В России внимание к развитию водных систем и строительству системы искусственных каналов позволял решить важнейшую проблему регулируемых наводнений и засух на землях с различными природно-климатическими условиями. С конца XIX – начала XX вв. Правительство проводило важнейшие реформы по разделу крестьянского землевладения и переселения крестьянских семей в Азиатскую часть России. Одной из главных задач считалось увеличение агрономического воздействия и помощи населению на новых местах хозяйствования. Русское географическое общество, учитывая существование Оренбургского, Туркестанского и Семипалатинского отделов, возложило на них задачу изучения территорий и расширения научных исследований. Над этими вопросами работали известные ученые: И.И. Жилинский (1834-1916); Н.К. Высотский (1864-1932); А.К. Мейстер (1865-1938); К.И. Багданович (1864-1947); А.А. Краснопольский (1853-1920) и др.
На «Съезде сельских хозяев Юго-Восточной части России» (Саратов, 1893) отмечались последствия сильнейшей засухи 1891 г., когда 14 губерний Юго-Восточного края постиг недород и страшный голод. Переселенческое управление, обратило особое внимание на освоение степных районов Казахстана. В связи с этим, дальнейшее его географическое изучение расширилось благодаря трудам выдающихся русских ученых-естествоиспытателей, детальному изучению отдельных районов и важных в хозяйственном отношении объектов. Географические сведения дали гидрогеологические и почвенно-ботанические экспедиции, организованные Отделом земельных улучшений и Гидротехническим отделом Переселенческого управления.
Итоги проведенных работ свидетельствовали об огромной научной заслуге основоположника русской мелиорации — Иосифа Ипполитовича Жилинского. Тщательное изучение естественных топографических условий местности побудило И.И. Жилинского обратиться к проблеме расширения площадей сенокосов и пастбищ, т.е. исследования производительности сельского хозяйства. Ученый отстаивал необходимость развития гидротехники и мелиорации в России в своих многочисленных выступлениях на Съездах сельских хозяйств (1893, 1895, 1903 и др.), на XI Международном суходольном конгрессе (1908) и пр. Он полагал, что в числе задач государственной важности должны быть признаны задачи увеличения государственного земельного фонда, а также работы по предоставлению расселяющемуся населению возможности сельскохозяйственного использования земель путем устройства обводнения и осушения отдельных участков.
Так, в 1901-1903 гг. по государственной программе строительства ирригационных систем, под руководством И.И. Жилинского, был осуществлен уникальный проект — устройство водохранилища для орошения земель близ города Уральска, который являлся административным центром Уральской области, столицей Уральского казачьего войска, и частью Оренбургской губернии. Поверхность водной глади построенного водохранилища составляла более 200 га, что способствовало орошению прилегающих земель более 700 га. Многие годы система искусственного орошения с успехом функционировала и использовалась на землях, предназначенных для орошения и развития сельскохозяйственных угодий.
Труды И.И. Жилинского, в которых детально освещены природные условия объектов мелиорации и выполненные работы являются сегодня ценным наследием. Однако, в настоящее время, уникальная ирригационная система практически разрушена. Эти особо ценные для Западного Казахстана земли изъяты из сельскохозяйственного оборота и отданы под жилищное строительство. В наши дни Министерство сельского хозяйства и Научно-исследовательский институт водного хозяйства выдвинули Программу развития орошаемого земледелия в Казахстане. Уже сейчас, на значительной территории ощущается нехватка воды, нарушается гидрологический режим, поэтому возникает необходимость совершенствования управления водными ресурсами с внедрением водосберегающих технологий. С одной стороны, разработаны и приняты к реализации ряд документов в области регулирования, использования и охраны водных ресурсов. Но в то же время отсутствует законодательная база мелиорации земель и защиты водохозяйственных систем.
