9.7. Устойчивость болотных и болотно-озерных систем при преобразовании и освоении территорий

В предыдущих разделах были кратко освещены вероятные послед­ствия при тех или других воздействиях на гидрологический режим осваи­ваемых территорий. Часть из них являются крайне неблагоприятными для состояния территории в расчете на долговременную перспективу, и, следовательно, все воздействия, которые чреваты такими последствиями, должны находиться под особым учетом и проводиться в таких масшта­бах, которые не могли бы приводить к необратимым неблагоприятным изменениям природной среды в целом.

Поскольку основным господствующим компонентом ландшафтов За- падно-Сибирской равнины являются болотные системы, во многом опре­деляющие все гидрологические и физико-географические процессы на

.322

них, очень важно иметь возможность расчета предельных состояний этих систем и оценки допустимых масштабов воздействия, за пределами кото­рых могут возникать уже необратимые процессы распада систем и изме­нения физического состояния территорий.

В одних случаях такие распады и деградации болотно-озерных систем могут быть благоприятными для улучшения состояния природной среды, в других — они могут оказаться крайне неблагоприятными и опасными для охраны водных ресурсов и для предупреждения необратимых процес­сов в ухудшении физико-географической среды. К числу последних сле­дует, например, отнести указанную выше потенциальную возможность изменения теплового режима северных территорий при массовом осуше­нии болотно-озерных систем (например, в Сургутском Полесье) и реаль­ную опасность возникновения прогрессирующего процесса образования многолетней мерзлоты на территориях с отрицательными среднегодовыми температурами.

Проблема устойчивости болотно-озерных и болотных систем начала исследоваться только в последнее время. Впервые она рассмотрена в работах К- Е. Иванова [90, 92], в которых изложены принципиальные вопросы устойчивости болотных систем и выводы воднобалансовых, био­физического и механического критериев устойчивости их. Воднобалансо- вые критерии для болотно-озерных и болотных систем и для внутрибо­лотных озер определяются нижеследующими выражениями.

Для болотно-озерных и болотных систем в целом воднобалансовый эитерий имеет вид

1м "Роз®2

<7макс

< ^ ⁺ ^

<7МШ!

(9.2)

где 02м— суммарная площадь всех болотных микроландшафтов в болот­ной системе, со* — суммарная площадь всех озер в системе, р_{м мин} и Рм макс — минимальные и максимальные приведенные значения внутрен­него питания болотных микроландшафтов, р₀₃ — среднее многолетнее значение внутреннего питания озер, <7мак_С и д_Мип ■— средние многолетние значения максимальной и минимальной проточности болотных микро­ландшафтов, IV,— длина спроектированного контура стекания внутренне­го дренирования системы, I п.— то же внешнего дренирования системы, со —■ площадь всей болотно-озерной или болотной системы, причем со = = со!„ + = 1.

Для внутриболотных озер соответствующий критерий, определяющий устойчивый размер внутриболотного озера и соответствующую группу прилегающих болотных микроландшафтов, выражается соотношением

к— <?ш к (9.3)

со =

Р оз>

где со — устойчивый размер площади акватории озера, д_П2 — приведенная средняя проточность микроландшафтов по контуру стекания из озера, <7п1 — то же по контуру втекания в озеро, /₂ и 1\ — длины спроектирован­ных контуров стекания и втекания соответственно, р₀з — среднее много­летнее значение внутреннего питания озера.

По зависимости (9.2) в работах [90, 92] на основе использования ме­теорологических данных по центральной части Западно-Сибирской рав­нины и сведений о водно-физических свойствах деятельного слоя болот были определены для различных широт диапазоны возможного воздей­

11

323

ствия на водный режим болотных систем путем изменения их морфологи­ческого коэффициента дренирования, в пределах которых болотно-озер- ные и болотные системы могут адаптироваться и не распадаться от пере­осушения или переобводнения, переходя при этом в другие природные образования.

