Streszczenie. Dwa lata po generalnej, profesjonalnej przebudowie páyty boiska do piáki noĪnej pobrano próbki kompozytu gruntowego z warstwy noĞnej oraz piasku z warstwy drenaĪowej. Oznaczono podstawowe wáaĞciwoĞci fi zyczne i pojemnoĞü wodną materiaáu obu warstw. Na podstawie krzywych potencjaáu (pF) okreĞlono zawartoĞü wody ogólnie, áatwo i trudno dostĊpnej oraz dawki nawadniania deszczownianego dla standardowego i komfortowego poziomu zaspokojenia potrzeb wodnych murawy boiska.
Sáowa kluczowe: boisko, warstwy, kompozyt, potencjaá wodny, dawka nawadniania
WSTĉP
Profesjonalne uprawianie piáki noĪnej wymaga odpowiednio przygotowanego boiska.
Zgodnie z przepisami niemieckiej normy [Deutsche Norm 1991] páyta takiego boiska poza parametrami wymiarowymi [Wirszyáa 1966, RzegociĔska-TyĪuk 1988] powinna byü utworzona z pokrytej murawą warstwy noĞnej (rys. 1 i 2), zalegającej pod nią war- stwy drenaĪowej oraz podbudowy z rodzimego gruntu budowlanego, w którym znajdują siĊ dreny z zasypką fi ltracyjną. WarstwĊ noĞną i drenaĪową powinno áączyü kilkucenty- metrowe zazĊbienie.
Warstwa noĞna jest kompozytem piasku stanowiącego materiaá podstawowy i Īyznej gleby z warstwy próchnicznej pochodzenia miejscowego. Jej zadaniem jest zapewnie- nie pojemnoĞci retencyjnej i sorpcyjnej w celu zaspokojenia potrzeb wodnych i pokar- mowych trawiastej runi páyty boiska. Z drugiej zaĞ strony warstwa ta powinna dobrze przewodziü wodĊ, gdyĪ jej nadmiar podczas opadu atmosferycznego i bezpoĞrednio po nim powinien swobodnie przesiąkaü poprzez warstwĊ drenaĪową do drenów i czĊĞciowo takĪe do rodzimego podáoĪa. MiąĪszoĞci warstwy noĞnej i drenaĪowej powinny wynosiü po kilkanaĞcie centymetrów.
Adres do korespondencji – Corresponding author: Wáodzimierz Rajda, Wáodzimierz Kanownik, Akademia Rolnicza w Krakowie, Wydziaá InĪynierii ĝrodowiska i Geodezji, Katedra Melioracji i Ksztaátowania ĝrodowiska, al. Mickiewicza 24–28, 30-059 Kraków,
e-mail: rmrajda@cyf-kr.edu.pl, rmkanown@cyf-kr.edu.pl
Rodzimy grunt budowlany skáada siĊ z podáoĪa i podbudowy [Deutsche Norm 1991], przy czym podáoĪe jest gruntem naturalnym, natomiast podbudowĊ tworzy wyrównująca warstwa nasypowa poprawiająca noĞnoĞü.
murawa boiska – playing field warstwa noĞna – carrying layer warstwa drenaĪowa – drainage layer
podbudowa (grunt rodzimy) – subfoundation (virgin soil) zazĊbienie – indentation
rurociąg drenarski – drainage piping
Rys. 1. Przekrój przez páytĊ profesjonalnego boiska piákarskiego (wedáug DIN 18035) Fig. 1. Cross section of the plate of a professional football playing fi eld (acc. to DIN 18035)
Rys. 2. Fragment górnej czĊĞci warstwy noĞnej Fig. 2. Fragment of the upper part of the carrying layer
WáaĞciwie dobrana dawka nawadniania ogranicza straty wody na przesiąkanie. Ma to takĪe związek z kosztami, poniewaĪ do deszczowania wykorzystuje siĊ zazwyczaj uzdatnioną wodĊ wodociągową.
