Содержание к диссертации
Введение
1. Влияние осушения на водный режим территорий. методы оценки и прогноза 9-45
1.1. Влияние осушения на водный режим торфяных почв 9-21
1.2. Методы прогноза влияния осушения на уровень грунтовых вод прилегающих территорий 21-30
1.3. Влияние осушения на режим грунтовых вод прилегающих территорий 31-35
1.4. Влияние осушения на водный режим зоны аэрации смежных территорий 35-37
1.5. Водообмен грунтовых вод с зоной аэрации 37-43
2. Характеристика условий и методика проведения исследований 46-60
2.1. Характеристика объекта исследований 46-50
2.2. Методика исследований 50-57
2.3. Метеорологические условия периода исследований... 57-59
3. Условия формирования водного режима почв в зоне влияния мелиоративной системы 61-77
3.1. Схема взаимодействия водного режима болот и прилегающих территорий 61-63
3.2. Понижение уровня грунтовых вод на мелиоративной системе 63-67
3.3. Изменение испарения и микроклимата на осушенном болоте 67-72
3.4. Понижение уровня грунтовых вод на прилегающей территории 72-76
4. Влияние осушения на водный баланс зоны аэрации прилагающих земель 78-103
4.1. Водообмен грунтовых вод с зоной аэрации 78-87
4.2. Влажность почвогрунтов 88-95
4.3. Суммарное испарение 95-101
5. Оценка влияния осушения на вод1ый режим прилегающих территорий 104-133
5.1. Определение зоны влияния осушительной системы на влажность почв 104-111
5.2. Определение водообмена между грунтовыми водами и зоной аэрации 111-123
5.3. Количественная оценка изменения водного режима и продуктивности почв в зоне влияния мелиоративной системы 123-129
5.4. Общая пространственная оценка влияния осушительных систем Мещерской низменности на водный режим прилегающих территорий 129-131
6. Мероприятия по рациональному использованию ресурсов мелиорируемых и прилегащих земель и их технико-экономическое обоснование 134-152
6.1. Мероприятия по рациональному использованию и охране водных ресурсов мелиорируемых и прилегающих земель 134-141
6.2. Внедрение водоохранных мероприятий І4І-І46
6.3. Технико-экономическое обоснование І46-І5І
Выводы 153-155
Литература 156-178
Приложения 185-222
- Методы прогноза влияния осушения на уровень грунтовых вод прилегающих территорий
- Понижение уровня грунтовых вод на мелиоративной системе
- Количественная оценка изменения водного режима и продуктивности почв в зоне влияния мелиоративной системы
- Мероприятия по рациональному использованию и охране водных ресурсов мелиорируемых и прилегающих земель
Введение к работе
Одним из важнейших направлений интенсификации сельскохозяйственного производства является мелиорация земель, широкое развитие которой началось с майского (1966 г.) Пленума ЦК КПСС / І/. В текущей пятилетке за счет государственных капитальных вложений в эксплуатацию будет введено 3,7...3,9 млн. гектаров осушенных земель, предусмотрено "увеличить мощности систем оборотного и повторного использования вод..." /2/. Мелиорируемые земли занимают около 11% площади пашни и насаждений и дают более трети продукции растениеводства; дальнейшее повышение эффективности их использования является непременным условием успешной реализации Продовольственной программы СССР /3/.
В документах партии и правительства особая роль отводится рациональному использованию и охране природных ресурсов во всех отраслях народного хозяйства, в том числе и в мелиорации и сельском хозяйстве, являющихся одними из главных землепользователей и потребителей водных ресурсов. "В интересах настоящего и будущих поколений в СССР принимаются необходимые меры для охраны и научно обоснованного, рационального использования земли и ее недр, водных ресурсов, растительности и животного мира, для сохранения в чистоте воздуха и воды, обеспечения воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей человека среды? /4/.
Долговременной программой мелиорации земель, принятой на октябрьском (1984 г.) Пленуме ЦК КПСС /5/, предусматривается довести площади осушаемых земель до 19...21 млн. гектаров. В ней подчеркивается, что дальнейшее развитие мелиорации должно иметь более глубокое научное обоснование, учитывать интересы охраны окружающей среды и рационального использования водных ресурсов.
