Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Агрогидромелиоративные основы природоустройства длительно сезонномерзлотных почв (на примере Нечерноземной зоны Урала) Дальков, Михаил Петрович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Дальков, Михаил Петрович. Агрогидромелиоративные основы природоустройства длительно сезонномерзлотных почв (на примере Нечерноземной зоны Урала) : автореферат дис. ... доктора географических наук : 11.00.11.- Екатеринбург, 1997.- 44 с.: ил.

Введение к работе

Актуальность проблемы. Как показал огромный практический опыт, мелиорация земель является эффективным средством интенсификации сельскохозяйственного производства. При этом в производственную сферу вовлекаются значительные по своим объемам земельные и водные ресурсы, в связи с чем существенным образом видоизменяется облик естественных ландшафтов, трансформируются водный, воздушный, тепловой и питательный режимы почв.

В Нечерноземной зоне Урала - регионе высокоразвитой индустрии и высочайших антропогенных нагрузок - имеется огромный мелиоративный фонд минеральных земель и болот, располагающих большим потенциальным плодородием и служащих источником насыщения рынка продовольствием.

Отсутствие научно обоснованных рекомендаций и предложений у проектных, строительных и эксплуатационных организаций, сложность регулирования водно-воздушного, теплового и питательного режимов, вызванная длительным сезонным промерзанием и поздним оттаиванием мелиорируемых почв, отсутствие региональной изученности водного баланса, режима формирования круговорота веществ в системе атмосфера-почва-растение-вода не позволяют надежно определять режимообразующие факторы переувлажненных почв.

Это обстоятельство вызывает необходимость постановки специальных лабораторно-полевых опытов и экспериментов по изучению водно-воздушного, теплового и питательного режимов мелиорируемых почв, особенностей его формирования в зависимости от конструкции систем, геологических, почвенных, гидрогеологических и климатических условий.

В последние годы все большее распространение получает представление о сельскохозяйственных мелорациях как об особом виде природопользования,, осознана необходимость учета экологических последствий мелиорации земель/равно как и необходимость руководствоваться экологическими принципами нормирования и подхода при обосновании объемов и видов мелиорации. Сказанное означает, что мелиоративные проблемы следует решать с учетом экологических особенностей естественных ландшафтов, динамики природных и антропогенных процессов.

Ориентируясь на принцип поддержания экологического равновесия окружающей природной среды необходимо иметь в виду следующее. Современная технически совершенная мелиоративная система "вторгается* в сбалансированную природную среду,

представленную широким аспектом почвенно-климатических, геологических и гидрогеологических условий с задачами активного управления водным, воздушным и пищевым режимами для получения запланированного урожая.

Функционирование таких мелиоративных систем сопровождается так называемыми техногенными выбросами, являющимися в той или иной степени источниками загрязнения окружающей среды. К таким выбросам относятся излишки дождевой и поливной воды, потерянные для агроценоэов и пошедшие на пополнение и подъем грунтовых вод, минеральные удобрения и ядохимикаты, проникшие в почву, грунты и фунтовые воды, а также собственно дренажные воды, аккумулирующие биогены, ядохимикаты и другие токсиканты и представляющие непосредственную угрозу водным объектам, водноэкологической обстановке в целом.

Ориентация на создание экологически безопасных мелиоративных систем предполагает максимально полный учет природно-климатических условий и практически полную нейтрализацию неблагоприятных свойств технических выбросов с мелиорируемых земель. Последнее означает необходимость доведения качества поверхностных и сбросных дренажных вод при сбросе в водоприемник до кондиций, гарантирующих отсутствие негативных явлений даже в отдаленной перспективе.

Цель и задачи исследований. Цель работы - исследование агрогидромелиоративных основ природообустройства длительно сезонномерзлотных почв и разработка способов расчета и экологически безопасного регулирования режимообразующих факторов на примере Нечерноземной зоны (НЧЗ) Урала.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

оценить комплекс природно-климатических условий НЧЗ Урала для осуществления агрогидромелиораций и на этой основе провести районирование и типизацию объектов мелиорации;

изучить закономерности формирования водного баланса и режима мелиорируемых длительно сезонномерзлотных почв на опытных объектах НЧЗ Урала;

оценить влияние различных способов мелиорации и конструкций мелиоративных систем на водный, воздушный, тепловой и питательный режимы длительно сезонномерзлотных почв и установить их экологически безопасные параметры;

разработать приемлемые в практике проектирования и эксплуатации методы расчета водного режима и прогноза уровней фунтовых вод для лет различной обеспеченности; провести районирование по нормам осушения длительно сезонномерзлотных почв при осушении их закрытым дренажем;

разработать принцип нормирования и программный комплекс для ПЭВМ выноса биогенов и других зафязнителей с сельскохозяйственных угодий;

дать эколого- и инженерно-экономическую оценку регулирования водного и питательного режимов мелиорируемых длительно сезонномерзлотных почв и комплекса водоохранных мероприятий отзафязнений с сельскохозяйственных и естественных угодий.