а>

С

	3\5\	ОчЯ х\ т
/ 2 О	..41°	^ь /у из -О Лцз	ч \

.7,3 г

0,6

/ О
	// о
		X.0.22
	\0,13 ">	к Вт^Ч: \ ^		V \\о\ю	\2

65^иС.ш.

63

61

59

57

55"

Рис. 9.1. Графики связи предельных значений морфоло­гических коэффициентов внешнего и внутреннего дрени­рования болотных и болотно-озерных систем с широтой местности по меридиану 66° в. д. (внизу—нижняя часть графика в увеличенном вертикальном масштабе).

На рис. 9.1—9.5 представлены графики зависимости предельных зна­чений морфологических коэффициентов внешнего и внутреннего дрени­рования болотных и болотно-озерных систем ^ от широты местнос-

со

•ги по различным меридианам. По оси ординат отложены значения отно­шений суммы спроектированных контуров внутреннего и внешнего дренирования болотных систем к площади болотных систем, по оси аб­сцисс —■ широта местности, где располагается эпицентр системы.

.324

Кривая 1 на рис. 9.1—9.5, соответствующая изменению по широте мак­симальных значений коэффициента питания болотных микроландшафтов

а = _^Ры .ограничивает область устойчивых состояний болотных сис-

"МЭКС л

Чи ин

тем с отсутствием озер по отношению к их распаду от переосушения и от нарушения положительного баланса среднегодового прироста раститель-

* Рис. 9.2. Графики связи предельных значений морфоло­

гических коэффициентов внешнего и внутреннего дре­нирования болотных и болотно-озерных систем с широ­той местности по меридиану 72° в. д. (внизу — нижняя часть графика в увеличенном вертикальном масштабе).

ной массы и количества разлагающегося органического материала. Пре­вышение значений ^ ^ величин, определяемых этой кривой, дол­ез

жно иметь следствием появление отрицательного баланса органической массы и деградацию торфяной залежи: уменьшение ее толщины и по­степенный распад болотной системы.

Кривая 2 на этих же рисунках, соответствующая изменению по широ-

Ри

те минимальных значений коэффициента питания а, = = , ОГраНИЧИ-

'/макс

вает область устойчивых состояний систем без озер по отношению к их

32Б

распаду от переувлажнения, при котором растительные сообщества те­ряют биологическую и механическую устойчивость, уменьшается еже­годный прирост биомассы и развиваются эрозионные явления в болотной системе [86].

При этом, однако, процесс деградации болотной растительности на нижней границе значений а_я, т. е. от переувлажнения, происходит посред-

Рис. 9.3. Графики связи предельных значений морфологических коэффициентов внешнего и внутреннего дренирования болотных и болотно- озерных систем с широтой местности по мери­диану 75° в. д. (внизу—нижняя часть графика в увеличенном вертикальном масштабе).

ством естественного последовательного преобразования болотных систем без озер в болотно-озерные системы с различным и последовательно уве­личивающимся отношением открытой водной поверхности к площади

болотных микроландшафтов, ——. Увеличение в системе открытой водной

поверхности, сопровождающееся одновременным развитием внутреннего контура дренирования I^ и некоторым уменьшением питания системы, идет одновременно с процессом уменьшения обводненности микроланд­шафтов, локализацией и объединением малых участков, занятых сфагно- во-кустарнич'ково-сосновыми группировками (например, гряд в грядо- во-мочажинных микроландшафтах), в более крупные по площади участки.

.326

Это в свою очередь снижает значения приведенной проточности ^ и повышает коэффициент питания а₈. Таким образом, возрастание суммар­ной площади открытой водной поверхности в озерно-болотных системах повышает их устойчивость, что на рис. 9.1—9.5 выражается в перемеще­нии положения кривых внутрь области устойчивых состояний (кривые

4, 6, 8, 10) и удалении от нижней кривой а^_мин = ( ^

Рис. 9.4. Графики связи предельных значений мор­фологических коэффициентов внешнего и внутрен­него дренирования болотных и болотно-озерных систем с широтой местности по меридиану 78° в. д. (внизу — нижняя часть графика в увели­ченном вертикальном масштабе).

