Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Природные условия Беларуси и общие сведения о прудах 12
1.1. Природные условия 12
1.2. Краткая история строительства прудов Беларуси и их хозяйственное использование 26
1.3. Изученность прудов Республики Беларусь 34
Глава II. Морфометрические характеристики прудов 44
2.1. Гидрографическая сеть Беларуси 44
2.2. Прудовой фонд Республики Беларусь 46
2.3. Водохозяйственное районирование прудового фонда Беларуси .58
Глава III. Гидрологический режим прудов 65
3.1. Источники наполнения прудов 65
3.2. Уровенный режим прудов 70
3.3. Гидродинамическая активность прудов 73
3.3.1. Ветровой режим над прудами 73
3.3.2. Ветровое волнение 79
3.3.3. Стоковые течения и водообмен прудов 80
3.4. Термический и ледовый режим прудов 84
3.5. Водный баланс прудов 90
Глава IV. Гидрохимический режим прудов 102
4.1. Гидрохимическая характеристика источников наполнения прудов 102
4.2. Минерализация и ионный состав воды прудов ПО
4.3. Газовый режим прудов 117
4.4. Влияние хозяйственной деятельности на качество воды в прудах и малых водохранилищах 119
Глава V. Осадконакопление в прудах Беларуси 131
5.1. Источники седиментационного материала 131
5.1.1. Продукты эрозии водосбора (Rn и R6) 132
5.1.2. Продукты размыва берегов, ложа и мокрого откоса плотин (Rp) 134
5.1.3. Другие источники седиментационного материала 141
5.2. Заиление прудов Беларуси 142
5.3. Состав донных отложений прудов 147
Глава VI. Зарастание прудов Беларуси 156
6.1. Формирование зарослей водной растительности и ее роль в жизни прудов 156
6.2. Растительность прудов Беларуси 162
6.3. Стадийность развития прудов 176
Глава VII. Влияние прудов на сток водотоков и окружающую территорию 179
7.1. Влияние прудов на местный сток 179
7.2. Влияние прудов на температурный режим зарегулированных водотоков 183
7.3. Влияние прудов на русловые процессы водотоков выше пруда... 185
7.4. Влияние на сток наносов и гидрохимический режим зарегулированных водотоков 185
7.5. Влияние прудов на уровень фунтовых вод и в берегах и подтопление прилегающей территории 188
7.6. Влияние прудов на микроклимат прилегающей территории 192
Глава VIII. Оздоровление экосистем прудов 195
8.1. Антропогенные воздействия на пруды 195
8.2. Меры предупреждения заиления, эвтрофирования и загрязнения прудов 201
8.3. Оздоровление заиленных, заросших прудов 207
Заключение 213
Литература
- Краткая история строительства прудов Беларуси и их хозяйственное использование
- Прудовой фонд Республики Беларусь
- Гидродинамическая активность прудов
- Влияние хозяйственной деятельности на качество воды в прудах и малых водохранилищах
Введение к работе
Актуальность темы. Развитие народного хозяйства в Республике Беларусь в значительной степени зависит от наличия водных ресурсов, в том числе местного стока, аккумулированного в небольших водохранилищах и прудах, история создания которых насчитывает не одно столетие. К настоящему времени в республике создана большая сеть прудов, густота которой (6 водоемов на 1000 км площади) сопоставима с таковой в отдельных степных районах. При этом необходимо отметить преимущество прудов перед естественными водоемами (озерами), так как они могут быть созданы там, где больше нужны.
На базе прудов в республике развиваются такие отрасли народного хозяйства, как орошение, рыборазведение, рекреация и др. Однако, несмотря на длительную историю строительства прудов в Беларуси, их значение для народного хозяйства и большую численность (1306 водоемов), они до последнего времени остаются недостаточно изученными, что осложняет их проектирование. Недостаточно оценены их гидрологическая роль и водоохранное значение.
Автор многие годы занимается изучением прудов, в результате чего им получены первые сведения об их заилении, снижающем срок эксплуатации водоемов, зарастании, развитии абразионного процесса, загрязнении. Разработаны меры охраны прудов. Вместе с тем многие вопросы остаются слабо изученными. Прежде всего это источники заполнения, заиления и загрязнения прудов, эрозионные условия на водосборах прудов и в прилегающей к водоемам части водосбора, наносоудерживающая и фосфороудерживающая способность прудов, их водоохранная роль и др.
Таким образом, актуальность темы диссертации обусловлена недостаточной изученностью гидрологического режима и процессов в прудах, их влияния на гидрологический режим водотоков и прилегающую территорию и необходимостью их познания для решения задач, имеющих важное научное и практическое значение.
