книги из ГПНТБ / Панадиади, А. Д. Проблемы мелиоративного устройства нечерноземной зоны

IF „ — то же, в какой-то период, принятый за исходный;

времени (плюс — увеличение, минус — убыль). Многочисленные исследования, проведенные в Советском Сою­

зе и за рубежом, показывают, что в каждой широтной зоне Земли есть такие пространства, где среднемноголетнее годовое значение AIF больше нуля, и такие, где эта величина меньше нуля. Таким образом, повсеместно можно встретиться с условиями как переув­

A\F неоднократно изменяет свой знак с минуса на плюс и наобо­ рот на одной и той же территории.

Это объясняется тем, что все факторы, определяющие условия увлажнения (величина водосбора, рельеф, водно-физические свой­ ства почвогрунтов и др.), кроме климатических, не зависят от зо­ нальной приуроченности. Более того, эти факторы часто действуют в таких сочетаниях, которые приводят к созданию аналогичных условий влажности в различных физико-географических зонах. Так, в южных районах нечерноземной зоны понижения рельефа (западины, котловины, логи и т. п.) заболачиваются, если пло­ щадь водосбора в 5 раз и более превышает их площадь, а в се­ верных районах такие понижения заболачиваются уже тогда, когда площадь водосбора превышает их площадь в 1,5 раза [74].

Следовательно, необходимость в гидромелиоративных меро­ приятиях, их направленность и состав нужно определять в каждом отдельном случае, учитывая фактический режим влажности корне­ обитаемого слоя, формирующийся под воздействием сложного комплекса физико-географических и антропогенных факторов.

Из физико-географических факторов наиболее существенное влияние оказывают: климат, рельеф, размеры водосбора, почвенно­ растительный покров, литология и гидрогеологические особенности подстилающей толщи, степень дренированности. Из антропогенных факторов — обжитость района, характер хозяйственного использо­ вания территории, уровень агротехнических приемов, плотность населения, густота и размещение промышленных предприятий, во­ доподпорных и прочих сооружений на реках и балках.

Сказанное опровергает широко распространенную точку зре­ ния, что необходимость в проведении тех или иных видов мелиора­ тивных мероприятий в отдельных районах и хозяйствах может быть определена на основе соображений, вытекающих из зональных особенностей водного баланса рассматриваемой территории. Не­ правильна такая точка зрения еще и потому, что необходимость в проведении мелиораций вызывается потребностями общественного производства, а не показателями водного баланса, характерными

123

для той или иной физико-географической зоны. Вот примеры: оро­ шение в Московской, Ленинградской, Киевской и других областях нечерноземной зоны Советского Союза, где среднегодовое значение &.W больше нуля; осушение в районах Черноморского побережья Северного Кавказа, Грузии, Тувинской автономной области и Бу­ рятской АССР, то есть в районах, где величина AIK устойчиво меньше нуля.

Изложенное позволяет сделать вывод, что для правильного оп­ ределения мелиоративных мероприятий при составлении схем вод­ но-мелиоративного устройства необходимо знать водный баланс корнеобитаемого слоя по всем выделенным основным типам место­ обитаний.

Перечень приходных и расходных элементов влаги, соотноше­ ние между которыми определяет водный баланс, приведен в таб­ лице 31.

.124

Изменение запасов влаги в корнеобитаемом слое за какой-ли­ бо промежуток времени в принятых в таблице 31 обозначениях можно выразить таким образом:

все элементы баланса можно установить с достаточной точностью прямыми замерами, а по многим из этих элементов необходимо располагать данными многолетних наблюдений, которые имеются далеко не во всех случаях. Вот почему при исчислении водного ба­ ланса корнеобитаемого слоя обычно учитывают только те эле­ менты, измеренные значения которых существенно больше величин ошибок самих измерений, а также те элементы, при определении которых можно использовать данные многолетних наблюдений ме­ теорологических и гидрологических станций и постов.