Аналогично увеличение площади озер в системе уменьшает её устой­чивость по отношению к распаду от переосушения, что выражается в смещении верхней огибающей (кривая 1) области устойчивых состояний вниз (кривые 3, 5, 7, 9 на рис. 9.1—9.5). Нетрудно также видеть, что обла­сти устойчивых состояний систем и широта, соответствующая их макси­мальной устойчивости, изменяются с изменением меридионального поло­жения систем.

Рассмотрим теперь расположение на рис. 9.1—9.5 значений гидромор­фологического коэффициента —, относящихся к конкретным озерно-бо-

лотным системам Западно-Сибирской равнины (исключая зону вечной мерзлоты). В табл. 9.4 приведены результаты вычисления полного морфо-

I

логического коэффициента естественного дренирования систем =—^—

.327

внутреннего дренирования-^-и внешнего-^- для озерно-болотных систем

некоторых речных бассейнов. Подсчет значений морфологических коэф­фициентов был произведен на основе сплошного дешифрирования аэро­фотосъемки болотно-озерных систем на территориях, размеры которых указаны в табл. 9.4.

Рис. 9.5. Графики связи предельных значений морфоло­гических коэффициентов внешнего и внутреннего дре­нирования болотных и болотно-озерных систем с ши­ротой местности по меридиану 84° в. д. (внизу — нижняя часть графика в увеличенном вертикальном масштабе).

Данные табл. 9.4 показывают практически полное совпадение конту­ров полного, внешнего и внутреннего дренирования в озерно-болотных системах юго-западного и центрального (северного) районов централь­ной части равнины. Однако по мере движения к востоку (северо-восточ­ный район) увеличивается внутреннее дренирование систем, а внешнее их дренирование остается почти неизменным. В результате коэффициент

полного дренирования возрастает в 1,5 раза = 0,54.

В центральном (южном) районе коэффициент внутреннего дрениро­вания болотных систем почти равен нулю, а коэффициент полного дрени­рования равен коэффициенту внешнего дренирования.

Нанеся полученные значения коэффициентов полного дренирования на графики (рис. 9.1—9.5) легко видеть, что точки I, II, III, IV и V, соот­ветствующие указанным в табл. 9.4 районам, располагаются почти на

.328

Таблица 9.4

Коэффициенты полного внешнего и внутреннего дренирования

оэерно-болотных систем центральной части Западно-Сибирской равнины

			Коэффициент дренирования, км—1
		Полная пло­щадь озерно-		в том числе
Номер района	Район расположения исследуемых болот­	болотных систем, вошед­	полное дрени­		внутреннее дренирование
	ных систем	шая в обра­ботку, км2	рова­ние	внешнее дрениро­вание	общее	виутрнбо- лотными реками	внутрнболот- ными (спущен­ными) озерами
I	Северо-западный	39,2	0,70	0,58	0,12	0,08	0,04
II	Северо-восточный	1992	0,54	0,17	0,36	0,23	0,13
III	Центральный (се­верный)	6572	0,36	0,16	0,20	0,13	0,17
IV	Юго-западный	6546	0,35	0,13	0,22	0,11	0,11
V	Центральный (юж­ный)	7480	0,14	0,14	0,01	0,01	0,00

Примечание. Все вычисления выполнены на основе построения сеток линий стекания и дешифрирования озерно-болотных комплексов по аэрофотосъемке. Наземны проверки выполнялись по маршрутам Западно-Сибирской экспедиции ГГИ. На рис 9.1—9.5 положение систем различных районов показано римскими цифрами I, II, III IV и V.