Цель и задачи исследования. Основной целью исследования является обобщение имеющихся сведений о прудах Беларуси, на основе которых выявить закономерности развития и функционирования прудов в условиях возрастающей антропогенной нагрузки, разработка практических рекомендаций по улучшению их использования и охраны.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
? обобщить материалы всех паспортизации прудов Беларуси и выполнить водохозяйственное районирование территории;
? провести наблюдения за гидрологическим и гидрохимическим режимами прудов, выполнить водно-балансовые исследования прудов;
? изучить процессы заиления и зарастания прудов;
? провести оценку выноса с водосбора взвесей и химических веществ;
? оценить влияние прудов на гидрологический режим водотоков и прилегающие территории;
? разработать меры защиты прудов от заиления и загрязнения;
? разработать расчетные зависимости для оценки заиления прудов, абразии берегов и др.
Методика исследований. В основу работы положены материалы исследований автора на прудах Беларуси, где в общей сложности изучено около 70 водоемов. При этом использовались стандартные методики гидрологических, гидрогеологических, метеорологических, геодезических, почвенных, гидробиологических и гидрохимических исследований, а экспедиционные исследования сочетались со стационарными. Методика производства отдельных видов работ (влияние препятствий на ветровой режим) разрабатывалась по ходу исследований. В работе также использованы материалы паспортизации прудов Беларуси за 1975-1999 гг. Расчетные зависимости получены методом множественной корреляции.
Научная новизна. Основные выводы и количественные характеристики, представленные в диссертации и выносимые на защиту, получены впервые. К ним относятся:
? комплексная характеристика прудов, закономерности их пространственного размещения;
? оригинальные данные о гидрологическом, гидродинамическом и гидрохимическом режимах прудов; сравнительная характеристика прудов и других водоемов по этим показателям;
? оценка влияния прудов на гидрологический режим водотоков (сток воды и наносов, гидрохимический и термический режимы) и окружающую местность (грунтовые воды в берегах, метеорологический режим);
? методика оценки влияния береговых препятствий на снижение волновой деятельности и испарения с поверхности прудов;
? оценка интенсивности заиления прудов и роли размыва берегов в осадконакоплении, расчетные зависимости для определения среднегодового объема отложений, размыва берегов.
Практическое значение работы. Исследования выполнены в соответствии с научно-исследовательской работой трех организаций:
1. Центрального научно-исследовательского института комплексного использования водных ресурсов: «Провести сопоставление проектных, фактических и возможных оптимальных режимов работы водохозяйственных систем, в том числе гидроэлектростанций и выявить причины их развития» (№ ГР 75007277), 1975 г.; «Оценить влияние малых и средних водохранилищ на гидрологический режим рек» (№ ГР 77023057), 1978 г.
2. Белорусского государственного университета: «Провести комплексное изучение природных ресурсов водоемов бассейна Днепра и их рациональное использование (в пределах Беларуси)» (№ ГР 01860092533), 1990 г.
3. Белорусского государственного педагогического университета имени Максима Танка: «Природоохранные эталонные исследования экосистем пригородной зоны г.Минска» (№ГР01860092536), 1990г.; «Оценить воздействие регулирования речного стока при создании прудов и водохранилищ на окружающую среду Беларуси» (№ГР 09220019648), 1995 г.; «Природно-антропогенные особенности становления искусственных водоемов» (№ГР 1995560), 1997 г.; «Тяжелые металлы на водосборах и в аквальных ландшафтах» (№ ГР 19972559), 1998 г.; «Разработка научных основ рационального использования природных ресурсов, улучшения и охраны окружающей среды» (№ ГР 19942036), 1999 г.
Результаты исследований используются и могут быть использованы при решении следующих практических задач:
? при проектировании прудов республики - расчетные зависимости для оценки заиления прудов, переработки берегов;
? при планировании противоэрозионных мероприятий на малых водосборах, выделения прибрежных водоохранных зон - данные по интенсивности заиления прудов;
? при решении вопроса о реконструкции старого пруда - сведения о стадийности развития водоема;
? при выборе способов очистки прудов от накопившихся отложений и их использовании - сведения о механическом и химическом составе донных отложений;
при планировании строительства новых прудов - выполненное автором водохозяйственное районирование территории республики;
? для оценки кормовой базы растительноядных рыб - сведения о видовом составе и биомассе макрофитов;
? для расчета рекреационной нагрузки на водоем - данные паспортизации прудов, полученные с участием автора.
Внедрение результатов исследований. Основные результаты исследований внедрены в производство проектными институтами «Белгипроводхоз», «Союзгипромелиоводхоз» при составлении каталогов водопользования бассейнов рек Случь, Лань, Неман, Бобрик, Словечна, Птичь, Ясельда, а также при расчетах водохозяйственных балансов ряда водосборных бассейнов рек. Разра ботанный метод расчета заиления прудов использован в водохозяйственных расчетах проектируемых прудов республики и при определении ширины прибрежных водоохранных зон.