W literaturze gleboznawczej i dotyczącej deszczowania znane są charakterystyczne stany uwilgotnienia wyznaczające dostĊpnoĞü wody glebowej dla roĞlin [OstromĊcki 1964, DzieĪyc 1974, ĝwiĊcicki 1981]. Znane są takĪe gáĊbokoĞci celowego zwilĪania gleb, wynikające z gáĊbokoĞci ukorzenienia róĪnych gatunków roĞlin [DzieĪyc 1974]. Na tej podstawie okreĞla siĊ maksymalne dawki polewowe netto dla róĪnych roĞlin uprawy polowej i uĪytków zielonych. W zaleĪnoĞci od gáĊbokoĞci ukorzenienia dawki te na gle- bach lekkich wynoszą od 20 do 36 mm, a na glebach Ğrednich i ciĊĪkich – od 30 do 40 mm [Drupka 1980]. Brak jest natomiast danych dotyczących dawek nawadniania cienkiej warstwy kompozytu, utworzonej, w celu budowy nawierzchni boiska, z piasku i próch- nicznej warstwy gleby lokalnej.
Zagadnienie to byáo przedmiotem badaĔ, których wyniki podano w niniejszej pra- cy. Dawki nawadniania ustalono empirycznie dla profesjonalnie wykonanego i dobrze utrzymanego boiska. Mogą one byü wskazówką dla innych obiektów sportowych wyma- gających odpowiednich warunków wilgotnoĞciowych do utrzymania trawiastej runi, re- konstruowanych czy teĪ nowo budowanych w ramach szerszych programów infrastruk- turalnych.
MATERIAà I METODY
Na páycie boiska wyznaczono 3 przekroje poprzeczne (rys. 3). W kaĪdym z nich, w przybliĪeniu symetrycznie, usytuowano po 3 punkty, w których pobrano próbki mate- riaáu [Polska Norma 1998] z okoáo 14-centymetrowej warstwy noĞnej i zalegającej pod nią 16-centymetrowej warstwy drenaĪowej. Przekroje I i III usytuowano wzdáuĪ linii pól karnych (rys. 3 i 4), natomiast przekrój II wzdáuĪ linii Ğrodkowej.
Skáad granulometryczny materiaáów tworzących warstwĊ noĞną i drenaĪową ozna- czono w próbkach pobranych w punktach nr 3, 5 i 7 metodą sedymentacyjną Casagran- dego w modyfi kacji PrószyĔskiego [Polska Norma 1998]. Natomiast gĊstoĞü objĊtoĞcio- wą i wáaĞciwą oraz procentową zawartoĞü próchnicy i potencjaá wodny pF oznaczono w próbkach pobranych z oĞmiu punktów warstwy noĞnej i dziewiĊciu warstwy drenaĪo- wej. Próbki te pobrano za pomocą próbnika fi rmy Ejikelkamp, mniej wiĊcej ze Ğrodka badanych warstw, do cylindrów o pojemnoĞci 100 cm3. Do oznaczenia potencjaáu wod- nego wykorzystano 5- i 15-barowy ekstraktor ciĞnieniowy. Badania wykonano w okresie od listopada 2004 roku do czerwca 2005 roku.
WYNIKI
Pod wzglĊdem skáadu granulometrycznego materiaáy kompozytu warstwy noĞnej oraz piasku z warstwy drenaĪowej róĪniáy siĊ nieznacznie (tab. 1). Kompozyt wykazywaá [Polska Norma 1998a] skáad granulometryczny piasku (p) lub piasku sáabo gliniastego (psg) o zawartoĞci 89–92% frakcji 0,05–2,0 mm, natomiast piasek warstwy drenaĪowej zawieraá 96–98% tej frakcji. ZawartoĞü pyáu w kompozycie wahaáa siĊ od 6 do 8%, a w warstwie drenaĪowej od 2 do 4%, a iáu koloidalnego odpowiednio 2–3% i 0–1%.
ZróĪnicowanie skáadu granulometrycznego, a w konsekwencji takĪe innych wáaĞci- woĞci obu warstw, byáo zamierzone. Jest ono uwarunkowane róĪnymi funkcjami obu warstw – retencyjno-fi ltracyjną warstwy noĞnej i wyáącznie przewodzącą warstwy drena- Īowej. Uzyskano je, dodając do piasku – podstawowego budulca warstwy noĞnej, odpo- wiednią iloĞü rodzimej gleby próchnicznej o drobniejszym uziarnieniu.
