Воду можно накапливать, собирая дождевые воды (на поверхности и под землей) из выходов грунтовых вод на поверхность (родников), а также из постоянно текущих или пересыхающих рек. Для транспортировки воды в места, предназначенные для ее хранения, используются водоотводные канавы (с донным покрытием), трубы, проведенные от родников, и, кроме того, крыши строений или же любая другая поверхность, с которой можно собрать стекающую дождевую воду.
Рисунок 2.19Транспортировка воды из основных потоков в запруды, а также сбор дождевой воды происходит за счет специальных канав, являющихся одним из самых важных компонентов подобных систем
Рисунок 2.20Временная запруда устраивается в нужном месте поперек водоотводной канавы. Один конец куска полиэтилена закрепляется на краях канавы, к другому концу крепится металлическая цепь, и он укладывается по дну. При переполнении запруды вода вытекает из нее и орошает почву находящуюся ниже по склону.
Водоотводные каналы представляют собой канавы, у которых имеется незначительный перепад высоты по горизонтали, для того чтобы обеспечить перемещение водяной массы. Водоотводные канавы используются для транспортировки воды из лощин и источников к местам для хранения и использования (рис. 2.19 и 2.20), а также к валоканавам* и песчаным насыпям, где вода будет впитываться в почву. Как уже сказано, основное назначение водоотводных канав состоит в обеспечении перемещения воды. Они могут быть сконструированы таким образом, чтобы избыток воды в одной запруде легко мог перемещаться в другую посредством именно таких каналов.
Сбор дождевых вод может также осуществляться с помощью крыш, дорог, либо прямо на склонах, имеющих покрытие, где вода будет стекать непосредственно в резервуар.
ВАЛОКАНАВЫ
Проникновение воды в почву обычно обеспечивается за счет рыхления поверхности, а также путем устройства валоканав*. Последние представляют собой вырытые на одинаковую абсолютную глубину продолговатые выемки с насыпью, ширина и тип которых могут варьироваться в каждом конкретном случае. На небольших возделываемых участках со значительной крутизной склона это могут быть невысокие земляные гребни или кучи камней, выложенные поперек склона. На равнинных участках или же на незначительных по крутизне склонах глубина канав может быть достаточно существенной (рис. 2.21).
Рисунок 2.21Валы-канавы устроенные по горизонталям, служат не для транспортировки, а для сбора дождевых вод, которые затем медленно впитываются в почву. Вал обычно засаживается деревьями и кустарниками.
Подобно безотвальной вспашке и обычному рыхлению почвы, устройство валоканав преследует собой цель задержать влагу в более глубоких почвенных слоях. Вся попадающая в валоканавы вода задерживается там на несколько часов или даже дней и, постепенно впитываясь в землю, пополняет запас почвенных вод, питая корни деревьев и трав. Деревья — это один из особенно важных элементов при устройстве валоканав; их всегда нужно высаживать в непосредственной близости от валоканав, особенно если речь идет о сухом климате (для предотвращения выхода соли на поверхность).
Валоканавы сооружаются на горизонталях склона, и они не предназначены для транспортировки воды. Их функция состоит лишь в том, чтобы удерживать воду. Дно валоканав выстилается песком, гравием, может разрыхляться или же покрываться гипсом. Делается это для того, чтобы вода лучше впитывалась в землю. Земля, которая была вынута, чтобы сделать углубление в грунте, насыпается в виде вала на край канавы, находящийся ниже по склону. На равнинных местах эта земля равномерно разбрасывается по поверхности неподалеку. В валоканавы может поступать стекающая с дорог и крыш дождевая вода, использованная для бытовых нужд вода (серая вода*), избыток воды из резервуаров. Вода может поступать также непосредственно по водоотводным каналам.