Материалы исследований нашли применение в БелНИИградостроитель-ства при разработке методических рекомендаций по определению рекреационной емкости ландшафтов в условиях Республики Беларусь, а также в Международной академии туризма при разработке темы «Социально-экономические факторы и важнейшие направления совершенствования форм улучшения отдыха населения до 2000 года и в долгосрочной перспективе».
Автором разработаны и прочитаны спецкурсы студентам географических специальностей Белорусского государственного педагогического университета им. М. Танка (Рациональное использование и охрана водных ресурсов Республики Беларусь) и Варшавского университета (Гидрология малых водохранилищ) в 1998-1999 гг.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях и совещаниях: научно-производственной конференции Белорусской сельскохозяйственной академии (Горки, 1977); научно-практической конференции «Формы и методы повышения эффективности и качества обслуживания туристов и экскурсантов» (Минск, 1977); республиканском семинаре «Рациональное использование и охрана малых рек» (Гомель, 1978); III Всесоюзном совещании по географическим проблемам организации туризма и отдыха (Ставрополь, 1978); II всесоюзном совещании «Антропогенные изменения и охрана растительности болот и прилегающих к ним территорий» (Минск, 1979); Всесоюзном научно-техническом совещании по динамике берегов водохранилищ, их охране и рациональному использованию (Черкассы, 1979); IV Всесоюзном симпозиуме по мелиоративной географии (Минск, 1980); Всесоюзной конференции по влиянию водохранилищ ГЭС на окружающую среду (Минск, 1980); Всесоюзной научной конференции «Проблемы рационального использования водных ресурсов малых рек» (Казань, 1981); на заседании физико-географической секции Географического общества РБ (Минск, 1982, 1985, 1991, 1997, 2000, 2005); конференции молодых ученых (Минск, 1984); научно-технической конференции «Малые реки Белорусской ССР, их использование и охрана» (Минск, 1984); научно-практической конференции «Проблемы рационального использования ресурсов и охраны окружающей среды в Белорусском Полесье» (Гомель, 1986); VIII Всесоюзной конференции по мелиоративной географии (Таллинн, 1988); Третьей Всесоюзной конференции «Динамика и термика рек, водохранилищ и окраинных морей» (Москва, 1989); Всепольском географическом съезде (Сосновец, 1987, 1998); Общепольской конференции «Функционирование ландшафтов» (Люблин, 1991); научно-практической конференции «Экологические основы природопользования в бассейне Дона» (Воронеж, 1991); международной конференции «Проблемы международного сотрудничества в охране природы в приграничных районах» (Томашув, 1992); международной конференции «Экологические проблемы при орошении и осушении» (Киев, 1993); научной конференции, посвященной 60-летию и 70-летию географического факультета БГУ (Минск, 1994, 2004); научной конференции «Природные и технические проблемы хозяйствования водой» (Варшава, 1998); научной конференции (География на стыке веков» (Варшава, 1999); IV, V, VI съездах географического общества Беларуси (Брест, 1989; Могилев, 1999; Минск, 2004); Международной научной конференции «Озера Белорусского Поозерья: современное состояние, проблемы использования и охраны» (Витебск, 1999); научной конференции «Научные и прикладные аспекты оценки изменений климата и использования климатических ресурсов» (Минск, 2000); Международной научно-практической конференции «Влияние антропогенных факторов на состояние и динамику экосистем Полесья» (Брест, 2001); Третьем Всероссийском совещании по изучению четвертичного периода (Смоленск, 2002); республиканской конференции «Антропогенная динамика ландшафтов и проблемы сохранения и устойчивого использования биологического разнообразия» (Минск, 2002, 2004); Международной конференции «Теоретические и прикладные проблемы современной гидрологии» (Минск, 2003); Международной научно-практической конферен ции, посвященной 70-летию кафедры почвоведения БГУ (Минск, 2003); Международной научной конференции «Природная среда Полесья» (Брест, 2004); Международной научной конференции «Антропогенное изменение озер и водохранилищ» (Сосновец, 2004); научно-практической конференции «Региональная география: проблемы развития и преподавания» (Могилев, 2004).
Личный вклад автора в работу. Диссертационная работа является результатом многолетних (1976-2005 гг.) исследований автора прудов Беларуси, проводившихся в период его работы в Центральном научно-исследовательском институте комплексного использования водных ресурсов (ЦНИИКИВР), Министерстве природных ресурсов и охраны окружающей среды РБ, Белорусском государственном педагогическом университете имени М. Танка. Автор руководил и лично участвовал в экспедиционных работах на прудах Беларуси. Все научные выводы, изложенные в заключении диссертации, принадлежат автору.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы более чем в 60 работах, из них 10 - за рубежом, в том числе 7 монографий (6 в соавторстве), статей в рецензируемых научных журналах - 19, статей в сборниках материалов конференций - 10, тезисов научных докладов - 25.