Актуальность темы. В условиях отмеченного широкого развития мелиорации земель и повышения требований к рациональному использованию и охране ресурсов природоохранные мероприятия при мелиорации земель не имеют пока достаточного научного обоснования. В проектах регионального уровня /б/ предусматривается ряд мероприятий для мелиорируемых земель и водоприемников, создание заповедников и заказников. В технических проектах основными мероприятиями являются зашита торфяников от пожаров и двустороннее регулирование влажности почв, иногда осуществляется прогноз гидрохимического режима. Вместе с тем при осушении возможны негативные последствия не только на самих системах (переосушка и сработка торфа, изменение водно-физических свойств грунтов, вторичное заболачивание) и водоприемниках (изменение гидрологического режима, загрязнение дренажными водами), но и на прилегающих территориях (понижение уровня грунтовых вод, изменение увлажненности и продуктивности). Это требует, как отмечал академик С.Ш.Аверьянов, изучения "проблемы влияния осушения на свойства осушаемых земель и водный баланс прилегающих территорий, что позволит более обоснованно определять параметры осушительных систем и прогнозировать возможные изменения гидрологических показателей земель". /7/. Особую актуальность эта проблема имеет для Мещерской низменности, характеризующейся неглубоким залеганием грунтовых вод. Необходимость комплексных воднобалансовых исследований на осушаемых и прилегающих к ним землях подчеркивается в работах видных советских гидрологов /8, 9, 10/.
Для более глубокого обоснования режимов осушения недостаточно пока опытных данных по изменению водного баланса почв в зоне влияния осушительных систем. Отсутствует методическое обоснование и разработка способов оценки размеров зоны влияния осушительных систем на влажность почв прилегающих территорий и способов количественной оценки изменения увлажненности, которая прямо влияет на экологическую обстановку. Недостаточно исследованы и условия формирования водного режима зоны аэрации на прилегающих к системам землях.
Цель и задачи исследований. Целью исследований является изучение влияния осушения на водный режим почв прилегающих территорий и разработка способов его оценки.
Задачи исследований:
- изучить характеристики водного режима осушаемых болот, обуславливающие изменение водного режима прилегающих территорий;
- изучить полный водный баланс зоны аэрации в годы различной обеспеченности осадков и определить понижение уровня грунтовых вод в зоне действия осушительной системы;
- разработать методику и способы оценки дальности и степени влияния осушительных систем на влажность почв прилегающих территорий;
- разработать мероприятия по рациональному использованию и охране водных ресурсов мелиорируемых и прилегающих земель.
Научная новизна. Разработана схема взаимодействия водного режима болот и прилегающих территорий и принципиальная схема мелио-ративно-гидрологической типизации прилегающих земель;
предложен способ определения зоны изменения увлажненности прилегающих территорий под влиянием осушительной системы, что позволяет определять площади возможного изменения продуктивности почв;
дана количественная оценка изменения суммарного испарения, влажности почв и водообмена грунтовых вод с почвой в зоне влияния осушительной системы;
разработана расчетная зависимость для определения водообмена
-между грунтовыми водами и зоной аэрации, определены параметры в формулах С.Ф.Аверьянова, С.И.Харченко и Б.С.Маслова для расчета подпитывания почвы от грунтовых вод.