Rys. 3. Rozmieszczenie punktów poboru próbek Fig. 3. Distribuction of sampling points
Rys. 4. Punkty poboru próbek w przekroju I Fig. 4. Sampling points in section I
W tak utworzonym kompozycie zawartoĞü próchnicy ksztaátowaáa siĊ na poziomie dolnej granicy normy [Deutsche Norm 1991], którą kierowano siĊ przy budowie boiska, ale byáa ona i tak kilkakrotnie wiĊksza niĪ w warstwie drenaĪowej (tab. 2).
point 2,00–0,05 0,05–0,02 0,02–0,005 0,005–0,002 < 0,002
3 0–14 91 2 2 3 2 p
14–30 97 0 0 2 1 p
5 0–14 89 3 3 2 3 psg
14–30 98 0 0 2 0 p
7 0–14 92 0 4 2 2 p
14–30 96 1 2 1 0 p
ĝrednie Average
0–14 14–30
90,7 97
1,7 0,3
3 0,7
2,3 1,7
2,3 0,3
– – Oznaczenia – Explanations: p – piasek – sand; psg – piasek sáabo gliniasty – light clayish sand.
Tabela 2. WáaĞciwoĞci fi zyczne kompozytu warstwy noĞnej 0–14 cm i piasku warstwy drenaĪowej 14–30 cm oraz zawartoĞü próchnicy
Table 2. Physical properties of the composite of the carrying layer 0–14 cm and drainage sand layer 14–30 cm and humus content
Nr punktu No of sampling point
Warstwa [cm]
Layer
GĊstoĞü / Density [g·cm–3] PorowatoĞü [%]
Porosity
Próchnica [%]
humus wáaĞciwa
specifi c
objĊtoĞciowa dry bulk
1 0 – 14
14 – 30
2,66 2,76
1,44 1,53
46 44
0,77 0,18
2 0 – 14
14 – 30
2,57 2,63
1,37 1,47
48 46
0,86 0,17
3 0 – 14
14 – 30
2,60 2,67
1,41 1,66
47 40
0,92 0,19
4 0 – 14
14 – 30
2,66 2,76
1,41 1,63
45 38
0,74 0,14
5 0 – 14
14 – 30
2,57 2,63
1,40 1,61
45 33
0,77 0,14
6 0 – 14
14 – 30
2,60 2,67
1,34 1,62
48 38
0,88 0,20
7 0 – 14
14 – 30
2,66 2,76
1,44 1,53
44 42
0,98 0,18
9 0 – 14
14 – 30
2,57 2,63
1,41 1,52
46 43
0,90 0,17 ĝrednie
Average
0 – 14 14 – 30
2,60 2,70
1,40 1,57
46 40
0,85 0,17
Kompozyt miaá teĪ nieznacznie mniejszą gĊstoĞü wáaĞciwą szkieletu w stosunku do piasku warstwy drenaĪowej. JednakĪe, pomimo niewielkich róĪnic zarówno tego para- metru, jak i skáadu granulometrycznego, gĊstoĞü objĊtoĞciowa materiaáu tych warstw byáa bardziej zróĪnicowana. Wpáywaáa na to zapewne róĪna zawartoĞü próchnicy w obu warstwach (tab. 2). Konsekwencją zróĪnicowania gĊstoĞci objĊtoĞciowej byáa o kilka do kilkunastu procent wiĊksza porowatoĞü ogólna kompozytu. Wahaáa siĊ ona od 44 do 48%, podczas gdy porowatoĞü piasku warstwy drenaĪowej wynosiáa od 33 do 46%.
ZróĪnicowane wáaĞciwoĞci fi zyczne skutkowaáy takĪe róĪną zdolnoĞcią retencyjną obu warstw. PoĪądana, wiĊksza zdolnoĞü retencyjna warstwy noĞnej w stosunku do drenaĪowej sprzyja gromadzeniu siĊ zapasów wody z opadów lub dostarczanej podczas nawadniania.
