Введение к работе
Актуальность. Функционирование инженерно-мелиоративных объектов сопровождается значительным влиянием на природные компоненты, что в конечном итоге приводит к изменению свойств природной среды (вторичное засоление, подтопление) и, как следствие, изменению условий хозяйствования.
С возобновлением строительства Бурлинского магистрального канала в 2002 г. и планируемой сдачей объекта к 2010 г. прогнозирование его влияния на прилегающие агроландшафты позволит землепользователям и эксплуатационным службам учитывать негативные явления и планировать необходимые наблюдения и мероприятия, предотвращающие деградацию земель в непосредственной близости от канала.
Цель исследований: прогноз влияния Бурлинского магистрального канала на прилегающие агроландшафты.
Задачи исследования:
-
Изучить природные условия в зоне влияния Бурлинской оросительно-обводнительной системы (ООС) и Бурлинского магистрального канала (МК).
-
Изучить состояние и перспективы развития гидромелиорации в зоне влияния Бурлинской ООС, проектную документацию, цели и задачи проекта.
-
Установить характер взаимодействия Бурлинского МК и прилегающих агроландшафтов.
-
Осуществить выбор математической модели взаимодействия поверхностных и грунтовых вод, разработать численное решение и программную реализацию.
-
Путем моделирования установить зоны и границы влияния канала на уровни грунтовых вод и водный режим почв прилегающих агроландшафтов, площади земель для ежегодного мониторинга.
Объект исследования: Бурлинский магистральный канал и граничащие с ним агроландшафты.
Методы исследования основываются на системном подходе. В работе комплексно используются методы аналогий, топографического дешифрирования снимков, инженерно-геологических исследований, картографического районирования, математического моделирования, прогнозного анализа, а также расчетно-аналитические методы.
Математическое моделирование, теоретические обобщения и выводы выполнены в период сотрудничества с международной кафедрой ЮНЕСКО «Экологическое образование в Сибири» при АлтГТУ во время работы в АГАУ (2004-2008 г.). Экспериментальная часть диссертационной работы выполнялась в институте «Алтайгипроводхоз» (1986 г.), в АГАУ – во время 6 экспедиций (2004, 2007 гг.).
Научная новизна исследования.
В процессе экспертной оценки установлены коэффициенты шероховатости русла канала на 01.08.2007 г. и характер эрозионных процессов, протекающих на его откосах и прилегающей территории. Составлены карты-схемы.
Предложена и численно реализована математическая модель взаимодействия поверхностных и грунтовых вод в зоне магистрального канала. Создана программа, позволяющая моделировать различные варианты эксплуатации канала и получать карты гидроизогипс территории.
В результате моделирования функционирования четырех бьефов во время первого сезона эксплуатации для проектных гидравлических характеристик канала построены карты гидроизогипс с интервалом в 1 месяц (24 карты), установлены границы влияния канала на уровни грунтовых вод (4 карты) и на водный режим почв прилегающих территорий (2 карты).
Защищаемые положения:
-
Наиболее значимыми компонентами агроландшафтов, подверженными влиянию магистрального канала в земляном русле, являются грунтовые воды и почвы прилегающих территорий. На стадии проектирования возможно упреждающее прогнозирование зон влияния канала на УГВ и водные режимы почв прилегающих агроландшафтов.
-
Прогнозируемые зоны влияния канала на уровни грунтовых вод и водные режимы почв прилегающих агроландшафтов выходят за пределы полосы отвода земель по проекту. Установленные площади, подверженные влиянию канала в первый сезон эксплуатации, потребуют ежегодного мониторинга.
-
Бурлинский магистральный канал в 1-3-м бьефах, выполненный на пропуск 36,5 м3/c, при проектном расходе 10 м3/c будет работать в режиме, приближенном к минимуму допустимых скоростей. Зарастание канала приведет к нарастанию процессов заиления русла, увеличению глубин потока и, как следствие, увеличению зон влияния канала на УГВ и водные режимы почв.
4. Развитие экзогенных процессов, вызываемых гидротехническим со
оружением, не выходит за пределы полосы отвода земель, но требует монито
ринга и эксплуатационных затрат для устранения оврагов, оползней, суффозий.
Практическая значимость. Результаты исследования следует использовать при принятии управленческих решений по планированию противофильт-рационных, противоэрозионных мероприятий в процессе строительства и эксплуатации Бурлинского магистрального канала, при планировании агротехнических и агрохимических мероприятий в зоне его влияния.
Разработанная программа позволяет оперативно моделировать эксплуатационные режимы работы канала в будущем и прогнозировать с учетом этого уровни грунтовых вод на прилегающих территориях.
Выполненное численное моделирование совместного движения поверхностных и грунтовых вод может быть использовано при прогнозах состояния системы «грунтовые воды – почва – поверхностный сток» в связи с различными природными и хозяйственными процессами (наводнение, переброска стока) и позволит учитывать влияние водопонижающих скважин в зонах речного и техногенного подтопления.
Апробация работы. Численное моделирование совместного движения поверхностных и грунтовых вод выполнялось в 2004 г. по гранту Президента
РФ для поддержки ведущих научных школ РФ (№ НШ-22.2003.5) на базе международной кафедры ЮНЕСКО «Экологическое образование в Сибири» при АлтГТУ. В 2005 г. модель вошла в сборник региональных программ, предложенных учеными Алтайского края агропромышленному комплексу.
Результаты исследования докладывались и обсуждались: на научно-практической конференции «Вузовская наука – сельскому хозяйству» (АГАУ, Барнаул, 2005); на I, II, III Международных научно-практических конференциях «Аграрная наука – сельскому хозяйству» (АГАУ, Барнаул, 2006, 2007, 2008); на V Международной российско-монгольской конференции «Природопользование и охрана ресурсов» (БПГУ, Бийск, 2006); на Международной научно-практической конференции «Идеи В.В. Докучаева и современные проблемы развития природы и общества» (Смоленск, 2006); на V Международной конференции «Математическое моделирование в образовании, науке и производстве» (Приднестровский университет, Тирасполь, 2007); на 8 Международном конгрессе ЭКВАТЭК-2008 «Вода: экология и технология» (Москва, 2008). Научный доклад по теме диссертации был заслушан на научном семинаре лаборатории гидрологии и геоинформатики ИВЭП СО РАН (Барнаул, 2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 2 статьи в журналах перечня ВАК.
Структура, объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка, приложений и изложена на 234 страницах текста. Основная часть работы изложена на 139 страницах, содержит 7 таблиц, 56 рисунков. Библиографический список на 34 страницах включает в себя 306 наименований, в том числе 7 иностранных источников. Приложения составляют 61 страницу и содержат 29 таблиц, 26 рисунков.