Предмет защиты. На защиту выносятся:
? результаты обобщения паспортизации прудов Беларуси, закономерности их пространственного размещения, водохозяйственное районирование;
? закономерности гидрологического, гидродинамического, термического, гидрохимического, ветрового и волнового режимов прудов;
? закономерности нестационарного процесса абразии берегов прудов, заиления и зарастания, стадийность развития прудов;
? закономерности формирования донных отложений прудов, их механического и химического составов;
? влияния прудов на гидрологический режим водотоков и прилегающую территорию, водоохранная роль прудов;
? рекомендации мероприятий по защите прудов от заиления и загрязнения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из общей характеристики работы, 8 глав, заключения и приложений; изложена на 272 страницах машинописного текста, включает 71 таблицу на 32 страницах, 43 рисунка на 16 страницах; 7 приложений на 10 страницах. Список использованных источников включает 472 наименования на 42 страницах.
Выполнение поставленной в диссертации цели стало возможным благодаря помощи и поддержки руководства Института ЦНИИКИВР, Белгосунивер-ситета, Белгоспедуниверситета, руководителям этих организаций автор выражает глубокую благодарность. Автор признателен сотрудникам и студентам, участвовавшим в экспедиционных работах на прудах. Автор благодарит руководителей Республиканского гидрометеорологического центра, концерна «Бел-мелиорводхоз» и подразделений Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды, а также Министерства сельского хозяйства и продовольствия за помощь в проведении исследований и внедрение их результатов в практику.
За постоянное внимание к проводимым исследованиям автор признателен своему учителю - профессору Белгосуниверситета О. Ф. Якушко, а за конструктивные замечания, советы и консультации в ходе подготовки диссертации - д. г. н. М. Я. Прытковой (Институт озероведения РАН).
Краткая история строительства прудов Беларуси и их хозяйственное использование
Устройство малых водохранилищ на небольших реках, балках, как показал многовековой народный опыт, является самым простым и доступным способом полного использования вод местного стока в хозяйственных целях. Эти водоемы издавна являлись источниками сельского водоснабжения, орошения, разведения рыбы и водоплавающей птицы и мест отдыха. Начало регулирова ния местного стока небольшими водохранилищами уходит в глубину тысячелетий (Мильков, 1978; Водохранилища мира, 1979; Glymph, 1973).
На территории Беларуси пруды с целевым назначением создавались давно. Впервые об этом сказано в «Литовском статусе», датированном 1588 г. (Браим,1976). В ХУШ столетии пруды строились в крупных поместьях, для целей рекреации и выращивания рыбы. С начала XX столетия в ряде мест было сооружено большое количество мельничных прудов. Часто один мельничный пруд приходился в среднем на 4-5 км русла малой реки. Так, на реке Лебедка -правом малом притоке Немана - действовало три водяные мельницы; на соседних реках было аналогичное положение. В 1926 году насчитывалось 643 водяные мельницы, а к началу 1941 г. действовало уже 1094, из них в западных областях 511 (Хржаноускі, Нісневіч, 1929). Во время Великой Отечественной войны и после нее их постепенно стали ликвидировать. Но если сами запруды и копани не получили дальнейшего распространения, то строительство прудов стало интенсивно развиваться и особенно в 70-90 годах прошлого столетия в связи с задачами комплексного использования местного стока, в первую очередь для орошения. Причем, с начала 1950-х гг. пруды стали строиться по проектам.
В современный период пруды Беларуси служат базой для развития таких отраслей народного хозяйства, как малая энергетика, мелиорация, рыборазведение, рекреация, а также используются как противопожарные водоемы и для различных хозяйственно-бытовых нужд. Особенностью современного периода строительства прудов является их комплексное использование. Такие пруды к 1985 г. составляли 19% от общего числа (Широков, Кирвель, 1987). В то же время 28% прудов использовались для орошения, 10% - для рыборазведения, 12% - для рекреации, 26% - для различных хозяйственно-бытовых целей и 5% - имели противопожарное назначение (Кирвель, Емельянов, 1986).
В условиях высоких цен на электроэнергию особое значение приобретает возможность использования энергоресурсов малых рек, основное достоинство которых связано с неисчерпаемостью и возобновляемостью. В связи с этим, на пример, в Польше намечено соорудить 1024 малых ГЭС (Switaja, 1989). Только в течение 1991-1996 гг. было построено 55 малых ГЭС, имеющих напор от 1,9 до 6,5 м и средним расходом 1,5 до 6,5 м /с (Male elektrownie wodne... 1998). Достижения строительной техники и технологии производства энергетического оборудования привели к рентабельности малых ГЭС, широкому их применению во многих развитых и развивающихся странах (Male elektrownie... 1998), таких, как Китай, Россия, Молдова и др.
