Пьявченко H.И., Нестеренко И.М., Чесноков В.А. Мелиорация и природа Севера

Подождите немного. Документ загружается.

i(p-E)

где 2Q — сумма годового стока за п лет, Р

—

осадки

(мм),

Е — испарение (мм).

При осреднении данных до 5 лет еще заметно влия-

ние повышенного стока в первые годы после осушения.

14 П лет

Изменение воднобалансового коэффициента стока

по скользящим я-летиям: / — суммарный сток из

метрового слоя осушенного болота, 2

—

сток по

реке Шуе, 3

—

дренажный сток из метрового

слоя торфяной залежи

Выравнивание воднобалансового коэффициента стока

происходит при осреднении данных по 8 и более сколь-

зящим n-летиям. Вот почему для получения надежных

данных о влиянии осушения на сток необходим период

наблюдений не менее 8 лет.

Анализ данных по 148 водосборам Белоруссии и Се-

веро-Запада СССР позволил установить, что на 72%

осушенных водосборов коэффициент изменения стока

находится в пределах 0,86—1,15, уменьшение стока до-

стоверно на 8, а увеличение

—

на 20% водосборов.

Часто к отрицательным последствиям мелиорации

относят возможное увеличение модулей стока весеннего

половодья и летне-осенних паводков (табл. 15).

Таблица 15

Максимальные модули стока различной обеспеченности, л/с с га

Река, ручей

Обеспеченность, %

\ » I

Тукса

Алган-оя

Тукса

Алган-оя

Весенние половодья

3,56

2,9

3,12

2,55

2,52

2,02

2,12

1,72

1,77

1,37

Дождевые паводки

0,82

1,32

0,73

1,15

0,6

0,9

0,49

0,74

0,38

0,57

1,61

1,27

0,35

0,5

Примыкающие к осушаемому объекту водосборные

площади обычно залесены, водоприемники зарегулиро-

ваны озерами. Это ведет к снижению максимальных рас-

ходов, что учитывается гидрологическими формулами.

Однако не учитывается то, что максимальные расходы

с неосушенных болот проходят на 5—10, а с площадей,

покрытых лесом, на 10—15 дней позже, чем с осушен-

ных. Расчетные формулы для речных водосборов не

отражают особенности формирования весеннего поло-

водья на частично осушенных водосборах.

Осушенная площадь на водосборе существенно вли-

яет на растягивание периода половодья и снижение

максимальных расходов в расчетном замыкающем ство-

ре водосбора. Модули стока по ручью Алган-оя, имею-

щем 50% осушенных площадей, в среднем на 22% ниже,

чем по реке Туксе, водосбор которой осушен в среднем

на 10%. И наоборот, максимальные летние паводковые

расходы увеличиваются с ростом процента осушенных

площадей. Они наблюдаются обычно в периоды обиль-

ных дождей при значительном переувлажнении почвы

и высоких УГВ. В эти периоды решающую роль в фор-

мировании максимальных расходов играет уже и сте-

пень канализованности территории.

Основную же роль в формировании максимальных

расходов играет водоаккумулирующая емкость почво-

грунтов. В осушенных торфяных почвах при снижении

уровня грунтовых вод к концу зимы до 100—120 см она

велика (200—250 мм), то есть практически все запасы

воды в снежном покрове могут быть поглощены. Одна-

ко в зависимости от глубины промерзания, влагонакоп-

ления в мерзлом торфе, условий инфильтрации через

мерзлую почву, интенсивности снеготаяния и формиро-

вания поверхностного и дренажного стоков величины

максимальных модулей стока в отдельные годы могут

отличаться от таковых на равноценных неосушенных

болотах в 0,8—1,5 раза.

В целом осушение и растягивание периода стока по-

ловодья играет положительную роль, несколько вырав-

нивая и уменьшая максимальные расходы в замыкаю-

щих створах ручьев и рек.