Практическая ценность. Результаты исследований направлены на совершенствование методов расчета осушительных систем и оценки их влияния на водный режим и продуктивность прилегающих территорий. Производству рекомендованы способ расчета влияния осушительных систем на водный режим почв прилегающих земель, мероприятия по охране и рациональному использованию поверхностных и грунтовых вод болот и прилегающих территорий, состав водоохранного комплекса для осушительных и осушительно-увлажнительных систем. Получены биоклиматические коэффициенты многолетних трав на легких минеральных почвах и расчетные зависимости для определения водообмена, что позволяет вести расчет водного баланса и назначать мероприятия по регулированию водного режима почв.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований вошли на всех этапах в отчеты по заданию 05.06 проблемы 0.52.02 "Изучить влияние крупных мелиоративных систем на водный режим и плодородие почвы и разработать руководство по предотвращению отрицательных последствий мелиорации", которые использованы при составлении "Руководства по разработке раздела "Охрана природы" в составе проекта мелиорации земель " (ВТР-П-2.3-80). Некоторые положения диссертации вошли в научно-технический отчет по теме 02.06. проблемы 0.05 "Разработать материалы в региональное руководство по проектированию осушительных и осушительно-увлажнительных систем для Центрального района". Основные результаты работы внедрены в проект реконструкции системы № 6 объекта "Пра" площадью 188 га и на мелиоративной системе "Макеевский мыс" совхоза "Макеевский" Клепиковского района Рязанской области в 1983 и 1984 гг. на площади I тыс.га с экономическим эффектом 37 тыс.руб.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на секции осушения Ученого Совета ВНИИГиМ (I979...I98I гг.), на конференциях Рязанского СХИ (1980, 1982, 1983 гг.), на Всесоюзном совещании "Комплексное изучение и рациональное использование природных ресурсов" (Калинин, 3-5 сентября 1980 г.), на У Всесоюзной конференции "Проблемы мелиоративной географии" (Пермь, ноябрь, 1983 г.), на У Всесоюзном совещании по мелиоративной гидрогеологии, инженерной геологии и мелиоративному почвоведению (г.Новая Каховка, 18-21 сентября 1984 г.). Доложенные материалы обсуждены, одобрены и рекомендованы к опубликованию.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 10 научных трудах.
На защиту выносятся основные положения:
- способы оценки дальности и степени влияния осушительных систем на водный режим зоны аэрации прилегающих территорий;
- предотвращающие, ограничивающие и компенсирующие водоохранные мероприятия для подзон и поясов влияния осушительных систем;
- расчетная зависимость водообмена от глубины залегания грунтовых вод, аккумулирующей емкости зоны аэрации, суммарного испарения и осадков;
- схема взаимодействия водного режима осушаемых болот и прилегающих территорий с экспериментальной оценкой понижения уровня грунтовых вод и изменения водного баланса почв в зоне влияния осушительной системы.
Методы прогноза влияния осушения на уровень грунтовых вод прилегающих территорий
Взаимосвязь в комплексе естественных и искусственных факторов, обуславливающих водный режим болот и его изменение под действием осушения, имеет сложный характер. Осушение болотных гидро-морфных почв направлено на отвод избыточной влаги. В условиях низинных болот Мещерской низменности, при типах водного питания грунтовом и грунтово-напорном,это осуществляется методом понижения уровня грунтовых вод и пьезометрических уровней. С глубиной грунтовых вод, при близком их залегании от поверхности земли, что имеет место на осушительных системах, тесно связаны все другие элементы водного баланса зоны аэрации: водообмен этой зоны с грунтовыми водами, влажность почвогрунтов, суммарное испарение.
Изучению водного режима неосушенных болот посвящены работы видных советских гидрологов /II, 12, 13 и др./, расчет элементов водного баланса изложен в работах /14, 15/. Основы расчета водного режима осушенных болот заложены в трудах классиков мелиоративной науки А.Н.Костякова, С.Ф.Аверьянова и др. /16, 17, 18, 19/, дальнейшее развитие и детализация в условиях Белорусского Полесья и Мещерской низменности дается в работах /20, 21, 22, 23, 24/.
В расчетные периоды (предпосевной, летне-осенних паводков и др.) с расчетной обеспеченностью изменение уровня грунтовых вод заранее известно и определяется параметрами осушительной сети. В другие (более продолжительные) периоды и годы с условиями, отличными от расчетных, фактический водный режим будет иным и в большей мере определяться сочетанием гидрогеологических, гидрологических, метеорологических и др. факторов. Кроме того, осушение активной зоны влагооборота, включающей значительную часть или всю толщу торфяной залежи, нарушает стабилизацию ее водно-физических свойств, изменяет механизм и пути передвижения воды /12, 25, 26/. Изменение таких почвенно-гидрологических констант, как водопроницаемость, водоотдача, полная влагоемкость, в свою очередь влияет на водный режим и вызывает несоответствие его расчетных и фактических характеристик. Поэтому наряду с разработкой методов расчета и прогноза изменения водного режима болот под влиянием осушения важное значение на данном этапе имеет исследование водных, режимов осушенных болот и оценка изменения их параметров в натурных условиях.