Согласно водноэнергетическому кадастру 1960 г., потенциальная мощность рек Беларуси для среднего по водоносности года составляет 855 МВт, или около 7,5 млрд. кВт ч/год. Технически возможные к использованию гидроэнергоресурсы оцениваются в 3 млрд. кВт ч/год. В настоящее время в Беларуси действует 18 малых ГЭС общей мощностью 8 МВт, но их доля в выработке электроэнергии составляет 0,1% (Альферович и др., 1998). Все действующие ГЭС Беларуси относятся к категории «малых», для которых гарантированная мощность определяется по водному стоку декабря месяца в маловодном году расчетной обеспеченности не ниже 95%.
В республике в настоящее время на прудах работает только одна малая ГЭС, на р. Гавья Ивьевского р-на, Гродненской области. Пруд площадью 66 га и полным объемом 900 тыс. м представляет собой водоем с земляной плотиной, деревянными водоспусками и щитами. Гидроэлектростанция двухтурбин-ная. Ее среднесуточная мощность составляет 67 кВт. Используется станция при пиковых нагрузках, в основным для нужд местного спиртзавода. Участие в покрытии пиков суточной нагрузки энергосистем - основное назначение большинства гидроэлектростанций. Гидроэлектростанции быстро и легко воспринимают нагрузку. Возможный диапазон регулирования мощности гидроэлектростанций обычно близок к их полной установленной мощности. Гидроэлектростанция «Жемыславльская» также выполняет функцию резерва системы. В связи с возрастающим дефицитом энергетического баланса целесообразно рассмотреть вопрос более широкого использования больших прудов в энергетических целях, что и делается в республике в последние 2-3 года. В перспективе на 2020 г. планируется создание 4-х микроГЭС: трех в бассейне Зап. Двины и одной в бассейне Немана (Прогноз.., 2004). В настоящее время ведется реконструкция старых и создание ряда малых ГЭС во всех областях республики. Создание сети малых ГЭС на территории республики Беларусь рассматривается как одно из приоритетных направлений в принятой государственной программе «Энергосбережение».
Развитие орошения в Беларуси лимитируется не недостатком пригодных для этой цели площадей, а необеспеченностью некоторых территорий водными ресурсами. Это приводит к выборочному орошению в местах, удаленных от водных артерий. Небольшими оросительными нормами почв центральной части Беларуси можно ликвидировать дефицит влаги для сельскохозяйственных культур, уменьшить за счет этого дозы внесения минеральных удобрений и получить значительную прибавку урожая. Орошение оказывает прямое действие на возделываемые культуры и на последующие, то есть его эффект двулетний, что следует учитывать при расчете его эффективности (Афанасьев, 1991).
На основании водохозяйственных расчетов установлено, что для орошения 100 га овощей необходимо иметь пруд объемом 220-250, а для той же пло-щади пастбищ 190-220 тыс. м (Масловский, Высокомерный, 1975). Площади орошаемых угодий, особенно культурных пастбищ, ежегодно увеличиваются. Эти площади орошаются в основном из прудов и водохранилищ, так как естественные водные источники не всегда расположены в нужном месте и воды в них для орошения не хватает (Шевелуха, 1974).
Для орошения используется 56% объема зарегулированной воды в прудах и 62% их площади. Наибольшая часть суммарного водозабора для увлажнительных мероприятий в сухие годы приходится на водохранилища, часто достигая 40%, на озера и реки - не более 10 и 20%, на пруды - до 15%, на болотные системы - 5% и на подземные воды - до 10% (Широков, 1986; Широков и др., 1993). Поскольку в будущем главным потребителем зарегулированных вод в Беларуси будет орошение, необходимо тщательное технико-экономическое обоснование масштабов и темпов его развития.
Прудовой фонд Республики Беларусь
Основные сведения о прудах Беларуси, их количестве, размещении, назначении дают материалы паспортизации, проводимых разными организациями в 1957-1958, 1975, 1980, 1986, 1996, 1999 гг. В проведении отдельных из них (1975, 1980 гг.) участвовал автор. Недостаток паспортизации состоит в том, что учету подлежат только пруды, имеющие хозяйственное значение. Кроме этого в некоторых паспортизациях (1957-1958 гг.) отсутствуют данные об объеме водной массы прудов. Для получения ориентировочных данных в случае отсутствия этой характеристики автор использовал связи между площадью зеркала и объемом водной массы прудов, по которым такие сведения были (Широков, Кирвель, 1987). Такие связи, как показали исследования для прудов географических провинций лесостепной и степной зон СССР (Прыткова, 1979), характеризуются большими значениями коэффициентов корреляции, превышающими 0,9.
Паспортизацией прудов, проведенной по заданию МСХ БССР Белгипро-водхозом в течение 1957-1958 гг., установлено общее число прудов в колхозах и совхозах республики, составившее около 1000. Из них примерно 80% были сооружены для рыбохозяйственных целей. Площадь водного зеркала всех пру-дов составляла 30,2 км из которых 11,5 км приходилось на Гродненскую область, более 3,0 км2 на Брестскую область, 12,0 км2 - на Минскую, 2,6 км2 - на Гомельскую, 0,7 км2 - на Могилевскую и 0,4 км2 - на Витебскую. Из этих данных следует, что основной прудовой фонд республики размещался в западных и центральных областях. Из общей площади зеркала всех прудов (30,2 км ) зарыблено только 1,97 км2. Пруды находились в запущенном состоянии, не существовало службы эксплуатации.
