tylko jednokrotne zużycie wody lub wielokrotne wykorzystanie zrzutów.
System rowów rozlewowych ma liczne odmiany. Woda może być rozlewana jednostronnie lub dwustronnie. W nawodnieniach bruzdowych woda może być dostarczana do bruzd z otwartej sieci rowów lub z rurociągów, ale także przy pomocy samobieżnych urządzeń nawadniających
Rys. 6. Schemat hydrauliczny nawadniania nasiąkowego
5. Charakterystyka nawodnień podsiąkowych(pyt.4)
6.Charakterystyka nawodnień zalewowych(pyt.4)
7.Charakterystyka nawodnień stokowych.
Naw. stokowe mogą być realizowane jako stoki jednospadowe, rowy rozlewowe, smugi oraz nawod. grzbietowe. 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
Stoki jednospadowe mogą być naturalne lub sztucznie formowane. Sieć rozdzielczą mogą tu stanowić rowy otwarte lub rurociągi rozlewowe. Mogą być układy bez sieci rozdzielczej oraz bez sieci odwadniającej.
Rowy rozlewowe mogą być stosowane na stokach naturalnych niewyrównanych lub na stokach wyrównanych a nawet sztucznie formowanych. Woda z rowów może być rozlewana jednostronnie lub obustronnie, a kwatery krótkie lub wydłużone.
8.Podaj zasady projektowania przekroju poprzecznego i podłużnego doprowadzalnika.
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 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, przewidywanych umocnień itd. wysuwamy na pierwszy plan jeden lub dwa główne postulaty, które będą zasadniczymi kryteriami przy wyborze optymalnych wymiarów przekroju.
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.
Prędkości dopuszczalne podawane w literaturze, odnoszą się przede wszystkim do sieci odwadniającej i są przez analogię stosowane w doprowadzalnikach.
W doprowadzalnikach powinny być również wytworzone warunki nie zagrażające zamuleniu. W celu ochrony doprowadzalnika przed zamuleniem prędkość wody (średnia w przekroju) nie może być mniejsza od dopuszczalnej prędkości minimalnej.
Obliczenia hydrauliczne doprowadzalników wykonuje się w sposób analogiczny do obliczania kanałów odwadniających. Są one oparte są na założeniu ustalonego ruchu równomiernego. Przepływ i parametry kanału obliczamy z następujących zależności:
gdzie:
Q - objętość przepływu (m3×s-1),
F - powierzchnia przekroju poprzecznego (m2),
R - promień hydrauliczny (m),
J - spadek hydrauliczny przyjęty jako równy spadkowi dna,
V - średnia prędkość w przekroju (m. s-1),
C - współczynnik zależny od szorstkości, spadku i promienia hydraulicznego.
Tok obliczeń jest tu jednak bardziej skomplikowany, gdyż przy projektowaniu doprowadzalnika, wskutek rozbiorów wody na trasie przepływy 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 J i powierzchnie przekroju F,
- utrzymać stałą powierzchnię przekroju F zmieniając J 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.
Projektując przekrój poprzeczny doprowadzalnika należy uwzględnić funkcję spełnianą przez dany odcinek w całokształcie sieci doprowadzającej. Doprowadzalnik główny usytuowany poza obiektem nawadnianym i biegnący w wykopie (rys. 29) powinien mieć przekrój zwarty - przeważa tu postulat maksymalnego przepływu przy minimum kubatury robót ziemnych.
Rys. 29. Przekrój poprzeczny doprowadzalnika biegnącego w wykopie
Sieć doprowadzalników drugiego rzędu, położoną z reguły wewnątrz obszaru nawadnianego, najdogodniej jest wykonać w półwykopie-półnasypie (rys. 30). W tym przypadku również profil zwarty byłby korzystniejszy, zwłaszcza jeśli udałoby się zrównoważyć objętości mas ziemnych tylko w ramach transportu poprzecznego.
Rys. 30. Przekrój poprzeczny doprowadzalnika biegnącego w półwykopie-półnasypie
Doprowadzalnik idący całkowicie w nasypie może być przy niektórych systemach nawodnień pożądany, a nawet konieczny, ze względu na utrzymanie odpowiedniego położenia zwierciadła wody w stosunku do powierzchni terenu (rys. 31). Na ogół jednak rozwiązanie takie jest kosztowne i trudne w eksploatacji.
Rys. 31. Przekrój poprzeczny doprowadzalnika biegnącego całkowicie w nasypie
Na utrzymanie stałości przekroju poprzecznego doprowadzalników nie umocnionych w sposób zasadniczy wpływa nachylenie skarp. Zależnie od właściwości gruntu, roli i wielkości doprowadzalnika stosowane są nachylenia w granicach 1:0,5 (sieć szczegółowa) do 1:3 (sieć podstawowa).
Najczęściej nachylenia skarp darniowanych lub obsianych są następujące:
- torfy słaborozłożone 1:0,5 1:1
- torfy średnio i silnie rozłożone 1:1 1:1,5
- gliny mocne 1:1 1:1,25
- gliny średnie, piaski gruboziarniste 1:1,5
- piaski drobnoziarniste 1:2
- grunty pyłowe 1:3
Oczywiście w przypadku umocnienia dna i skarp, np. okładziną betonową przekrój doprowadzalnika staje się bardziej zwarty, zbliżony do przekroju hydraulicznie najkorzystniejszego.
9. Nawodnienia deszczowniane- ogó1nacharakterystyka.
Nawodnienia deszczowniane zalicza się do nawodnień napowierzchniowych. Wyróżnia się tu trzy podstawowe systemy:
-deszczownie ruchome (przenośne, przewożone, przetaczane,samobieżne), są najtańsze, wymagają jednak większych nakładów eksploatacyjnych, są mniej trwałe i mogą działać na niewielkiej powierzchni;
-deszczownie stałe są bardzo drogie. Nie wymagają jednak dużych nakładów eksploatacyjnych. Utrudniają jednak mechanizację upraw. Są stosowane w zasadzie w uprawach ogrodowych i na obiektach sportowych.
-deszczownie półstałe -najbardziej rozpowszechnione, ze względu na powierzchnię nawadnian...
Maldinka