Режим уровня болотных вод зависит от многих факторов, основными из которых являются атмосферные осадки, суммарное испарение и сток в деятельном горизонте болота. Амплитуда колебаний уровня лежит в диапазоне от 15 до 75 см /II, 27/. На неосушенных низинных болотах Мещерской низменности грунтовые воды располагаются большей частью у поверхности и только в меженный период опускаются на глубину 30...40 см и в редких случаях до 60...70 см от поверхности /21, 28/. В режиме уровня выделяются следующие характерные периоды: весенний максимум, который обычно совпадает с максимальной интенсивностью снеготаяния; пониженный летний, вызываемый увеличением испарения с поверхности болота; осеннее повышение, связанное с уменьшением испарения и увеличением осадков, и зимний минимум. Эти же периоды выделяются и в режиме уровня грунтовых вод осушительных систем. Наибольший интерес с точки зрения сельского хозяйства представляют три первых периода, в течение которых происходит полный цикл сельскохозяйственных работ от посева до уборки.
По степени влияния осушения на уровень грунтовых вод выделяется два периода /18, 28, 29/: первый - неустановившейся фильтрации, наблюдается в первые два-три года после строительства системы, когда происходит общее существенное понижение уровня; второй -установившийся режим, колебания уровня происходят под действием регулирующей сети и метеорологических факторов на более низком уровне» чем до осушения.
Анализ наблюдений на болоте "Кальское", выполненных А.А.Испо-линовым (Сводный научный отчет Мещерской ЗОМС за 1956...1962 гг. по теме: "Исследование и внедрение методов мелиорации земель Мещерской низменности". T.I, чЛ, 1963 г.) показывает, что на второй год после осушения произошло устойчивое понижение уровня, которое в меженный период составило в среднем 0,6...0,8 м при расстоянии между глубокими каналами 470 м и 1,0...1,2 м при расстоянии 300 м. По этим же материалам,на болоте "Ятово" устойчивое понижение уровня грунтовых вод произошло через два года после осушения. Влияние параметров дренажа на глубину залегания грунтовых вод довольно четкое: при глубине каналов 1,5...1,8 м она составила в июне-октябре в среднем за 5 лет 0,87; 0,82 и 0,65 м при расстояниях между каналами соответственно 250, 400 и 550 м. При одинаковом расстоянии между каналами (200 м) мелкая регулирующая сеть (1...1,2 м) на объекте "Щетинино" обеспечила в среднесухой вегетационный период глубину залегания грунтовых вод 0,6...0,8 м, глубокая (1,6...1,8 м) - 0,85...1,12 м во влажный и 1,25...1,49 м в сухой (Сводный научный отчет Мещерской ЗОМС за 1956...1962 гг. по теме: "Исследование и внедрение методов мелиорации земель Мещерской низменности". T.I, ч.З, 1963 г.). Погуляева Л.П. /29/ указывает, что после осушения Лунинского массива (бассейн р.Бобрик) наивысшие уровни весеннего периода стали ниже средних многолетних до осушения на 0,1...0,2 м. Относительное влияние осушения (при вычете уровней на естественном массиве) составляет 0,3...0,4 м, в вегетационный период понижение составляет 0,4...0,8 м. Несколько большее снижение уровня на болоте "Олех" (пойма р.Белой, Мещерская низменность) в вегетационный период (0,8...1,10 м) приводит В.К.Седова /30/. По материалам многочисленных исследований в Белорусском и Украинском Полесье, Мещерской низменности В.Ф.Шебеко /27/ предлагает для осушенных болот следующий режим уровня грунтовых вод (табл.1.1).
Из приведенных данных видно, что наибольшее снижение уровня грунтовых вод под действием осушительной системы происходит в летне-осенний период, поэтому этот период должен быть принят за расчетный для оценки изменения других характеристик водного режима и элементов водного баланса на осушительных и осушительно-увлажни-тельных системах, а также при оценке их влияния на водный режим прилегающих территорий.