Используя исторический опыт, можно получить полную картину распределения сельскохозяйственных угодий и зон орошаемого земледелия для развития кормовой базы. Возможно, стоит восстановить ирригационную систему И.И. Жилинского как исторический памятник и как необходимую систему орошения сельскохозяйственных угодий. Ведь из-за накопления и переизбытка воды в оставшемся от оросительной системы Казенном пруду, нельзя исключить прорыв плотины и сильное подтопление застроенных территорий, расположенных на бывших землях сельскохозяйственного назначения.
Трассированию каналов всегда предшествовало исследование местности в топографическом, геологическом и гидрологическом отношениях. Научные экспедиции давали достоверные данные об измерении уклонов рек, берегов, скорости течения и др. Подобные съемки в России проводились военными топографами и геодезистами Главного штаба, специалистами Министерства путей сообщения, межевыми инженерами Константиновского межевого института и др. В результате были выполнены съемки водных систем и местных ирригационных каналов, отвечающие задачам строительства гидротехнических сооружений и водохранилищ для сельскохозяйственного землеустройства с организованным процессом орошения и осушения земель. Главной целью топографических задач при гидрологических исследованиях являлось выяснение условий питания канала поверхностными водами.
Выбор направления канала должен был удовлетворять следующим условиям: по возможности водонепроницаемые грунты; наименьшее количество земляных работ (обязательное условие); наименьшее число пересечений канала с поверхностными потоками, суходолами и оврагами; недорогие искусственные сооружения на пересечениях с дорогами; обеспеченность канала регулярным питанием. По Инструкции 1878 г. разрешалось употреблять менее точные приемы производства работ при съемке, нивелировке, промерах и определении скоростей течения. Съемка производилась теодолитом или пантометром. Угломерная съемка опиралась на проведенную по всему протяжению реки магистральную линию, которая наносилась на планы по вычисленным координатам. Вычислялись ошибки в измерении длины магистрали и углов между ними, указывалась величина невязки и способ ее определения.
Съемка распространялась на русло реки с протоками, затонами и староречьями. Подробности береговой линии определялись инструментально только близких к реке населенных мест, а вся остальная ситуация наносилась по копиям с верстовых планов Главного Штаба. Нивелировка производилась как продольная (по магистрали), так и поперечная (от уреза воды до гребня). На основании исследований составлялись подробные верстовые планы, продольные профили рек, поперечные профили русел, описание рек, очерки экономического значения рек, проекты улучшения рек и др. К съемкам и изысканиям прилагались: список тригонометрических пунктов; перечень названий рек, озер, мелей, населенных мест и пр.; список реперов нивелировки и водомерных постов и др.
Орошение земель представляло особенно важную задачу в засушливых климатических зонах, в которых использовали речные, артезианские, грунтовые воды и атмосферные осадки, собираемые с помощью гидротехнических сооружений. Прежде чем приступать к устройству лиманного орошения, производили съемку и нивелировку участка и прилегающих к нему окрестностей. С 1888 г. стали переходить к более совершенному орошению — способом водопроводных и оросительных каналов, которыми вода распределялась по участку в необходимое время и в достаточном количестве по состоянию посевов и погоды. При этом для орошения или затопления земель требовалось тщательное топографическое исследование местности, так как выбор и съемка наиболее удобного места для устройства водохранилищ, плотин, сооружений для пропуска весенних вод могла предоставить только съемка рельефа. Выгодным местом признавалось такое, где при наименьшем объеме насыпи, могло быть задержано наибольшее количество воды или образовано наибольшее зеркало водной площади.
Съемку проводили нивелировочными линиями с пикетами через 20-100 саженей. Планы, составленные в горизонталях, давали возможность определить уклоны дна и берегов балок, общий склон долины, крутизну склонов и пр. Эти данные позволяли выяснить точные размеры притока поверхностных вод к проектированным гидротехническим сооружениям. Например, как только выясняли, что данная балка пригодна для искусственного водохранилища, приступали к его устройству. С помощью инструментов находили наиболее экономическое решение задачи и строго проверяли, что выбранное решение является действительно лучшим.