Паспортизация 1975 г., выполненная отделом эксплуатации водохранилищ ЦНИИКИВР при участии автора, не выявила существенного увеличения их численности. В колхозном и совхозном секторе Беларуси имелось 1026 пру-дов общей площадью водного зеркала 68,06 км и полным объемом 94,03 млн. м . Слабое увеличение численности прудов связано со строительством новых более крупных прудов и ликвидацией старых, пришедших в негодность. В этот период на балансе Управления рыбного хозяйства Беларуси имелось 334 нагульных и выростных прудов, площадью зеркала 150,30 км2 и пол-ным объемом 195,19 млн. м . Таким образом, всего в Беларуси на 1975 г. насчитывалось 1360 прудов общей площадью водного зеркала 218,36 км2 и полным объемом 212-103 м3.
Учет прудов, проведенный автором по состоянию на 1.01.1980 г., показал, что в течение пяти лет общее число колхозных и совхозных прудов увеличилось незначительно и составило 1061, площадь водного зеркала - 117,9 км2 и полный объем - 176-10 м . Необходимо отметить тенденцию по увеличению прудов с большей площадью и объемом. По данным Минводхоза Беларуси, на балансе местного управления осушительно-оросительной сети республики в 1980 г. находилось 350 прудов общей площадью водного зеркала 49,94 км2 и полным объемом 197-10 м (табл. 2.4).
На северную часть республики (Белорусское Поозерье) приходилось 89 прудов общей площадью водного зеркала 5,81 км и полным объемом 116-10 м . Малое количество прудов здесь обусловлено меньшей потребностью народного хозяйства в искусственных водоемах, так как нужды производства покрываются здесь в основном за счет вод из многочисленных озер и рек.
В Белорусском Полесье насчитывалось 251 пруд общей площадью водного зеркала 27,52 км2 и полным объемом 178-103 м3, хотя необходимость народного хозяйства в них значительно больше. Развитие прудового хозяйства здесь сдерживается большой площадью затопления в условиях плоского рельефа местности, неблагоприятными геологическими и гидрологическими условиями и др. Наименьшее затопление территории достигается при строительстве прудов в центральной части республики (Белорусская гряда) при средних глубинах прудов 1,5-1,7 м, что соответствует удельному затоплению 0,3-0,5 м/м . Несколько большее затопление отмечается в Предполесской области (приледни-ковые равнины и плато), а также в Белорусском Поозерье.
Влияние рельефа местности на размеры прудов можно проследить на примере прудов Белорусского Поозерья и Белорусского Полесья. Несмотря на большую водность территории Поозерья по сравнению с Полесьем, по данным паспортизации 1980 г., там пруды имеют меньший объем (116 тыс. м ), чем в Полесье (178 тыс. м3). Это обуславливает меньшее затопление территории в Поозерье по сравнению с Полесьем.
Учет 1990 г. показал, что число прудов составило 1125, общей площадью водного зеркала 150,38 км и полным объемом 208-10 м . Последний учет прудов республики, проведенный в 1999 г., показал, что общее число прудов в рее-публике составило 1306, общей площадью 156,25 км и полным объемом 204-103м3 (Изменение..., 1999). В состав учтенных прудов вошли русловые и овражно-балочные пруды, копани и карьеры
Гидродинамическая активность прудов
Волновые и сточные движения воды в прудах обуславливают, наряду с другими факторами, транспорт взвесей в водоемах, их седиментацию, переотложение осадка, формирование берегов и ложа, развитие высшей водной растительности, минерализация органического вещества и другие процессы в водоеме. Развитие волновых движений воды (волнения) тесно связано с режимом ветра над водоемом, определяющим, кроме того, величины испарения с водной поверхности. Поэтому изучению режима ветра над прудами было уделено особое внимание.
В безледоставный период на прудах республики наибольшую повторяемость имеют ветры северного, северо-западного, западного и юго-западного румбов, суммарная повторяемость которых, по данным метеостанции «Минск», за многолетний период составляет 70%. Ветры восточного и северо-восточного направления наблюдаются реже. Средняя скорость ветра на водоемах республики за многолетний период не превышает 5 м/с. Преобладают ветры со скоростью 1-3 м/с. Ветры со скоростью выше 10 м/с встречаются редко и составляют около 1%.
По наблюдениям на водохранилищах республики (Широков, Лопух, 1986; Водохранилища Белоруссии, 1991), ветер трансформируется над водным зеркалом, и прежде всего изменяется его направление. Вытянутость водоема с запада на восток способствует более равномерному распределению ветра в сек торе ЮЗ-З-СЗ, совпадающего с длинной осью водоема, и уменьшению числа случаев с ветром восточного и южного направлений (Лопух, Кирвель, 2000).