Расстояние между отдельными валоканавами может составлять от 3 до 20 величин, равных ширине канавы (в зависимости от количества выпадающих осадков). Если принять среднюю ширину канавы за 1 — 2 м то расстояние между валоканава-ми будет составлять 3 — 18 м. Наименьший интервал в 3 м соответствует годовому количеству осадков 1270 мм (большое количество), наибольший интервал делается при количестве, равном примерно 250 мм и меньше (небольшое количество). В условиях влажного климата пространство между валоканавами полностью засаживается устойчивыми и мульчепроизводящими видами (дающими большое количество биомассы). В сухих условиях интервал может оставаться практически пустым, и его предназначение обычно состоит в обеспечении стока воды в канаву. В последнем случае основная масса растительности размещается на валах (рис. 2.22).
Рисунок 2.22В условиях сухого климата расстояние между соседними валами-канавами должно быть больше нежели у аналогичных систем во влажном климате. Валы засаживаются устойчивыми к засухам древесными породами и кормовыми бобовыми культурами. Пространство между валами-канавами может быть засеяно зерновыми после того, как прошли дожди (почва подготавливается с помощью безотвальных методов вспашки).
После того как пройдут первые дожди и вода впитается в землю на метр и более, можно приступать к посадке деревьев на валах или же пространстве между валоканавами. Посадка может длиться в течение двух дождливых сезонов. Для того чтобы деревья начали отбрасывать тень на валоканаву и на ее дне стал накапливаться гумусный слой в виде опавшей листвы, обычно требуется 3 — 10 лет. На начальном этапе, пока валоканава еще не засажена, впитывание воды в землю может протекать довольно медленно, но затем скорость этого процесса существенно увеличивается, благодаря накоплению гумуса и наличию корневых систем деревьев.
В сухом климате валоканавы используются для водосбора или для восстановления уровня почвенных вод, а также для замедления процессов эрозии. Во влажных условиях валоканавы обычно служат исключительно для предотвращения эрозии. Как в первом, так и во втором случае валоканавы являются одним из наиболее благоприятных мест для размещения растительности.
РЕЗЕРВУАРЫ И ЗАПРУДЫ
Использование резервуаров и запруд является наиболее эффективным способом хранения воды. Резервуары изготавливаются из оцинкованного листового железа, бетона и железобетона, дерева или глины (покрытой изнутри водонепроницаемым слоем). Такие резервуары служат для сбора дождевой воды, стекающей с крыш, и других водонепроницаемых поверхностей (при необходимости сооружается илоулавлива-тель). Вода в резервуары может также подаваться из запруды.
Сопутствующие проблемы, возникающие в процессе эксплуатации резервуаров, обычно несложно решить. Если развелось много комаров, в резервуар запускается рыба Gambusia или какой-либо другой вид мелкой рыбы, поедающей личинки, либо резервуар просто закрывается сеткой или крышкой. Отверстие для поступающей воды закрывается сеткой, чтобы не пропускать листья и другой мусор, который может оказаться в воде, стекающей с крыши (рис. 2.23). Некоторые отмечают, что по краям и на дне резервуара скапливаются водоросли, но здесь ничего плохого нет, потому что этот бархатистый слой состоит из микроорганизмов, фильтрующих и очищающих воду. Более того, выходное отверстие резервуара должно быть не ниже 6 см от дна, чтобы не тревожить слой водорослей.
Небольшие запруды и земляные резервуары используются, как правило, в двух случаях. В первом случае они функционируют в качестве поилок для животных, в том числе и диких (второстепенная функция). Во втором случае (основная функция) их роль заключается в сборе и хранении дождевой воды. В дальнейшем, во время сухих периодов, эту воду можно использовать для бытовых нужд или же для ирригации. Подобные сооружения должны быть самым тщательным образом спланированы с учетом таких факторов, как безопасность, наличие водосборных канав, тип ландшафта в целом, система выпускных каналов, а также размещение по отношению к точкам, которые потребляют воду (желательно, чтобы ток воды обеспечивался за счет силы земного притяжения).
Рисунок 2.23Приспособления, которые в начале дождя не допускают попадание воды, стекающей с
крыши, в основной резервуар (вода с примесями грязи и растительных остатков). Обе из приведенных
систем автоматически возвращаются в начальное состояние при опорожнении малых резервуаров
(на рисунке обозначены как бадья)
Во влажном климате предпочтительно использовать открытые хранилища для воды. Для сухого климата эта конструкция нецелесообразна, так как существует опасность того, что за счет интенсивного испарения повысится концентрация растворенных солей.