Наблюдениями за водным режимом корнеобитаемого слоя ус­ тановлено, что решающее влияние на величину почвенной влаж­ ности оказывают: атмосферные осадки, поверхностный сток, глу­ бина стояния грунтовых вод, транспирация растениями и испаре­ ние почвой. Учет влияния только этих статей баланса позволяет с достаточной для производственных целей точностью определять водный режим корнеобитаемого слоя и устанавливать при необхо­ димости способы его преобразования и регулирования.

Опыт показывает, что подсчитывать водный баланс корнеоби­ таемого слоя территории для периода, когда она затоплена во­ дами половодий или паводков, нет смысла, так как в это время практически все поры почвенного слоя заполнены влагой, жизне­ деятельность растительности и микрофлоры полностью или почти полностью подавлена, а сельскохозяйственные работы выполнять невозможно. Для такого периода гораздо важнее знать затапли­ ваемую площадь в годы различной увлажненности, а также рас­ пределение этой площади по длительности и календарным срокам затопления. Таких данных достаточно для оценки условий увлаж­ нения пойменных земель во время половодий и паводков; они по­ зволяют также наметить, если необходимо, мероприятия по регули­ рованию или ликвидации затоплений.

Для периода, когда поверхность не затоплена водами полово­ дий и паводков, рекомендуется следующий вид уравнения водного

125

IF* — количество влаги, поступившей на рассматриваемую территорию в виде дождей и ливней;

WCK— то же, в виде снега;

мый слой из протекающих по рассматриваемой тер­ ритории водотоков и расположенных на ней водоемов; 1FB+H— то же, за счет притока влаги из подстилающих водо­

носных горизонтов по капиллярам и под напором;

— то же, на фильтрацию в более глубокие слои; №сг — то же, на отток в виде грунтового потока за пределы

рассматриваемой территории;

Wa?— то же, на отток в водотоки и водоемы в периоды их дренирующего действия.

Рассмотрим, какими путями следует определять элементы вод­

р — активная порозность этого слоя*, процент от его объема; рн — влажность почвы в начале расчетного периода, процент

от объема пор.

Величину порозности и исходную влажность почв определяют обычно принятыми в почвоведении приемами [61]. Расчетным значением этих величин является средневзвешенное; в качестве ве­ са принимают площадь, занимаемую каждой учитываемой поч­ венной разновидностью.

Приходная часть водного баланса. Приходная часть формиру­ ется за счет источников водного питания, которыми могут быть атмосферные осадки, выпадающие непосредственно на рассматри­

* Активная порозность — общий объем пор почвы за вычетом объема пор, занятых защемленным воздухом.

126

ваемую территорию, и притекающие поверхностные и грунтовые воды. Для упрощения работ по изучению водного режима отдель­ ных регионов большое значение имеет правильная классификация земель по типам водного питания. В настоящее время известны классификации А. Д. Брудастова [13], который выделяет пять типов питания, и А. А. Роде [100], который предлагает различать восемь типов питания почвенного слоя влагой. Разделяя, в общем, позиции, которые были положены А. Д. Брудастовым и А. А. Роде в основу их классификаций, автор [76] предложил различать толь­ ко четыре основных вида питания:

атмосферный — водный режим корнеобитаемого слоя форми­ руется за счет атмосферных осадков, выпадающих непосредствен­

за счет поверхностных вод (Dc), притекающих со склонов приле­ гающего водосбора;

русловый — основная влагозарядка почвенного слоя происходит за счет вод рек и озер, разливающихся при половодьях и павод­ ках (Dp);

грунтовый — водный режим корнеобитаемого слоя складывает­ ся за счет грунтовых вод, притекающих со склонов прилегающего водосбора (Dr), или за счет грунтовых вод, поступающих из под­

В чистом виде атмосферное питание наблюдается только на повы­ шенных элементах рельефа, не имеющих водосбора, с глубоко за­ легающими грунтовыми водами (водораздельные плато; плоские повышенные междуречья; повышенные равнины; повышенные по­ верхности на других элементах макро- и мезорельефа).