Grafi czne odzwierciedlenie w postaci krzywych potencjaáu wodnego (pF – rys. 5), Ğrednich zdolnoĞci retencyjnych kaĪdej warstwy uzyskano na podstawie danych z bez- poĞrednich pomiarów w kaĪdym wczeĞniej wyznaczonym punkcie boiska. Krzywe są podobne pod wzglĊdem ksztaátu, ale dla tych samych wartoĞci ciĞnienia róĪnią siĊ zdecydowanie wyraĪonymi w procentach objĊtoĞci charakterystycznymi wartoĞciami wilgotnoĞci. Ustalono [OstromĊcki 1964, ĝwiĊcicki 1981] wartoĞci ciĞnienia determi- nujące wilgotnoĞü przy stanie odpowiadającym polowej pojemnoĞci wodnej (Wppw, dla pF = 2,5), pojemnoĞci wodnej okresu suszy (Wps, dla pF = 3,7) i dla punktu trwaáego wiĊdniĊcia (Wtw, dla pF = 4,2) i obliczono procentową zawartoĞü wody o róĪnej dostĊp- noĞci dla roĞlin (tab. 3) – ogólnie dostĊpnej (Wod),áatwo dostĊpnej (Wád) i trudno dostĊp- nej (Wtd). UwzglĊdniając miąĪszoĞü warstwy noĞnej hn = 14 cm i drenaĪowej hd = 16 cm, obliczono zapasy wody ogólnie dostĊpnej, áatwo dostĊpnej i trudno dostĊpnej (Zod, Zád i Ztd w mm) i toĪsame z nimi dawki netto nawadniania dla standardowych i komfortowych warunków pobierania wody glebowej przez roĞliny (Dn std = Zod) i (Dn komf = Zád). Z danych
0 1 2 3 4 5 6
pF
wartoĞü z pomiaru quantity from measurement warstwa noĞna – carrying layer
linia trendu trend line
warstwa drenaĪowa – drainage layer 4,2
3,7
2,5 tw
ps
ppw linia trendu
trend line tw – punkt trwaáego wiĊdniĊcia – point of lasting wilting ps – pojemnoĞü okresu suszy – capacity of drought ppw – polowa pojemnoĞü wodna – field water capacity
wartoĞü z pomiaru quantity from measurement
Rys. 5. UĞrednione krzywe potencjaáu wodnego i charakterystyczne stany uwilgotnienia war- stwy noĞnej 0–14 cm i drenaĪowej 14–30 cm páyty boiska
Fig. 5. Averaged curves of water potential and characteristic states of humidity of the carrying layer 0–14 cm and drainage layer 14–30 cm of the playing fi eld plat
noĞnej oraz 2,3, 1,8 i 0,5%obj dla drenaĪowej (tab. 3). Stąd zapasy wody w 14-centyme- trowej warstwie noĞnej wynosiáy, w zaleĪnoĞci od stopnia dostĊpnoĞci, odpowiednio:
10,0, 7,5 i 2,5 mm, a uwzglĊdniając takĪe 16-centymetrową warstwĊ drenaĪową, która analogicznie moĪe utrzymywaü 3,6, 2,8 i 0,8 mm wody ogólnie dostĊpnej, áatwo do- stĊpnej i trudno dostĊpnej, trawiasta ruĔ boiska dysponowaáaby Ğrednio, w malejącym ukáadzie dostĊpnoĞci, zapasem 13,6, 10,3 i 3,3 mm.
Z powyĪszych ustaleĔ wynika (tab. 3), Īe w komfortowych warunkach dostĊpnoĞci (wodaáatwo dostĊpna) warstwa noĞna moĪe utrzymaü Ğrednio 7,5 mm wody. Zatem tej wartoĞci nie powinna przekraczaü jednorazowa, tzw. polewowa, dawka netto deszczo- wania (Dn komf). Natomiast uwzglĊdniając warstwĊ drenaĪową, dawkĊ tĊ w tych samych warunkach moĪna by zwiĊkszyü do 10,3 mm (tab. 3).
Gdyby jednak, uwzglĊdniając procentową zawartoĞü wody trudno dostĊpnej (Wtd), przyjąü mniej komfortowe warunki dostĊpnoĞci, odpowiednie dawki netto wynosiáyby przy zwilĪaniu warstwy noĞnej 10,0 mm, natomiast obu warstw áącznie – 13,6 mm.