Методологические основы и методы исследования. Теоретической и методологической основой исследований являются труды отечественных и зарубежных ученых и крупных специалистов по проблемам мелиорации, гидрологии, гидрогеологии и охраны окружающей среды, диалектические и физические законы сохранения вещества и энергии, фундаментальные труды по почвоведению, по теории вероятностей и математическому моделированию физических и физико-химических процессов.

В качестве общих методов исследований использовались системный комплексный подход, методы математической статистики, экономико-математического и физического моделирования, теории оптимальных решений и сравнительного анализа.

Предметом исследования являются природно-климатические, рельефные, геологические, гидрогеологические и почвеннс-литологические региональные условия с позиций осуществления экологически безопасных гидротехнических мелиорации, способы мелиорации и конструкции мелиоративных систем и их элементов, водный баланс и режим мелиорируемых длительно сезониомерзлотных почв, круговорот биогенных элементов, вынос загрязнений с сельскохозяйственных и естественных угодий.

Объекты исследования - мелиорированные различными способами, инженерными конструкциями и элементами болота и переувлажненные минеральные земли НЧЗ Урала, водосборы рек, сельскохозяйственные и естественные угодия.

Научная новизна. Впервые на примере НЧЗ Урала на основе анализа природно-климатических, геологических, гидрогеологических, почвенно-литологических и других условий проведены районирование и типизация объектов мелиорации.

На основе водного баланса установлена роль грунтовых вод в водном питании длительно сезониомерзлотных переувлажненных земель, даны их количественная характеристика и оптимальные параметры закрытой регулирующей сети и расчетные периоды действия.

Предлагаются расчетные схемы дренирования с учетом длительного существования мерзлоты.

Разработаны методики, зависимости для прогноза и расчета уровенного режима грунтовых вод как в период вегетации, так и в холодный период года, определения потока влаги в мерзлый слой, расхода фунтовых вод в зону аэрации.

Выполнено районирование НЧЗ Урала по уровням грунтовых вод и суммарному испарению за май-сентябрь в разные по увлажненности годы.

Рассчитаны зональные общее и коэффициенты расхода влаги на 1 С и 1 мб дефицита влажности воздуха.

Разработаны экологически оптимальные севообороты и схемы использования земель с учетом круговорота биогенных элементов в системе воздух - растение - почва - водный объект.

Разработана математическая модель и программный комплекс для ПЭВМ выноса загрязнений с сельскохозяйственных угодий.

Дана эколого- и инженерно-экономическая оценка эффективности капитальных вложений в мелиорацию с учетом приемов использования мелиорированных земель, комплекса водоохранных мероприятий от загрязнений сельскохозяйственных и естественных угодий.

На защиту выносятся:

районирование и типизация объектов мелиорации на примере НЧЗ Урала;

количественная оценка роли фунтовых вод в водном питании мелиорируемых длительно сезониомерзлотных почв;

конструкции мелиоративных систем и их элементов, расчетные схемы дренирования почв и формулы расчета элементов водного баланса в условиях длительного существования мерзлоты;

агрогидромелиорагивные теоретические и экспериментальные основы прогноза и расчета водного баланса и режима длительно сезониомерзлотных почв, выноса зафязнений с сельскохозяйственных и естественных угодий.

Практическая значимость. Результаты исследований направлены на установление объективных потенциальных путей становления и развития гидротехнических мелиорации, совершенствование экологически безопасных способов, конструкций мелиоративных систем для длительно сезониомерзлотных почв, прогноза и расчетов водного баланса и режима

почв при проектировании, строительстве и эксплуатации мелиоративных систем в НЧЗ Урала. Производству рекомендованы конструкции мелиоративных систем и их элементы для торфяников и переувлажненных минеральных земель в зависимости от влагосодержания зоны аэрации, что позволяет количественно учитывать сложившийся водный баланс и режим и корректировать его для повышения эффективности сельскохозяйственного производства. Разработанные модель и программный комплекс расчета выноса биогенов и других токсикантов с водосборов позволяют осуществить прогноз и расчет поступления загрязнений в водные объекты, предотвратить их поступление за счет реализации предлагаемого комплекса мероприятий. Полученные результаты позволяют эффективно использовать капитальные вложения, земельные и водные ресурсы.

Реализация результатов диссертационной работы. Исследования выполнялись с 1974 года в Российском научно-исследовательском институте комплексного использования и охраны водных ресурсов.

Результаты научно-исследовательских разработок по мелиорации земель включены в "Вопросы проектирования осушительных и осушительно-уапажнительных систем на Урале" (1977), 'Рекомендации по созданию и использованию сеяных лугов на осушенных землях Уральского региона Нечерноземной зоны РСФСР" (1979), "В|эеменные рекомендации по осушению болот Среднего Урала" (1982), "Систему мелиорации земель Свердловской области" (1985), "Руководство по улучшению естественных и созданию культурных сенокосов и пастбищ в Свердловской области" (1986) и др., которые применяются институтами системы "Гипроводхоз* Урала при проектировании мелиоративных систем. Проведено непосредственное внедрение в хозяйствах НЧЗ Урала через реализованные проекты на площади 3,3 шага с фактическим годовым экономическим эффектом 708,6 млн.руб в ценах 1995 г.