Водный баланс. Расчеты водного баланса неосушен-

ного болота в северной Карелии (район Костомукши)

подтвердили высокую саморегулирующую способность

данного типа биогеоценоза — быстрый и существенный

сброс избыточных вод в паводки, резкое замедление

стока в засушливые периоды, стабилизацию УГВ на

верхней границе инертного слоя (30—50 см) и быстрое

восстановление уровней болотных вод после незначи-

тельных осадков. Эти свойства болота обеспечивают не

только устойчивость болотного биогеоценоза, но и воз-

можности наступления его на прилегающие террито-

рии.

На осушаемых, интенсивно используемых (средние

урожаи более 3 тыс. к. ед. с 1 га) торфяных почвах,

деятельный слой которых имеет и грунтовое питание

(в среднем 37 мм), величина суммарного испарения на

54 мм выше, чем на крупном водосборе реки Шуи,, за-

болоченность которого 19% (табл. 16). Всего на долю

испарения приходится уже 75% расходной части балан-

са против 57% на речном водосборе, 60% на северных

и 67% на южных неосушенных болотах Карелии.

Увеличение суммарного испарения ведет к уменьше-

нию поверхностного и дренажного стока из верхнего

слоя торфяной залежи.

Таблица

Водные

балансы водосбора

(р. Шуя) и

однометрового слоя осушенного торфяника

(Корзинская низина),

мм

Годы I Коэффициент вариации

j Среднеквадра- j——

Элементы

водного баланса Водосбор

1963—

влаж- I тические

сред-

|в сухие влаж-

1977

хие

ные I отклонения

ний

г0

ные

j j I I I I

годы

Осадки

р.

Шуя 600 562 676 72,7 0,12 0,09 0,06

Корзинская

низина

547 491 659 91,3 °>

°»

0,05

Льдонакопление

тот же 33 36 29 — — — —

Приход

„ „ 580 527 688 — — — —

Сток

р.

Шуя 286 270 318 49,4 0,17 0,17 0,13

Корзинская

низина

140 126 166 41,7 0,3 0,33 0,19

Испарение

р.

Шуя 378 388 358 36,8 0,1 0,1 0,05

Корзинская

низина

432 433 429 40,2 0,09 0,09 0,12

Расход р.

Шуя 664 658 676 59,5 0,09 0,1 0,06

Корзинская

„

низина

572 559 595 56,5 0,1 0,09 0,11

Изменение влагозапасов: I I I I I 111

а)

по

балансу

р. Шуя —64 —96 0 51,3 0,78 0,47 0,53

Корзинская

низина

—25 —68 +64 43,1 0,59 0,58 0,65

с учетом льдона-

копления

тот же 8 —32 +93 — — — —

б)

по

измерениям

всего

Р- Шуя —2 —13 +18

0,78 0,69 1

Корзинская

III

низина

-27 —58 +35 38,7 0,61 0,67 0,54

т. ч. в

зонах:

р. Шуя I —2 I —1 I

—4-

I 27,6 0,9 1 1,1

аэрации Корзинская

ою

низина

-27 -51 +24 31,2 0,53 0,58 0,42

грунтовых

вод р. Шуя 0 —12 +22 24,9 \ ц\ 0,93 1,5

Корзинская

низина

0—7+11 6,9 0,59 0,59 0,67

Баланс влагозапасов на осушаемых торфяных поч-

вах отрицательный как при расчетах по составляющим

водного баланса, если не принимать во внимание накоп-

ление воды в зоне промерзания (—25 мм), так и по из-

мерениям (—27 мм). Изменения произошли только

в зоне аэрации. На осушаемых торфяниках они обу-

словлены в основном уплотнением верхнего метрового

слоя залежи и уменьшением влагоемкости. При этом

большая сработка в сухие и влагонакопление во влаж-

ные годы отражают свойства торфяных почв, их высо-

кую влагоемкость. Характерна в этом отношении и мень-

шая изменчивость влагозапасов в зонах аэрации

и грунтовых вод.

Большая невязка получена по водосбору реки Шуи,

причем она отрицательная при расчетах по осадкам

с поправками только на смачивание и положительная

(+69 мм) при учете всех поправок, в том числе на

ветровой недоучет.