Увеличение скорости ветра происходит за счет уменьшения сопротивления подстилающей поверхности, а также вследствие различия между термической стратификацией слоев воздуха над сушей и водоемом и дополнительного барического градиента. Важную роль играет расположение пруда и облесен-ность берегов, определяющих аэродинамические условия над акваторией.
Связь между измеренными скоростями ветра на высоте 2,0 м над поверхностью водоема и данными метеостанции на суше описывается выражением (Широков, Лопух, 1986): где V2)o - скорость ветра на высоте 2,0 м над водной поверхностью; Ую - тот же показатель по данным метеостанций.
Это выражение справедливо для ветров со скоростью до 5 м/с, причем наиболее существенные изменения претерпевают ветры со скоростью до 3 м/с. В этой работе отмечено, что для малых водоемов укрытость зеркала оказывает значительно большее влияние на работу ветра, чем асимметрия формы водоема.
Укрытость водоемов характеризуется высотой препятствий ветру, к которым относятся берега, древесно-кустарниковая растительность на побережьях, плотины, дамбообвалование, застройки и т.п. С подветренной стороны они создают ветрозащитные зоны с наименьшей скоростью ветра сразу за препятствием и постепенным увеличением ее вдоль разгона до величины скорости в открытой части водоема.
Автором выполнены измерения скорости ветра над зеркалом воды в зоне с подветренной стороны препятствия на пяти водоемах (рис. 3.5). Скорости ветра измерялись на высоте 2 м от поверхности земли перед препятствием (в 150-200 м) и над водной поверхностью ручным чашечным анемометром. Расстояние от уреза воды до определенной точки водного зеркала определяли с помощью оптического дальномера и 4-метровой нивелирной рейки с металлической штангой, которую устанавливали на дно с лодки.
Данные измерений скорости ветра приведены в табл. 3.3, где приняты следующие обозначения: 1 -расстояние от препятствия до станции на водоеме (м); со - скорость ветра над водоемом (м/с); соо - скорость ветра перед препятствием (м/с); Нп - высота препятствия над поверхностью воды (м).
По данным табл. 3.3. построен график связи между соотношением скоростей ветра над водоемом и перед препятствием (оо/соо), с одной стороны, и соотношением между расстоянием от препятствия до станции на водоеме и высотой препятствия (1/Н), с другой (рис. 3.6).
Величины достоверности данной зависимости, определенные квадратом коэффициента корреляции R и дисперсией cv , соответственно составляли 0,97 и 0,056. По графику связи — = / щ I — определены: \Нп) а) максимальная длина зоны влияния препятствия на скорость ветра (точ ка на графике, где со соо =1,0: U= (50-52) Нп (3.5) б) средняя скорость ветра на этом участке: соср = (0,73-0,75) со0 (3.6) Для практических расчетов целесообразно принять участок с наиболее активным нарастанием скорости ветра: / = 36#„, (3.7) сое = 0,62со0 (3.8)
Для квадратной формы водоема при высоте лесных насаждений 10 м предельная защищаемая площадь составит от 13 до 26 га. Рассмотрим вопрос влияния закрытости малых водоемов на испарение с водной поверхности. Для этого воспользуемся формулой испарения (Указания... 1969): Е = 0,14. - ,).(1 + 0,72 ), (3.9) где Е - месячная сумма испарения, мм; п - число дней в месяце; е0 - максимальная упругость водяного пара в мб, определяется по температуре воды; в2оо - упругость водяного пара на высоте 200 см, мб; со - среднемесячная скорость ветра над водоемом на высоте 2 м, м/с. Испарение на участке водоема, защищенном от ветра {Еюср), определяется из выражения: соср К -F (ЗЛО) где Ки - коэффициент уменьшения испарения, Еш - испарение при отсутствии препятствия, рассчитанное по формуле (3.9). Пользуясь формулой (3.9), определим величину коэффициента уменьшения испарения из следующего выражения: (3.11) 1 + 0,72соср "а 1 + 0,72« где соср - средняя скорость ветра на защищенном участке водоема; со - то же над водоемом без препятствия. Величина, обратная коэффициенту уменьшения испарения может быть названа коэффициентом защищенности и определена по формуле: т. _ 1 + 0,72« К3 (3.12) 1 + 0,72 Ниже, в табл. 3.4, приведен расчет коэффициента уменьшения испарения для 5 исследованных водоемов. В зоне влияния препятствий, как показали расчеты, происходит уменьшение испарения в отдельных водоемах на 19-23 %, а в зоне наиболее активного нарастания скорости ветра - от 27 до 32 % (Кирвель, Саплюков, Кирвель, 2005).