Понижение уровня грунтовых вод на мелиоративной системе
Очевидно, что понижение уровня на системе при одинаковых прочих условиях будет зависить от ее конструктивных особенностей, таких как наличие ограждающих каналов, регулирование водоприемников. Наибольшее влияние на водный режим прилегающих земель оказывают осушительные системы для торфодобычи (д Но as 3...5 м), наименьшее -лесоосушительные (дНо = 0,2...0,4 м), что отмечено в /104/. Имеет место и географическая зональность влияния осушения на грунтовые воды смежных территорий, связанная с уменьшением норм осушения с северо-запада на юго-восток /101/. С понижением уровня грунтовых вод на прилегающих к мелиоративной системе территориях увеличивается мощность и уменьшается влажность почвогрунтов зоны аэрации.
Немногочисленные пока экспериментальные исследования этого вопроса показывают, что водообмен грунтовых вод с зоной аэрации за гидрологический год существенно не изменяется /31, 103, 105/, однако происходят изменения в структуре вертикального водообмена. С понижением уровня уменьшается инфильтрация и испарение грунтовых вод, что, естественно, не отражается на величине суммарного годового водообмена.
Исследования по изменению влажности почв на прилегающих территориях, проводившиеся в условиях Припятского Полесья /38, 106/, позволили выделить в зоне аэрации три пояса влажности: верхний, или пояс почвенной влажности, мощностью около I м, который характеризуется неустойчивым режимом влажности, изменяющимся главным образом под действием метеорологических условий; средний, или пояс устойчивой влажности - от глубины І м до верха капиллярной каймы; нижний, или пояс капиллярной влажности - в пределах капиллярной каймы. Отмечается, что восходящее движение влаги от грунтовых вод к поверхности земли происходит в периоды спада уровня, а в периоды его подъема, наоборот, влага движется сверху вниз. Дается количественная характеристика влагосодержання по поясам и во всей зоне аэрации. Вместе с тем исследователям не удалось выявить количественных характеристик изменения влажности почв под действием осушения и было сделано заключение, что режим влажности и его формирование в основном обусловлены изменением метеорологических факторов (осадки, температура воздуха и почвы).
Экспериментальных исследований по оценке изменения суммарного испарения на прилегающих землях под действием осушения в изучаемом регионе не проводилось. В.Ф.Шебеко и др. /44/ отмечают, что в пределах смежных с болотами территорий изменение испарения не связано с изменением растительной ассоциации и определяется в основном понижением влажности почвы. На большей части зоны влияния максимальное влагосодержание в слоях активного влагооборота не превышает наименьшей влагоемкости и делается заключение, что снижение уровня грунтовых вод под действием осушительной сети не повлияет на величину суммарного испарения. Необходимо подчеркнуть, что это будет справедливо для той части смежных территорий в зоне влияния, где уровень грунтовых вод до осушения залегал на достаточно большой глубине, при которой отсутствует связь между почвенными и грунтовыми водами.
Исследования по изменению увлажненности прилегающих территорий под действием осушения находятся на пути становления, так как отсутствует достаточно надежная методика оценки этих изменений как при проведении исследований, так и при проектировании мелиоративных систем, малочисленны и экспериментальные данные.
Для условий Белорусского Полесья приводятся данные /103/ об ухудшении водного режима в годы 50$ обеспеченности по осадкам на площади около 300 тыс.га при осушении 2,5 млн.га. К сожалению, в работе не указывается методика получения этих цифр. Ухудшение водного режима можно расценивать только как ухудшение условий влагообес-печенности, следовательно, и уменьшение влажности почв на смежных с болотами территориях, что не совсем согласуется с данными /44/, приведенными ниже.
Известно /31, 94/t что первопричинным фактором,под действием которого происходят все дальнейшие изменения в водном режиме прилегающих к мелиоративным системам территорий, является понижение уровня грунтовых вод. Если идти дальше и решать, как это повлияет на водный режим и баланс зоны аэрации, то нужно прежде всего определить, как и на сколько изменится водообмен грунтовых вод с зоной аэрации. В дальнейшем будет показано, что это второй важнейший фактор после уровня грунтовых вод, изменением которого будет определяться влияние осушения на водный режим зоны аэрации прилегающих земель.