С к л о н о в о е п и т а н и е характерно для территорий, имею­ щих водосборную площадь. Обилие склонового питания при про­ чих равных условиях определяется площадью тяготеющего водо­ сбора. Главенствующее значение склоновые воды имеют в питании корнеобитаемого слоя нижней части склонов и низин, где площадь водосбора достигает наибольших размеров. В верхней части скло­ нов, водосбор которых обычно незначителен, влажность корнеоби­ таемого слоя наименьшая и во многих случаях близка к увлаж­ ненности водораздельных пространств. В нижней части склонов

вании водного режима корнеобитаемого слоя речных и озерных

127

где грунтовые воды залегают на глубине, близкой к высоте ка­ пиллярного поднятия.

Для притеррасной части пойм, шлейфов горных склонов и ко­ нусов-выносов в предгорьях, а также для районов распространения водоносных известняков характерно участие в водном питании глу­ боко залегающих грунтовых вод, подпитывающих корнеобитаемый слой благодаря своей напорности.

Количество влаги, поступающее на рассматриваемую террито­ рию за счет выпавших осадков в виде дождя и ливней (1КЖ), и их распределение во времени принимают по данным ближайших метеорологических обсерваторий, станций или пунктов, имеющих данные наблюдений не менее чем за 25 лет. При использовании данных за более короткие сроки их предварительно приводят к 25-летнему, а лучше к 50-летнему ряду наблюдений.

При определении суммы выпавших осадков агрометеорологи рекомендуют учитывать только «продуктивные осадки», под кото­ рыми понимают осадки слоем 5 мм и более. В гидрологии принято учитывать только «стокообразующие осадки», то есть осадки, при которых возникает поверхностный сток. При вычислении водного баланса корнеобитаемого слоя следует учитывать все выпавшие за рассматриваемый период жидкие осадки. Если количество осад­ ков в разных частях исследуемой территории неодинаково, расчет­ ный слой осадков лучше устанавливать способом изогнет.

Для определения количества воды, которое может поступить за счет выпавшего и принесенного со стороны снега, перед весен­ ним снеготаянием проводят маршрутную снегомерную съемку. Маршруты прокладывают в наиболее типичных по рельефу и по характеру подстилающей поверхности местах с расчетом охвата ими всех выделенных фаций. Для большей точности маршруты ведут так, чтобы каждая фация характеризовалась бы не менее чем двумя ходами.

Запав воды в снеге по каждой фации (м3)

Суммарный запас воды в снеге к началу снеготаяния на одном осередненном гектаре всей площади изучаемого объекта составля­

F — площадь объекта (балансового участка), га.

128

где К — слой стока заданной обеспеченности за рассматриваемый период, мм;

FB— водосборная "площадь, с которой происходит склоновый сток на поверхность объекта (балансового участка), га;

F — то же, что и в формуле (23).

Величину слоя стока определяют по картам изолиний стока со­ ответствующего периода, приводимым в гидрологических справоч­ никах или монографиях. Если таких материалов, нет, hc устанав­ ливают по данным наблюдений за стоком на реках объекта или на реках-аналогах.

Величину слоя весеннего притока можно определять также по запасу воды в снеге перед таянием и коэффициенту стока, значе­ ние которого следует принимать по опытным данным, по материа­ лам ближайших стоковых станций или по таблице, рекомендуемой А. Н. Костиковым [35, 36].

Площадь, с которой происходит приток склоновых вод, опре­ деляют по топографическим картам. Лучше всего в этих целях пользоваться планшетами в масштабе 1:10 000. Границы площа­ дей склонового стока, установленные по картам менее крупного масштаба, необходимо уточнять полевой рекогносцировкой.

Количество грунтовых вод, поступающих с прилегающих повы­ шенных склонов WT или просачивающихся из водотоков и водое­ мов 1КП, отнесенное к одному гектару площади объекта (балансо­ вого участка) (м3/га), можно находить соответственно по уравне­ ниям:

диаметром не менее 100 мм либо с помощью водомерных траншей

Рис. 16. Кривые для определения дебита грунтового потока (схема):

Zu z2, z 3—уровни грунтовых В О Д .

[72]. Замеры организуют так, чтобы на их основе можно было построить семейство кривых, принципиальный характер которых

показан на рисунке 16.