Ниже перечисляются типы запруд, наиболее часто применяемые в условиях влажного климата:
Седлообразные запруды обычно располагаются на наибольшей высоте по сравнению с другими хранилищами. Местами для их размещения служат седловины или котловины. При их сооружении либо выкапывается искусственный котлован, либо, если запруда размещается в седловине, она отгораживается с одной или двух сторон плотинами (рис. 2.24). Седлообразные запруды используются для обеспечения водой скота и диких животных. Их дополнительное преимущество заключается в том, что вода из них может поступать под воздействием силы тяжести, так как эти запруды расположены в самых высоких точках рельефа.
Рисунок 2.24Седлообразные запруды используются для обеспечения водой природных экосистем, ирригации искусственных посадок, а также в целях обеспечения пожарной безопасности. Подобный тип запруд может быть устроен на гораздо большей высоте по сравнению с аналогичными системами для сбора дождевых вод.
Подковообразные запруды сооружаются на субплато или на плоских участках хребтов, обычно на линии водораздела ниже седлообразных запруд. Форма запруды напоминает подкову, поэтому она и получила такое название. Сооружение производится посредством выкапывания котлована или же благодаря устройству земляной насыпи соответствующей формы (рис. 2.25). Подковообразные запруды используются в тех же случаях, что и седлообразные.
Рисунок 2.25Подковообразные запруды устраиваются на плоских участках хребтов
Запруды на ключевой линии* размещаются в лощинах, по которым протекают мелкие, второстепенные реки. Эти запруды размещаются в наиболее высокорасположенных точках на склонах, где имеется возможность вести земляные работы (выше этой точки такие работы нецелесообразны из практических соображений). Такое место можно определить даже невооруженным глазом, остальные ключевые точки будут расположены на той же горизонтали (рис. 2.26). Подобный тип запруд используется в основном для хранения ирригационной воды. Вторая или третья серия запруд, идущая ниже первичной серии, может состоять из больших по размеру барьерных хранилищ. Водослив последней запруды в серии выводится вдоль горизонтали в основную лощину, и таким образом избыток воды питает собой реку (рис. 2.27).
Рисунок 2.26Запруда на ключевой точке. Обычно объединена с системой для ирригации земель, расположенных ниже по склону. При устройстве серии запруд отпадает необходимость водосливного канала — избыток воды стекает в расположенные ниже запруды и в конце концов попадает в реку.
Рисунок 2.27Система разработанная ПА. Йоменом, построена на принципах так называемой ключевой линии и служит для обеспечения водой хозяйств расположенных в засушливых районах. Отличительной особенностью этой системы является простота устройства и низкий уровень затрат. В книге Йомена описывается комплексная организация водообеспечения для ферм, расположенных при возвышенностях, а также даются ценные рекомендации по размещению древесных посадок, дорог, восстановлению плодородного почвенного слоя и использованию безотвальных методов
Барьерные запруды сооружаются поперек русла постоянно текущих или пересыхающих рек. Их конструкция должна быть тщательно продумана, в частности, наличие достаточно большого по размеру водослива.
Контурные запруды сооружаются таким образом, чтобы стенка плотины повторяла рисунок горизонталей на склонах, уклон которых составляет 8 градусов и менее, или же просто на достаточно плоских участках. Форма стены может быть как выпуклой, так и вогнутой, в зависимости от существующей горизонтали. Барьерные запруды используются в ирригационных целях, для аквакультуры*, а в сухом климате как резервуары, заполняемые во время весеннего половодья (рис. 2.28).
Рисунок 2.28На склонах крутизной 8 градусов и менее целесообразно устройство запруд, у которых
форма стенки плотины повторяет рисунок горизонталей склона. Обычно строится система, состоящая
из нескольких запруд подобного типа.
СИСТЕМЫ ВОДОУЛАВЛИВАНИЯ
