Інформаційні технологиї формування якості поливної води Інгулецького зрошуваного масиву

Тетьоркіна О.Є. - студент 4 к. ГМФ
Волочнюк Є.Г. - к. с.-г. н, асистент

На Інгулецькому зрошуваному масиві сформувалась особливо складна екологічна ситуація, яка пов’язана із забрудненням р. Інгулець. Простежується постійне зростання забруднення річки іонами хлору, натрію та іншими шкідливими речовинами. Взимку р. Інгулець використовується для транзитного пропуску високомінералізованих вод Криворізького гірничорудного басейну. Весною, з метою очищення русла річки та підготовки його до зрошувального сезону, проводиться санітарна промивка русла на ділянці Кривий Ріг - гирло р. Інгулець водою водосховищ. Цим досягається зменшення мінералізації річкової води у квітні до 0,6-1,2 г/л, концентрації іонів хлору в 2,5-10 разів.

 Інгулецька зрошувальна система (ІЗС) є унікальним комплексом за формуванням якості води, функціонування якого можливо представити у вигляді "чорної скрині" (рис. 1).

 Рис. 1. Схема формування якості поливної води на ІЗС

 Якість поливної води формується шляхом змішування вод річок Дніпро та Інгулець і залежить від процентного співвідношення їх витрат, на яке впливають стік р. Інгулець, режим роботи головних насосних станцій (ГНС) кліматичні умови, промислові та комунальні скиди. Регулювання якості поливної води на Інгулецькому зрошуваному масиві можна досягти на макро- (басейнове регулювання стоку р. Інгулець) та мікрорівнях (режим роботи головних насосних станцій). Можливість меліорації ґрунтів через покращення якості поливної води в умовах ІЗМ за рахунок регулювання режиму роботи ГНС уперше висловили к. с.-г. н. Морозов В.В. та к. т. н. Нежлукченко В.М. (1988).

 В останні роки водозабір до зрошувальної системи скоротився, що у поєднанні зі зменшенням часу роботи головних насосних станцій у вегетаційний період ускладнює ситуацію щодо формування якості поливної води, значно погіршує еколого-меліоративний стан зрошуваних ґрунтів, знижує ефективність зрошуваного землеробства. Так, із 1997 р. витрати до ІЗС скоротились вдвічі порівняно із 1973-1996 рр. У більшості випадків в Інгулецькому магістральному каналі (ІМК) не досягається заплановане співвідношення вод р. Інгулець та р. Дніпро. У поєднанні з поступовим погіршенням якості природних поверхневих вод та збільшенням частки р. Інгулець у формуванні поливної води це стало причиною погіршення її якості. Мінералізація поливної води у більшості випадків перевищує 1,0 г/л. Виділяється три характерні періоди формування зрошувальної води під час роботи ГНС. Перший - початок роботи ІЗС, коли відкачуються мінералізовані води на ділянці р. Інгулець від її гирла до ГНС. Другий - період інтенсивного проведення поливів. В цей час спостерігаються значні витрати до системи, які сприяють покращенню співвідношення інгулецької та дніпровської води. Третій - кінцевий період.

 Встановлено, що складність регулювання якості поливної води полягає не тільки в регулюванні співвідношення часток інгулецької та дніпровської вод, але й у тому, що, порівняно з дніпровською, інгулецька вода відзначається високою мінливістю за своїми меліоративними показниками. При однаковій кількості працюючих насосних агрегатів ГНС відмічено коливання мінералізації води в ІМК від 0,45 до 1,57 г/л. Зменшення її до 1,0 г/л відбувається в окремі дні при високих витратах до ІЗС та малих - у р. Інгулець. Значна мінливість якості води в р. Інгулець викликає значні зміни в якості зрошувальної води. Динаміка іонів Cl-, Ca2+, Mg2+, Na+ у воді ІМК відрізняється від динаміки у річковій і залежить від режимів роботи ГНС. В період 1997-2001 рр. зросли середні значення вмісту іонів і збільшилася мінливість. Стандартне відхилення хлоридів збільшилося до 2,7-3,6 мекв/л, частота прояву події (Pmax) знизилася до 17-22 % (рис. 2). Коливання вмісту натрію дещо зменшилося, що залишило повторюваність його прояву на значному рівні (Pmax -22-33 %) при стандартному відхиленні -2,4-3,7 мекв/л.