Biorąc pod uwagĊ powierzchniĊ páyty boiska w obrĊbie pola gry równą 7140 m2, objĊtoĞü wody potrzebnej do jednorazowego zwilĪenia warstwy noĞnej, determinująca koszt jednorazowego nawadniania, wynosiáaby w komfortowych warunkach dostĊpno- Ğci (zapas wody áatwo dostĊpnej) 53,5 m3, a w warunkach mniejszego komfortu (zapas wody ogólnie dostĊpnej) – 71,4 m3. Przy uwzglĊdnieniu retencyjnoĞci takĪe warstwy fi ltracyjnej analogiczne objĊtoĞci wody do jednorazowego deszczowania wynosiáyby od- powiednio 73,5 i 97,1 m3.
PODSUMOWANIE I WNIOSKI
W pracy badano wáaĞciwoĞci fi zykowodne, w tym potencjaá wodny, wyznaczają- cy dostĊpnoĞü wody glebowej i moĪliwoĞci retencyjne utworów glebowych sztucznie uksztaátowanych na potrzebĊ budowy wierzchnich warstw boiska do piáki noĪnej.
NaleĪy zaznaczyü, Īe dla tego rodzaju obiektów istotny jest takĪe inny parametr warun- kujący odpowiednie uĪytkowanie i utrzymanie boiska. Jest nim przesiąkliwoĞü warstwy noĞnej, która przy waĪnej dla nawadniania odpowiednio duĪej pojemnoĞci wodnej powinna gwarantowaü przewodzenie nadmiaru wód opadowych z powierzchni boiska do warstwy drenaĪowej, gdyĪ po nadmiernym opadzie boisko w krótkim czasie powinno byü gotowe do prowadzenia gry. Ten problem naleĪaáoby okreĞlaü indywidualnie w celu wyznaczenia odpowiedniego skáadu ziarnowego oraz stopnia zagĊszczenia kompozycji gruntowej, gdyĪ materiaá wyjĞciowy do tworzenia kompozytu moĪe byü w kaĪdym przypadku inny.
Tabela 3. Charakterystyczne stany uwilgotnienia, zapasy wilgoci oraz dawki nawadniania (netto) Table 3. Characteristic states of humidity, humidity reserves and irrigation doses (netto) Numer punktu No of sampling point
Warstwa [cm] Layer
Procentowa zawartoĞü wody przy Percentage water content atProcentowa zawartoĞü wody dostĊpnej Percentage content of accessible water
Zapas wody dostĊpnej i dawki [mm] Accessible water reserve and doses polowej pojemnoĞci wodnej (Wppw) przy pF = 2,5 fi eld water capacity (Wppw) at pF = 2.5
wilgotnoĞci okresu suszy (Wps) przy pF = 3,7 drought period humidity (Wps) at pF = 3.7
wilgotnoĞci trwaáego wiĊdniĊcia (Wtw) przy pF = 4,2 drought of lasting wilting (Wtw) at pF = 4,2
ogólnie general Wod = =Wppw – Wtw
áatwo easily Wád
= = Wppw – Wps
trudno hardly Wtd.= =Wps – Wtw
ogólnie general Zod=Dn std
áatwo easily
Zád=Dnkomf 1 0 – 1412,28,47,05,23,81,47,35,3 14 – 303,82,52,11,71,30,42,72,1 0 – 30––––––10,07,4 2 0 – 1412,58,57,55,04,01,07,05,6 14 – 303,72,32,01,71,40,32,72,2 0 – 30––––––9,77,8 3 0 – 1413,78,47,06,75,31,49,47,4 14 – 304,32,32,02,32,00,33,73,2 0 – 30––––––13,110,6 4 0 – 1416,59,87,39,26,72,512,99,4 14 – 305,22,82,13,12,40,74,93,8 0 – 30––––––17,813,2 5 0 – 1413,38,66,37,04,72,39,86,6 14 – 304,32,62,02,31,70,63,72,7 0 – 30––––––13,59,3 6 0 – 1413,88,06,07,85,82,010,98,1 14 – 305,12,82,03,12,30,85,03,7 0 – 30––––––15,911,8 7 0 – 1414,88,46,97,96,41,511,19,0 14 – 304,22,41,92,31,80,53,72,9 0 – 30––––––14,811,9 814 – 304,42,62,12,31,80,53,72,9 9 0 – 1414,98,86,78,26,12,111,48,5 14 – 303,52,22,01,51,30,22,42,1 0 – 30––––––13,810,6
ĝrednie Average
0 – 1414,08,66,87,15,41,810,07,5 14 – 304,32,52,02,31,80,53,62,8 0 – 30––––––13,610,3
3. W warunkach przeprowadzonych badaĔ warstwa noĞna o miąĪszoĞci 14 cm moĪe w komfortowych warunkach dostĊpnoĞci wody dla roĞlin utrzymywaü dawkĊ netto rów- ną 7,5 mm, co w skali powierzchni boiska do bezpoĞredniej gry daje objĊtoĞü 53,5 m3; przy niĪszym komforcie dostĊpnoĞci dawkĊ polewową netto moĪna zwiĊkszyü odpo- wiednio do 10,0 mm i 71,4 m3. W okresach bezdeszczowych w warunkach sprzyjających parowaniu wymagaáoby to deszczowania co okoáo 3–4 dni, w zaleĪnoĞci od zaáoĪonego komfortu wodnego murawy.