В системе гидрометеорологической службы в настоя-

щее время рекомендуется проводить увязку водных

балансов. Основные элементы увязанного водного ба-

ланса по водосбору реки Шуи за 1960—1974 годы:

осадки —

673,

сток

—

287 и испарение

—

377 мм. По

сравнению с данными таблицы 16 увеличена лишь сум-

ма осадков, среднемноголетние величины стока и испа-

рения сохраняются те же.

Расчет водного баланса осушаемого торфяника

уче-

том значительного влагонакопления зимой в зоне про-

мерзания (в среднем за многолетний период

—

33 мм

сверх НВ) дает уже меньшее изменение влагозапасов

по балансу (8 мм), то есть за 16-летний период приход-

ные и расходные элементы водного баланса практиче-

ски выравнены. Небольшая положительная невязка мо-

жет быть объяснена недоучетом оттока части воды из

верхнего слоя в нижние горизонты грунтовых вод.

ВОДНАЯ ЭРОЗИЯ И ВЫНОС В ВОДОПРИЕМНИКИ

ВЗВЕШЕННЫХ И РАСТВОРЕННЫХ ВЕЩЕСТВ

Значительные площади сельскохозяйственных уго-

дий в Карелии и других областях Европейского Севера

СССР расположены на моренных волнистых равнинах,

имеющих расчлененный рельеф. При проведении мелио-

ративных работ на таких площадях усиливается опас-

ность водной эрозии, если не запроектированы или не

выполнены требуемые параметры осушительных кана-

лов (размеры их, откосы, уклоны дна), надежное креп-

ление откосов, воронки-ливнестоки, правильная техно-

логия производства работ и т. д. С переходом на закры-

тый дренаж опасность водной эрозии возрастает, так

как резко сокращается густота открытой водопроводя-

щей сети и большие объемы паводковых вод сосредота-

чиваются в понижениях рельефа, тальвегах, образуя

мощные потоки талых и дождевых вод. В морозоопасных

суглинистых и глинистых грунтах интенсивное оплыва-

ние и обрушение незащищенных откосов каналов про-

исходит в период оттаивания почвогрунтов.

В последние годы в проектах осушения земель для

сельскохозяйственного использования в основном пре-

дусматриваются необходимые мероприятия по снижению

водной эрозии, повышению устойчивости осушительных

систем. Чаще всего водоприемники загрязняются в пе-

риод строительства и в первое после строительства

весеннее половодье из-за некачественного проведения

мелиоративных работ строителями.

Основные недостатки проектирования, нарушения

технологии работ, дефекты строительства и эксплуата-

ции осушенных площадей следующие:

Производство земляных экскаваторных работ на

сильно обводненных участках болот и заболоченных зе-

мель в весенний и осенний периоды года, часто с выем-

кой грунта из-под воды, ведет к значительному выносу

в водоприемники торфа и минеральных взвешенных

частиц.

Невыполнение проектируемых закрепленных во-

ронок-ливнестоков, приканавных борозд, ложбин стока

непосредственно после строительства открытого канала

приводит к размыву поверхности участка, откосов кана-

лов в период выпадения дождей и снеготаяния. Недо-

статочная засыпка дренажных траншей, устьев закры-

тых коллекторов после просадки рыхлого грунта приво-

дит к тому, что талые и ливневые воды размывают

дренажную засыпку, а в устьях коллекторов при нека-

чественном закреплении их одерновкой иногда образу-

ются овраги.

нпе откоса у устья закрытого коллектора на следующий

год после строительства (Куркиёки)

Растягивание сроков строительства, перенесение

работ по креплению откосов каналов на следующий год

или некачественное выполнение креплений вызывает

в период весеннего половодья значительное обрушение

откосов каналов на участках со значительными укло-

нами. На равнинных участках с тяжелыми глинистыми

почвами происходит оплывание льдонасыщенных грун-

тов в период оттаивания. Это наносит существенный

вред как мелиоративным системам, так и окружающей

среде. Отвлекаются значительные силы и средства на

восстановление сети, углубление каналов, что снова уве-

личивает и загрязнение водоприемников.