нижней границе области устойчивых состояний озерно-болотных систем. / I ^

При этом значение — = для болотных систем, расположенных в цент­ральном (южном) районе (точка V на графике рис. 9.1—9.5), ложится на нижнюю границу области устойчивых состояний болотных систем без озер или с малой озерностью. Отсюда следует, что для реально сущест­вующих озерно-болотных и болотных систем Западно-Сибирской равни­ны имеется большой запас в их устойчивости при увеличении естествен­ной дренированности территории. И наоборот, сравнительно малое повы­шение их обводненности, или уменьшение коэффициента суммарного дре­нирования—, приведет к потере устойчивости и распаду систем от пере­обводненности.

Кривые верхнего предела устойчивости болотных систем показывают, что для центрального (северного) района увеличение дренированности

без риска распада болотных систем может доходить до значения—5, в то время как для центрального (южного) района наибольшая возмож­ная величина ограничивается лишь пределом не более 2 км^-1.

Надо, однако, помнить, что значения-^-и соответствующие им коэф­фициенты питания по которым вычислены пределы устойчивости бо-

Р 03

лотно-озерных систем на рис. 9.1—9.5, относятся к приведенным значе­ниям р_м и Конкретные болотные и болотно-озерные системы могут включать в себя различные микроландшафты со значениями <7, сильно отличающимися от приведенных значений. Поэтому реальный диапазон

329

устойчивых состояний систем, определяющийся областями между кривы­ми 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6 и т. д., должен быть несколько меньше. Это дает право

считать, что приближение значений —к ограничивающим область устой­чивых состояний кривым соответствует практически уже неустойчивым состояниям системы.

Соотношения устойчивости, представленные на рис. 9.1—9.5, могут непосредственно служить для решения практических вопросов по осуше­нию и преобразованию заболоченных территорий в различных широтных зонах. Если известно значение естественного коэффициента дренирования

—для рассматриваемой системы, например— = 1,25, и район располо­жения ее, например 60° с. ш. и 66° в. д., то, нанося на график рис. 9.1 соот­ветствующую точку (точка А), непосредственно определяем расстояние от точки А по оси ординат до кривой 1. Очевидно, что величина, выражае-

мая отрезком АВ и равная 1,90 км~' (по масштабу шкалы —-—),пред­ставляет собой максимальное значение коэффициента дополнительного внутреннего дренирования системы, которого можно достигнуть искус­ственно (путем устройства осушительной сети) без риска распада болот­ной системы от переосушения. Развитие внутриболотной осушительной

сети с получением значений 1,9 км^-1 для рассматриваемого места

расположения данной болотной системы (с коэффициентом естественно­го дренирования 1,25) приведет к деградации на ней растительного по­крова, нарушению баланса среднего ежегодного прироста и распаду орга­нического вещества (в сторону превышения количества разлагающегося материала над количеством ежегодно отмирающей массы растений) и к разрушению в конечном счете всей болотной системы.

Все сказанное в равной степени относится и к более общему случаю озерно-болотных систем, для которых области устойчивых состояний при каждом данном соотношении в них площадей открытой водной поверх­ности и растительного покрова микроландшафтов, ограничиваются на рис. 9.1—9.5 кривыми 3 и 4, 5 и 6 и т. д. Таким образом, выше были рас­смотрены условия устойчивости озерно-болотных систем на основе при­менения воднобалансового критерия для озерно-болотных систем в це­лом. При этом в качестве характеристик, определяющих возможности существования болотных микроландшафтов и соответствующих им фито- ценозов, были приняты наименьшие и наибольшие значения проточности, свойственные болотным микроландшафтам из всего их многообразия, встречающегося в природных условиях. Это позволяет представленные на рис. 9.1—9.5 зависимости рассматривать как общие критерии для оценки преобразования болотно-озерных систем в болотные системы и распада систем (от переобводнения или переосушения) в условиях Западно-Си­бирской равнины.