Вертикальный водообмен на границе поверхность грунтовых вод -зона аэрации определяется рядом факторов, таких как мощность зоны аэрации и водно-физические характеристики слагающих ее грунтов, их влажность, водообмен в системе почва-растение-атмосфера и др. Теория влагопереноса в зоне аэрации разрабатывалась советскими и зарубежными учеными /107...112/ и основана на применении закона Дар-си для ненасыщенных пористых сред и закона сохранения материи.
Простейшей математической моделью, описывающей одномерное изотермическое передвижение влаги в зоне аэрации под действием гравитационных и капиллярных сил, является нелинейное дифференциальное уравнение в частных производных /107, ИЗ, 114/:
В уравнении (1.29) не учитывается отбор влаги корнями растений. Уравнение неустановившегося вертикального передвижения влаги с учетом работы корневой системы со схематизацией ее по глубине в зависимости от влажности почвы приведено в работе /19/.
Решения уравнения (1.29) получены при различных упрощениях, например, для почвы без растительности и установившегося режима влагопереноса, т.е. при постоянном уровне и неизменном водообмене на верхней границе зоны аэрации /118/. Для реальных натурных условий с изменяющимся уровнем грунтовых вод и интенсивности водопот-ребления растений в течение вегетационного периода аналитические решения отсутствуют и можно получить лишь приближенные результаты численными методами с применением ЭВМ. Учитывая сложность экспериментального определения параметров в (1.29), широкое применение этого метода в практике воднобалансовых расчетов пока затруднительно.
Количественная оценка изменения водного режима и продуктивности почв в зоне влияния мелиоративной системы
Изменение влажности почвогрунтов в зоне аэрации прилегающих территорий под действием осушительной системы можно рассматривать, что было показано выше, как результат уменьшения ее в зоне капиллярной каймы и верхней части зоны полного насыщения (размер последней д Н) и уменьшения притока влаги от грунтовых вод. 1ак как причиной изменения является понижение уровня грунтовых вод, то для экспериментальной оценки принципиально могут быть использованы данные режимных наблюдений за влажностью почвогрунтов зоны аэрации на участках с различной глубиной грунтовых вод при идентичности их режима. Б данном случае использованы наблюдения на двух участках, удаленных примерно на одинаковое расстояние от края осушенной (скв.Об) и неосушенной (скв.57) части болотного массива, первый из которых находится в зоне влияния осушительной системы; наблюдения на двух воднобалансовых площадках ВП и ВШ с одинаковым режимом, но различной (большей на ВШ) глубиной грунтовых вод; наблюдения за влажностью почвогрунтов монолитов лизиметров при глубинах воды в них 0,5, 1,0 и 1,5 м.
Влагозапаеы 0,5-метрового слоя почвы в мае-июле на участке с естественным режимом грунтовых вод были выше, чем на участке в зоне влияния осушительной системы, на 24...68 мм, или 18...40 (табл.4.9). При этом грунтовые воды на участке, прилегающем к осушительной системе, были глубже на 10...30 см.
Наблюдения за влажностью почв на воднобалансовых площадках выполнены в экстремальные по увлажненности периоды 1979 и 1980 гг. (прилож.20...21). Анализируя данные этих наблюдений, следует отметить, что уменьшение влажности почвогрунтов зоны аэрации больше в засушливый летний период (17$), чем во влажный (1355), как и понижение грунтовых вод, равное 0,25 и 0,15 м. Сравнивая средний и влажный вегетационные периоды, можно отметить аналогичное изменение влажности. При понижении грунтовых вод в первом случае на 0,28 м влажность в зоне аэрации уменьшилась на 18$, а во втором случае, при понижении уровня грунтовых вод на 0,15 м, влажность уменьшилась на 1256 (табл.4.10).