Недостаточная оценка гидрогеологических и поч-

венно-мелиоративных условий при изысканиях, просче-

ты в параметрах осушительных систем и объемах работ

по креплению, необоснованное заглубление проводящей

и регулирующей сети на участках обильного грунтово-

напорного водного питания со значительным снижением

устойчивости грунтов усложняют работу мелиораторов,

ведут к ухудшению качества строительства.

Однако общими усилиями проектировщиков, строи-

телей и землепользователей эти недостатки устраняют-

ся.

Опыт передовых мелиоративных ПМК, совхозов —

свидетельство этому. Тысячи гектаров осушенных пло-

щадей на Олонецкой равнине ежегодно получают оцен-

ку как поля отличного качества.

Изменение водного режима осушаемых болот, хо-

зяйственная деятельность человека ведут к изменению

химического стока с дренажными и поверхностными

водами. Количественной и качественной характеристике

выноса солей, роли его в балансе питательных веществ

в почве, прогнозированию и регулированию процессов

химического стока с целью предупреждения отрицатель-

ного воздействия на водоприемники в последнее время

уделяется все большее внимание.

Данные наблюдений за 1969—1972 годы по суммар-

ному выносу минеральных солей, нитратного (NO3)

и аммиачного (NH

) азота и калия (табл. 17) свиде-

тельствуют об увеличении в среднем в два раза и более

выноса минеральных солей на участках глубокого тор-

фяника грунтово-напорного водного питания и одинако-

вой с неосушенным болотом величине химического стока

на торфянике глубиной до 1 м, подстилаемого песками,

где осушительная сеть врезается в подстилающий слой.

Более высокий вынос происходит с минеральных почв,

осушенных закрытым дренажем, минимальный

—

с за-

лесенного водосбора.

Вынос нитратного азота, по величине которого ведут-

ся расчеты загрязнения водоприемников, с осушенных

торфяных почв даже ниже, чем с неосушенных. В от-

дельные годы на минеральных почвах повышается его

вынос до предельно допустимых значений. Вынос калия

незначителен (в среднем 1—3,5 кг/га).

О пределах изменений концентрации отдельных эле-

ментов и компонентов химического стока можно судить

по данным всех наблюдений за 1969—1972, 1975 (за-

сушливый) и 1976 (влажный) годы (табл. 18).

Общее увеличение выноса минеральных солей после

осушения в значительной степени обусловлено сущест-

венным ростом выноса гидрокарбонатов — главного

компонента дренажного стока. Значительным колебани-

ям в дренажных водах подвержено и содержание ионов

кальция, а также хлоридов и сульфатов. Это связано

с осушением, внесением в почву извести и минеральных

удобрений. Максимальные концентрации их отмечаются

Таблица

Вынос

минеральных

солей

различных участков Корзинской

низины

(1969—1972

гг.),

кг/га

Зима

Весна

Лето | Осень | Год

Место

наблюдений Показатели

III

сред- мак- сред- мак- сред- мак- сред- мак- сред- мак-

нин

сим. ний сим. ний сим. ний сим. ний сим.

Неосушенное болото Сумма

7,2 15.2 30,2 64,7 23,8 67,1 10,1 15,8 71,3 153.1

N0^ 0,2 0,2 2 3,8 0,9 2,2 0,2 0,3 3,3 4,5

ХН,

0,1 0,2 1,3 2,6 0,6 1,3 0,1 0,2 2,1 3,2

0,1 0,2 I 0,6 1,2 0,1 0,1 0,1 0,1 0,9 1,6

Заболоченный

лес

Сумма

11,2 21,2 23,8 41,5 15,5 15,5 6,2 8,6 56,7 82

0,5 0,9 1,4 2,7 1,3 1,3 0,3 0,4 3,5 5

J 0,4 0,6 0,6 1,4 0,4 0,4 0,1 0,1 1,5 2,5

— I — 0,6 0,6 0,1 0,1 0,2 0,2 0,9 0,9