Рис. 2. Криві нормального розподілу хлоридів (мекв/л) у воді ІМК

 В період проведення інтенсивних поливів мінералізація води в ІМК наближується до першого класу за умови одночасної роботи 4 та рідко 3 насосних агрегатів ГНС. При довготривалій роботі 3 насосів загальна концентрація солей у поливній воді лише наближується до сприятливих значень і тільки при значних зменшеннях витрат або концентрація хлоридів у р. Інгулець може класифікуватися як вода першого класу. Дані окремих років (1997 р.) вказують на неприпустимість при сучасних витратах до системи перерв у роботі насосних станцій. У такому випадку відбувається відтискання прісних дніпровських вод мінералізованими інгулецькими, що призводить до різкого зростання у поливній воді всіх макрокомпонентів, зокрема концентрації хлоридів, погіршення її якості за всіма іригаційними показниками. Залежно від тривалості зупинки ГНС, необхідно забезпечити роботу такої кількості насосних агрегатів, щоб досягти у найкоротші строки розбавлення мінералізованих вод прісними до потрібного співвідношення.

 Дисперсійним аналізом підтверджено, що забезпеченість вегетаційного періоду атмосферними опадами є важливим фактором у формуванні якості поливної води ІЗС. По мірі зростання водності вегетаційного періоду вплив організованих факторів на вміст хлоридів в ІМК суттєво зменшується, найбільша частка впливу належить взаємодії факторів. Частка організованих факторів коливалась від 39,6 % у маловодні до 8,4 % у багатоводні. Сила впливу витрат р. Інгулець найвагоміша і складає 21,3 % у маловодні періоди. Із врахованих факторів найвпливовішими є витрати р. Інгулець і ГНС та їх сумісна дія.

 Кластерним аналізом визначено комплекси, до складу яких входять іригаційні показники з високими кореляційними зв’язками між собою. Незважаючи на зміну кількості кластерів, іон хлору відносився до одного й того ж кластеру.  При високій кореляції з більшістю показників це підтверджує можливість його використання для комплексної оцінки якості води.

 Залежність мінералізації зрошувальної води в ІМК від витрат ГНС в різні за забезпеченістю атмосферними опадами вегетаційні періоди має вид ступеневої функції y=a·xb (рис. 3). Мінералізація 1 г/л в середні та маловодні роки забезпечується роботою не менше як 3-х насосів, а в багатоводні – 5-6. Робота двох насосних агрегатів може забезпечити в маловодні роки мінералізацію води не менше 1,2 г/л, в багатоводні - 1,4 г/л. Це пояснюється малими витратами річки Інгулець та найбільшим забором дніпровської води у маловодні роки. Таким чином, найбільш несприятливими для формування іригаційних показників якості води в ІМК є багатоводні роки, коли мінералізацію 1 г/л можна досягти лише при роботі 6 насосних агрегатів. В середні за водністю роки її можна забезпечити роботою 3-4 агрегатів, в маловодні - 2 агрегатами.

Рис. 6. Залежність мінералізації в ІМК від витрат ГНС

 Аналогічні дослідження концентрації хлоридів у поливній воді ІМК показав, що в сучасних умовах функціонування ІЗС 1-й клас якості зрошувальної води за ДСТУ 2730-94 фактично не досягається. Другий клас придатності забезпечується у багато - та маловодні роки роботою більше 2-х насосних агрегатів, в середні роки - 1-го.

ВИСНОВКИ

1. Джерело зрошення Інгулецької зрошувальної системи р. Інгулець характеризується нестаціонарними гідрологічним та гідрохімічним режимами, які зв’язані з антропогенним впливом Кривбасу та р. Дніпро. Сучасне фактичне змішування дніпровської та інгулецької води в Інгулецькому магістральному каналі не відповідає вимогам проекту ІЗС. Поливи проводяться водою другого та третього класу придатності за ДСТУ 2730-94.

 2. Важливим фактором формування якості поливної води ІЗС є забезпеченість (Р) атмосферними опадами (А) вегетаційного періоду: в період малої водності (А < 220 мм, Р > 66 %) вплив організованих факторів (гідрологічний та гідрохімічний режим р. Інгулець, режим роботи ГНС) складають 66 %, в середні за водністю періоди (А = 220-290 мм, Р = 33-66 %), організовані фактори - 45 %, у багатоводні періоди (А > 290 мм, Р < 33 %) вплив організованих факторів 11 %. У вегетаційні періоди великої забезпеченості атмосферними опадами антропогенний вплив на р. Інгулець зменшується на 12 % порівняно з роками малої забезпеченості.

 3. Результати досліджень є теоретичним обґрунтуванням та базою даних і моделей для впровадження інформаційних технологій управління якістю поливної води ІЗС і стану грунтів в практику еколого-меліоративного моніторингу.