Если экспериментальных данных о величине qa нет, объем подпитывания корнеобитаемого слоя за счет просачивания воды из водотоков и водоемов находят расчетом.

Периоды и длительность поступления грунтовых вод с приле­ гающих склонов Гг и длину контура питания Ьг определяют по картам гидроизогипс, составленным для всех характерных по вод­ ности периодов года, либо по литологическим профилям и дан­ ным замеров глубины залегания уровня грунтовых вод в наблюда­ тельных скважинах.

Периоды и продолжительность подпитывания корнеобитаемо­ го слоя за счет просачивания воды из водотоков и водоемов Гп ус­ танавливают также по картам гидроизогипс или на основе сопо­ ставления графиков колебания уровней грунтовых и поверхност­ ных русловых вод.

Длины водотоков и периметры водоемов, подпитывающих про­ сачивающимися водами корнеобитаемый слой Lm определяют по топографическим картам.

Подпитывание корнеобитаемого слоя за счет грунтовых и грун­ тово-напорных вод зависит от глубины стояния уровня или напо­ ра этих вод, скорости капиллярного поднятия и величины испаре­ ния. В практике эту величину принимают по материалам местных опытных станций или подсчитывают по формулам, выведенным для отдельных районов. Так, для условий Белоруссии В. Ф. Шебеко [128] рекомендует величину подпитывания (м3/га) на торфя­ ных почвах при глубине залегания грунтовых вод от 0,5 до 1,6 м

130

Для предварительных расчетов можно пользоваться следующи­ ми данными для суглинистых и торфяных грунтов:

Подпитывание корнеобитаемого слоя за счет конденсирующих­ ся паров воздуха WK, по данным большинства исследователей, ве­ личина ничтожно малая. Однако в литературе встречаются выска­ зывания, что WK может иметь существенное значение. Такие про­ тиворечия объясняются тем, что нет единой общепризнанной мето­ дики определения этой величины. В связи с такой неопределен­ ностью автор считает, что влагу, получающуюся в результате кон­ денсации, следует учитывать только в тех случаях, когда имею­ щиеся количественные данные получены современными методами измерений.

Расходная часть водного баланса. Основными расходными ста­ тьями являются испарение почвой и транспирация, которые за ве­ гетационный период учитываются обычно суммарно через водопотребление, и отток за границы рассматриваемого участка.

Величину водопотребления Е — общую и за отдельные отрезки вегетационного периода или по фазам развития растений прини­ мают по данным местных опытных станций. Если таких данных нет, определяют расчетом. По этому вопросу за последние годы определилось две точки зрения. Сторонники одной из них [50] считают, что водопотребление зависит от урожая, другие же [2] полагают, что эта величина зависит от тепловых ресурсов региона.

Не вдаваясь в анализ доводов, приводимых авторами обеих точек зрения, отметим, лишь, что повсеместно наблюдаемый про­ цесс заболачивания лесосек вызывается, как это показано в много­ численных работах лесоводов, резко сниженным водопотреблением фитоценозов, возникающих на месте вырубленного леса. Причем заболачивание происходит несмотря на то, что испарение почвой под пологом леса значительно меньше, чем на открытых лесосеках, где циркуляция воздушных масс более интенсивна. Автор разделя­ ет концепцию зависимости величины водопотребления от урожай­ ности выращиваемых культур и полагает возможным, впредь до разработки более точных приемов, определять эту величину, исходя из планируемого урожая и коэффициента водопотребления *.

Величину водопотребления (м3/га) определяют по уравнению

где N —-планируемая урожайность, т/га;

К— коэффициент водопотребления на 1 т планируемого уро­ жая, м3.

*Коэффициент водопотребления— количество воды (м3), затрачиваемое на

транспирацию растениями и испарение почвой, отнесенное к 1 т товарной мас­ сы урожая.

, Для условий европейской части нечерноземной зоны СССР зна­ чения коэффициентов водопотребления можно принимать по таб­ лице 32.

А. М. Янголь рекомендует для условий Украины учитывать по

132