Модель и программный комплекс расчета на ПЭВМ выноса загрязнений с сельскохозяйственных угодий использованы при разработке оптимальных планов водоохранных мероприятий в бассейнах рек Урала на период до 201 С1 г. (протокол комиссии от 19.02.1992 г.); ФЦП "Обь" в границах Свердловской области (1996) в соответствии с Постановлением Правительства РФ 1127/р от 17.07.1996 г., единой информационно-справочной системы "Состояние, использование и охрана водных ресурсов бассейна р.Тобол" для поддержки принятия управленческих решений в Уральском БВУ, Нижне-Обском БВУ, Свердловском территориальном комитете по водному хозяйству. На ее основе подготовлены обосновывающие материалы для бассейнового соглашения о совместной охране и рациональном использовании вод бассейна р.Тобол (протокол НТС рабочей группы Российско-Казахстанской комиссии от 8.04.1994 г.), "Программы мероприятий по оптимальному управлению водными ресурсами в пограничных створах территорий для бассейна р.Туры на период до 2010 г." (1993), бассейнового соглашения по р.Ик между Республиками Татарстан и Башкортостан (1994).

Апробация работы и публикации. Основные положения и отдельные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Региональном совещании ВАСХНИЛ "Проблемы закрытого дренажа в Сибири и на Дальнем Востоке" (г.Тюмень, 1981), Проблемном совете по осушению, осушительным системам и проблемам мелиорации в Нечерноземной зоне РСФСР (г.Ленинград, 1983), Научно-технических советах УралНИИСХоза (г.Свердловск, 1981), Южуралгипроводхоза (г.Челябинск, 1976), Свердловскгипроводхоза (г.Свердловск, 1983,1984,1985,1986), Пермгипроводхоза (г.Пермь, 1986,1987), Удмуртского отделения Ленгипроводхоза (г.Ижевск, 1987,1988), Советско-Финлядском симпозиуме "Экологические аспекты агротехнических и мелиоративных мероприятий. Экономические аспекты взаимовыгодного сотрудничества" (г.Минск, 1990),

Всероссийской научно-технической конференции "Экосистемный подход к управлению качеством поверхностных и подземных вод, мероприятиями на водосборе' (г.Свердловск, 1991), Всероссийской научно-практической конференции 'Управление водным хозяйством России" (г.Екатеринбург, 1992, 1993), Всероссийской научно-практической конференции "Экосистемный подход к управлению водными ресурсами в бассейнах рек" (г.Екатеринбург, 1994), научно-практической конференции "Бассейновый принцип в оптимизации водопользования и водоохранных мероприятий" (г.Уфа, 1994), 2-ой Республиканской научной конференции "Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан" (г.Казань, 1995), Российско-Германском семинарах РосНИИВХ - Эрланген-Нюрнбергский университет (г.Эрланген, ФРГ, 1993, 1995), Всероссийской конференции "Бассейн реки. Эколого-водохозяйственные проблемы рационального водопользования' (г.Екатеринбург, 1996), Международном семинаре "К здоровой воде - совершенствуя управление" (г.Екатеринбург, 1996), научно-технической конференции "Водные ресурсы и устойчивое развитие экономики Беларуси" (г.Минск, 1996), Международной научно-практической конференции "Геоэкология в Урало-Каспийском регионе" (г.Уфа, 1996), 2-ом Международном конгрессе "Вода: экология и технология" (г.Москва, 1996), 3-ей Международной выставке-семинаре "Чистая вода Урала - 96" (г.Екатеринбург, 1996), Межрегиональной научно-практической конференции "Промышленные и бытовые отходы. Проблемы и решения" (г.Уфа, 1996), Всероссийской научно-практической конференции "Управление устойчивым водопользованием" (г.Москва, 1997), Выставке и научно-технической конференции "Техноген-97* (г.Екатеринбург, 1997), других областных конференциях и совещаниях, а также на ВДНХ РФ путем экспонирования научных результатов работ (г.Москва, 1992, 1993), отмеченных серебряной и золотой медалями. По результатам исследований получено 4 авторских свидетельства, опубликовано 70 печатных работ, в том числе 10 монографий и брошюр.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена в семи главах на 344 страницах машинописного текста, содержит 84 таблицы, 56 рисунков и 45 приложений. Список использованных источников включает 244 наименования. В приложении представлены сведения о внедрении и экономическом эффекте.

Автор выражает глубокую признательность коллективам отдела мелиорации земель и отдела защиты водных объектов от загрязнений с водосбора за большую помощь при выполнении настоящей работы.