При изысканиях по тальвегу разбивали магистраль, от нее разбивали линии по оси предполагаемого водослива. Магистрали проходили угломерными инструментами и нивелиром с перекладной трубой. От магистрали по обходу брали поперечные профили через 20-50-100 сажень и более, смотря по характеру рельефа. Для повышения скорости нивелир заменяли тахеометром, используя нивелирные пикеты для станций тахеометрического хода. Съемку начинали от надежного репера — цоколя церкви или домов, на пашне ставили репер в виде деревянного столба с крестом-якорем внизу, использовали и железнодорожные реперы. На план кроме отметок и реперов наносились ценные угодья, здания и дороги, которые могли быть подтоплены. С помощью приемов нивелирования определяли общий объем и глубину водоема в различных точках, а также оси водосборных или водоотводных канав.
Для собирания грунтовых, ключевых, весенних и дождевых вод устраивали водоемы или водохранилища, откуда вода расходилась самотеком, а ее излишек удалялся с помощью водоспусков и водосливов. При изысканиях для орошения при предварительной съемке местности горизонтали на план наносили через 1-1/2 сажень, а затем приступали к точной съемке и разбивке оросительной сети, состоящей из водохранилищ и водопроводных канав. Канавы сообщались с водоемами шлюзами, чугунными трубами или посредством дюкера. Канава проводилась по направлению к орошаемому участку, имела единый уклон, занимая высшие точки орошаемого района. Там, где этого требовал рельеф или хозяйственные соображения устраивались акведуки, тоннели и пр.
По общему плану губернии можно было составить представление об устройстве орошения с оросительными водохранилищами, лиманами, прудами хозяйственного использования. При правильном орошении проектировали систему водоприводных канав, распределителей и оросителей. Так, например, на водоразделе рек дачи Михайловской, Усть-Медвединского округа, области Донского войска был устроен пруд, служащий для орошения более 400 десятин, принадлежавших войску. Одни канавы давали воду для пруда, другие — служили для орошения целого ряда лиманов, третьи — имели назначение водопроводных, с идущими от них распределителями по всей системе орошения. Для пропуска водоприводных канав под скотопрогонной дорогой были устроены два кирпичных тоннеля.
Наряду с орошением местности при необходимости проводились мероприятия и по осушению земель для земледельческих, строительных и санитарных целей. Основными способами осушения были рытье открытых и закрытых канав для сбора излишних вод. Большая практика наблюдалась при осушении болот и сельскохозяйственных угодий. Для этого составляли рельефный план местности, по которому выясняли места возвышенностей и низменностей. При осушении болот нивелировка производилась по системе замкнутых многоугольников. Предварительную разбивку осушительной сети производили по рельефному плану. Разбивка канав на местности производилась нанесением линий по румбам, или промерами от нивелирных точек. На полученном профиле производили проектную линию канавы и вычисляли общее количество земляных работ.
Для составления проекта дренажа собирали сведения о свойствах почв осушаемого участка, определяли расстояние между рядами, глубину, уклон и способы отведения воды. Составляли план участка с главными отводными трубами и план проекта дренажа в масштабе 1:1000. При съемках и изысканиях проводились и геологические изыскания, состоящие в определении геологического состава, строения и прочности пород, грунтов, почв данной местности. Эти исследования записывались в особые журналы главной и контрольной нивелировок, пикетажный журнал, журнал поперечной нивелировки.
В заключение проведенного исследования по изысканиям процессов орошения и осушения земель можно сказать, что геодезические съемки и связанные с ними мероприятия, проводились на высоком техническом уровне, с большой точностью, расчетом на длительную эксплуатацию и безопасность. Большое значение имели учет и оценка особенностей природных ландшафтов. С помощью методов съемки стремились не нарушать ландшафт, изменяя его в результате больших объемов земляных работ, а приспосабливать под него хозяйственную деятельность, пытаясь получить максимальный экономический эффект и разумно использовать природные ресурсы.