Влияние хозяйственной деятельности на качество воды в прудах и малых водохранилищах
Изменение минерализации прудовой воды в течении V-VII обусловлено аналогичным изменением содержания в воде прудов гидрокарбонатного иона (НСОз-) и иона кальция (Са ). Содержание гидрокарбонатного иона увеличивается при переходе от мая к июню (см. табл. 4.7) и затем уменьшается в июле, оставаясь несколько большим, чем в мае. Аналогичные временные изменения характерны и иону Са . Содержание кальция в прудовой воде летом, как уже отмечалось (Астапович, Марцинкевич, 1970), регулируется биологическими факторами и служит индикатором необходимости известкования прудов. Изменение минерализации прудовой воды, содержания в ней ионов НСОз" и Са2+ в летние месяцы может быть связано с участием подземных (грунтовых) вод в питании прудов, которое, по-видимому, бывает наибольшим в июне.
Между содержанием в прудовой воде ионов НСОз", с одной стороны, и общей минерализацией воды, с другой, существует тесная связь (рис. 4.2), ко-торая несколько нарушается для иона Са и сульфатного иона SO4 .
Изменение содержания иона Mg за период V-VII отличается от таково-го ионов НСОз и Са . Содержание этого иона в поверхностном и глубинном горизонтах уменьшается при переходе от мая к июню и к июлю (см. табл. 4.7). Это, по-видимому, связано с участием Mg в развитии хлорофилла, водорослей и в процессах ассимиляции. Содержание сульфатов (S04 ) в воде прудов в мае и июле сопоставимо с таковым хлоридов (СГ), а в июне уступает им (табл. 4.6). Повышенное содержание хлоридов в некоторых водоемах и прудах, особенно Солигорского и Слуцкого районов Минской области, связано с загрязнением прудов промышленными и бытовыми стоками, а также в результате поступле-ния растворенных солей из солеотвалов. Соотношения Са / Mg в прудовой воде (2,0-10,8) (приложение 1) значительно превышает таковое в природных водах и в отличие от последних не выявляет связи с минерализацией воды. Эта особенность гидрохимического режима рыбоводных прудов обусловлена, по-видимому, их известкованием. Показателем степени закислення прудовых вод служит соотношение S04 /НСОз", которое для рыбоводных прудов составляет 0,04-0,09 (прил. 1). На его значение влияет подкормка рыбоводных прудов.
Сброс в пруды сточных вод с животноводческих ферм, который наблюдается в отдельных хозяйствах - колхоз им. Ленина Щучинского района Гродненской области (пруд №5 в табл. 4.6), колхоз «Знамя Коммунизма» Крупского района Минской области, колхоз «Герой труда» Могилевского района и др.превращает пруды в гипертрофные водоемы (Драчев, 1964; Auer..., 1988; Кондратьев, 1988; Карташевич и др., 2003).
Таким образом, вода прудов Беларуси относится к гидрокарбонатно-кальциевому классу кальциевой группе. Наименьшая минерализация воды наблюдается весной, в период весеннего половодья, а наибольшая - летом в связи с испарением с водной поверхности, участием в питании прудов грунтовых вод и использованием химических соединений гидробионтами.
Согласно нормативным документам, воды большинства прудов Беларуси пригодны для водопоя скота, орошения, хозяйственно-бытовых нужд (Санитарные.., 1988). Следует подчеркнуть целесообразность применение прудовых вод для орошения, поскольку их минерализация значительно ниже нормативной величины, менее 1000 мг/л, рекомендованной многими исследователями (Ковда, 1947; Корж, 1967; Алекин, 1970). По основным гидрохимическим показателям вода прудов Беларуси укладывается в пределы требований, предъявляемых к рыбоводческим водоемам (Мовчан, 1955; Цыганков, 1960, 1969; Гриневский, 1973).
Содержание растворенного кислорода в прудовых водах определяется как постоянно действующими, так и временными факторами. К ним относятся: температурный режим, оптимальные условия аэрации, определяемые морфо-метрией прудов, уровнем развития фитопланктона, степенью потребления кислорода гидробионтами, его расход на процессы минерализации органического вещества и др.
Данные табл. 4.6 позволяют составить представление о диапазоне изменения содержания растворенного кислорода в поверхностном и придонном слоях прудовой воды в течение V-VII (табл. 4.8). Однако эти данные в разных прудах не сопоставимы между собой, так как получены в разное время дня.
Наши наблюдения в пруду совхоза «Логоза» Минской области и пруду «Рассвет» Могилевской области показали, что максимальное содержание кислорода наблюдается в 16 часов (Широков, Кирвель, 1987), что обусловлено продуцированием кислорода за счет фотосинтеза.
Содержание кислорода в поверхностном горизонте прудов, как правило, превышает 4 мг/л (табл. 4.8), что является нормальным для развития и роста карпа (Веселовский, 1956; Свистунов и др., 1981). Только в отдельных прудах в июне его значение падало до 3,0 мг/л. Практически во все месяцы периода V-VII в прудах были благоприятные условия для разведения рыбы.