Уменьшение влажности в верхних слоях зоны аэрации в засушливый летний период меньше, чем во влажный, и составляет 4 и 15$ в засушливый против 27 и 23$ во влажный период соответственно в слое 0,3 и 0,5 м. Для вегетационных периодов эта тенденция прослеживается только для слоя 0,3 м. Это объясняется тем, что, хотя понижение уровня грунтовых вод в засушливый период больше, чем во влажный, глубина их залегания в первом случае значительно больше, и поэтому связь между грунтовыми и почвенными водами верхних слоев зоны аэрации значительно слабее; влажность верхних слоев почвы в большей мере в этом случае определяется метеорологическими факторами, чем притоком влаги от грунтовых вод.
Контроль влагозапасов в монолитах лизиметров проводился в течение четырех лет (прилож.22...25), увлажненность летних периодов которых изменялась от 8 до 90$ обеспеченности осадков, а вегетационных от 9 до 76%, что позволяет дать осредненные характеристики влажности почв в зоне аэрации при глубинах грунтовых вод от 0,5 до 1,5 м для влажных и засушливых периодов и на их основе установить закономерности изменения влажности почвы при понижении грунтовых вод в различных метеорологических условиях (табл.4.II).
Во-первых, необходимо отметить известную закономерность уменьшения влажности почвы при понижении грунтовых вод, что имеет место как в засушливые, так и влажные периоды. Подчеркнем также некоторые особенности, имеющие значение для решаемой задачи. При понижении грунтовых вод от 0,5 до I м влажность верхних слоев почвы уменьшается примерно одинаково - на 10...11% от объема почвы и в засушливые и во влажные периоды. При понижении же уровня от I до 1,5 м уменьшение влажности в 0,3 и 0,5-метровых слоях почвы больше во влажный период, чем в засушливый. Это объясняется тем, что высота активного капиллярного поднятия для рассматриваемых легких почв равна 0,3...0,5 м и при глубине грунтовых вод 0,5 м влажность в верхних слоях почвы близка к капиллярной влажности как в засушливые, так и во влажные периоды, т.е. влажность больше определяется водообменом с грунтовыми водами, чем выпадающими атмосферными осадками, большая часть которых в этом случае идет на пополнение грунтовых вод. При большей глубине залегания грунтовых вод связь их с почвенными водами ослабевает и влажность верхних слоев почвы в большей мере зависит от осадков, которые в этом случае используются эффективнее, так как значительно большая часть их аккумулируется зоной аэрации.
Если рассматривать прилегающие к мелиоративной системе земли, то они в основном большинстве своем характеризуются глубиной грунтовых вод большей I м. Следовательно, уменьшение влажности почв прилегающих территорий под действием осушения будет больше во влажные годы, чем в засушливые, однако влияние осушения на условия влагообеспеченности будет больше в засушливые годы, так как абсолютные значения влажности в этом случае меньше. Поясним это. Понижение влажности почвы, например, от наименьшей влагоемкости на 5...6 объема (примерно до нижней границы оптимальной влажности) практически не скажется на условиях влагообеспеченности растений, в то время как уменьшение влажности от нижнего оптимального значения даже на 1...2% значительно ухудшает условия водного режима для растений.
Мероприятия по рациональному использованию и охране водных ресурсов мелиорируемых и прилегающих земель
Нарастание значений ДТО при увеличении А Н имеет затухающий характер - резкое нарастание вначале, уменьшающееся при приближении Н к глубине, равной критической (1,8...2 м), и Afc)- const при дЦ- оо (см.рис.4.1 а). Нарастание Дів) для верхних слоев почвы в пределах отН = 0доН = 1,5м имеет почти прямолинейный характер (см.рис.4.1 б), но, очевидно, резко уменьшится при понижении Н до 1,8...2 м, так как приток влаги от грунтовых вод в этом случае прекратится и влажность не будет практически зависить от глубины грунтовых вод. В обоих случаях абсолютное уменьшение влажности ДТа) больше в засушливые периоды, хотя скорость уменьшения влажности,начиная с глубины 0,5 м,примерно одинакова.
Из анализа полученных опытных данных следует, что в общем случае зависимость уменьшения влажности почвогрунтов зоны аэрации от понижения грунтовых вод, начинающегося от поверхности, может быть описана экспоненциальной зависимостью вида:
Выбор для конкретных типов грунтов и растительности определяется метеорологическими условиями. Для засушливых периодов значение ее близко к максимальной молекулярной влагоемкости, для влажных находится между последней и наименьшей влагоемкостью. Для практического использования зависимости (4.1) необходима постановка дополнительных наблюдений или же привлечение данных наблюдений над влажностью почвы на метеостанциях и агрометеопостах при глубине грунтовых вод более 2...3 м.