4. Przy uwzglĊdnieniu retencji warstwy drenaĪowej okres miĊdzy kolejnymi dawka- mi nawadniania moĪna wydáuĪyü o 1–2 dni.
5. Ze wzglĊdu na róĪnorodnoĞü gleb, na których istnieją lub mogą byü budowane boi- ska do piáki noĪnej, celowe byáyby badania parametrów wodnych róĪnych kompozycji glebowo-piaskowych.
6. W celu dokáadniejszego ustalenia czĊstoĞci dawek nawodnieniowych konieczne jest okreĞlenie ewapotranspiracji powierzchni trawiastych utrzymywanych w Ğcisáym, obowiązującym na boiskach piákarskich, reĪimie wysokoĞci i gĊstoĞci porostu.
PIĝMIENNICTWO
Deutsche Norm 1991. DIN 18035, cz. 4. Sportplätze. Rasenfl ächen, Teil 4.
Drupka S., 1980. Deszczownie i deszczowanie. PWRiL, Warszawa, 567–596.
DzieĪyc J., 1974. Nawadnianie roĞlin. PWRiL, Warszawa, 73–81.
OstromĊcki J., 1964. WstĊp do melioracji rolnych. PWRiL, Warszawa, 162–165.
Polska Norma, 1998a. PN-R-04032. Gleby i utwory mineralne. Pobieranie próbek i oznaczanie skáadu granulometrycznego.
Polska Norma, 1998b. PN-R-04033. Gleby i utwory mineralne. Podziaá na frakcje i grupy granu- lometryczne.
RzegociĔska-TyĪuk B., 1988. Terenowe urządzenia sportowo-rekreacyjne. Politechnika Krakow- ska, Kraków.
ĝwiĊcicki Cz., 1981. Gleboznawstwo melioracyjne. PWN, Warszawa, 150–157.
Wirszyáa R., 1966. Urządzenia sportowe. Projektowanie i budowa. Arkady, Warszawa.
USEFUL RETENTION OF THE CARRYING AND DRAINAGE LAYER OF THE FOOTBALL PLAYING FIELD PLATE
Abstract. After two years of the football playing fi eld exploitation ground composite of the carrying layer and sand of the drainage layer was sampled in nine points of the rebuilt plate
of the football playing fi eld. Basic physical properties of the material were determined.
Basic upon constant laboratory determined water characteristics general easily, and hardly accessible water content as well as doses of spray irrigation for standard and comfortable satisfying of water demand of the playing fi eld sward were calculated. It was found that the carrying layer of 14 cm depth may peep, at on easily accessible water content of (comfor- table water conditions) about 7.5 mm and generally accessible water (standard conditions) about 10,0 mm water. In dependence of the weather conditions and assumed water comfort every 3–4 days spray irrigation is required. Making use of the water reserve from the dra- inage layer of retention of about 3 mm the time lapse between irrigations may be prolonged by 1–2 days. Taking into consideration the playing fi eld surface for direct play the netto water amount used for one irrigation would be respectively 53.5 and 71.4 m3 at the dose 7.5 mm and 10 mm.
Key words: playingfi eld, layer, composite, water potential, irrigation dose
Zaakceptowano do druku – Accepted for print: 22.09.2006