Примем значение Та)х равным максимальной молекулярной влагоем-кости ( &)м), среднее значение которой изменяется от 13$ об. для слоя 0...0,5 м до 9$ об. для слоя 0...1,5 м, тогда для расчетного периода будем иметь:
В вопросе изменения водного режима прилегающих территорий под действием осушения болот важное место занимает суммарное испарение, которое является одним из основных расходных элементов водного баланса зоны аэрации, и установление количественных показателей его изменения в зоне влияния мелиоративных систем представляет как научный, так и практический интерес.
После осушения болот использование прилегающих минеральных земель, как показывает практика, может оставаться прежним или изменяться. В данном случае прилегающие к осушенной части болотного массива земли были перезалужены многолетними травами. Для экспериментальной оценки изменения суммарного испарения использованы данные режимных наблюдений (1977...1980 гг.) на двух испарительных площадках, расположенных на осушенной и неосушенной части водосбора и режимных наблюдений (1979...1982 гг.) в лизиметрах с многолетними травами и уровнями грунтовых вод 0,5, 1,0 и 1,5 м.
Изменение суммарного испарения определяется следующими основными причинами: - понижением под действием осушительной системы уровня грунтовых вод и, как следствие, уменьшением влажности почв в зоне аэрации и притока влаги к испаряющей поверхности; - возможным изменением растительного покрова и, следовательно, разной транспириругощей способностью; - изменением микроклимата прилегающих территорий и возможно теплового и радиационного баланса деятельной поверхности. Данные по испарению с осушенной и неосушенной части водосбора позволяют определить изменение суммарного испарения как результат совместного влияния всех трех факторов. Оценка водного режима в местах отбора монолитов испарителей производилась по глубине залегания грунтовых вод и влажности почвы в 0,5-метровом слое. Средний за вегетационный период уровень грунтовых вод на осушенной части залегал глубже на 10...30 см, чем на неосушенной, за исключением 1979 г., когда глубина грунтовых вод была примерно одинаковой вследствие шлюзования проводящих каналов в устье осушительной системы. Влажность почвы была выше на неосушенной части водосбора (см. табл.4.9). Сезонный ход суммарного испарения на обоих ландшафтах сходный, что обуславливается одинаковым характером сельскохозяйственного использования этих земель (лугопастбищное с одним укосом и последующим выпасом). Максимальные значения суммарного испарения отмечаются обычно в мае-июне в периоды активного прироста биомассы и составляют 93...125 мм в естественных условиях и 86...123 мм в зоне влияния мелиоративной системы. Максимальные декадные суммы испарения соответственно равны 35...45 мм и 37...60 мм. Уменьшение сезонного испарения под действием осушения составило по годам исследований 40, 39, 7 и 40 мм (прилож.26.,.29).
Для удобства сравнительной оценки в табл.4.12 приведены отношения декадных, месячных и сезонных величин испарения в зоне влияния осушительной системы (Ео) к суммарному испарению в условиях естественного водного режима (Ен). Как видно из таблицы, под действием осушения происходит уменьшение сезонного суммарного испарения с прилегающих территорий на II...14$, за исключением 1979 г., когда условия эксперимента были нарушены. Наибольшее уменьшение суммарного испарения (17...38%) происходит в июне-июле. Соотношение декадных величин варьирует в довольно широком диапазоне от 0,24 до 1,45.
Анализ средних за четырехлетний период данных (табл.4.13) показывает также, что наибольшее уменьшение испарения происходит в летний период и составляет 14%, для вегетационного периода уменьшение равно 9%, уменьшение месячных значений летнего периода -12...16%. В начале и конце вегетации испарение практически не изменяется - Ео/Ен = 1,02...1,03, что закономерно, так как влагоза-пасы в почве весной и осенью достаточно велики, а биологическая активность трав невысокая, поэтому приток влаги от грунтовых вод не оказывает значительного влияния на влагообеспеченность.
