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

Водопотребление культур по фазам их развития или по дека­ дам вегетационного периода определяют по данным наблюдений на ближайших опытных станциях. Если таких данных нет, водо­ потребление подсчитывают по формуле (м3/га)

По данным Академии наук ЭССР, потребление воды многолет­ ними травами составляет в первую половину вегетационного пе­ риода (май — конец июня, начало июля) 57,7% и во вторую по­ ловину-— 42,3%.

Испарение почвой учитывают за невегетационные периоды, а также по участкам, не занятым растительностью, например по черным парам. Величину испарения почвой (мм) принимают по данным ближайших агрометстанций или определяют по формуле

133

Если данных о величине радиационного баланса нет, величину испарения почвой можно определять по графикам А. Р. Констан­ тинова (рис. 17).

Суммарный объем воды, расходуемый на испарение и транспи­ рацию (м3/га), вычисляют по формуле

134

f

Рис. 17. График для расчета испарения с поверхности почвы и снега (мм/сут) по среднесуточным значениям температуры и влажности воздуха (по А. Р. Кон­ стантинову).

Отток воды за границы рассматриваемого объекта по поверх­ ности складывается из склонового и руслового стоков (И7р+С)- Русловый сток оказывает существенное влияние на влажность корнеобитаемого слоя только в периоды разливов. В этом случае, как уже указывалось, составлять уравнение водного баланса не имеет смысла, поэтому здесь рассматривается только склоновый сток.

Возникновение склонового стока возможно лишь при условии, если интенсивность потерь на испарение и просачивание меньше интенсивности поступления влаги, то есть тогда, когда на поверх­ ности рассматриваемой территории начнет накапливаться вода и количество ее будет превышать объем имеющихся здесь замкнутых понижений. В нечерноземной зоне весной во время снеготаяния, а также летом и осенью при выпадении ливней и продолжитель­ ных дождей интенсивность испарения обычно меньше интенсив­ ности выпадения осадков или таяния снега, поэтому возникнове­ ние склонового стока здесь определяется соотношением между просачиванием влаги в почву и ее поступлением.

Поступающая на поверхность вода вначале впитывается в грун­ товую толщу, а затем после заполнения свободной капиллярной порозности в зоне аэрации начинает фильтроваться в грунтовые воды. Следовательно, склоновый сток может возникнуть в двух случаях: скорость впитывания и скорость фильтрации меньше ин­ тенсивности притока; емкость свободных от воды пор в зоне аэра­ ции меньше объема притекающих вод, а отток вод, просочившихся в почвенно-грунтовую толщу, затруднен. Величина и продолжи­

135

тельность склонового стока зависят от характера поступления по­ верхностных вод, рельефа и уклона местности, проницаемости и на­ чальной влажности почвенно-грунтовой толщи, состояния поверх­ ности территории.

Склоновый сток идет отдельными струйками по сложным и ме­ няющимся во времени траекториям. Скорость его изменяется как от струйки к струйке, так и на протяжении одной струйки. Этим и объясняется трудность определения длины пути склонового стока, а также неудачи неоднократных попыток найти строгие матема­ тические решения. Поэтому в качестве расчетной по предложению А. Н. Костикова [36] принимается модель склонового стока сплошным слоем равной толщины. Объем склонового стока (м3) за рассматриваемый период (при указанной расчетной модели) описывается выражением

Суммарная длина фронта поверхностного стока LCT складыва­ ется из удвоенной длины всех учтенных водотоков и балок, а так­ же длин периметров водоемов, к которым происходит склоновый сток.

136

Рис. 18. Схематизированные гидрографы склоно­ вого стока.

Скорость течения воды по склону зависит от толщины слоя стекающей воды, от шероховатости подстилающей поверхности и ее уклона.

Исследования гидрологов показали, что изменение высоты слоя стока во времени зависит от соотношения между временем поступ­

Закономерности изменения скорости стекания при изменении влияющих на нее компонентов до сих пор изучены недостаточно. Поэтому наиболее целесообразно скорость склонового стока опре­ делять экспериментально [70].

Если организация таких измерений вызывает затруднения, мож­ но воспользоваться формулой, полученной автором на основании

137

Расчетная высота стекающего по склону слоя воды (м) равна средней высоте слоя стока за рассматриваемый период, уменьшен­

ка, определяемое делением площади соответствующей части гра­ фика притока на величину Тр (рис. 19).

Скорость впитывания и ее изменение во времени следует уста­ навливать для всех основных разновидностей почв при разных значениях почвенной влажности [5, 95]. Для предварительных

138

Рис. 19. Схемы определения средней высоты слоя склонового стока.

расчетов можно применять формулу, рекомендованную А. Н. Ко­ стиковым:

почвы и ее влажности от 0,3 до 0,8. Продолжительность впитывания, или заполнения свободной ка­

где Лк.п ■— емкость свободной капиллярной порозности, м слоя воды; ■Пвп — скорость впитывания, см/мин.

Если Гст^Гвп, значение скорости впитывания, определенное по формуле [37], может быть использовано для дальнейших рас­

максимальной в начале фильтрации до нуля при окончании стека-

139

ния воды из почвенной толщи. Расчетная величина; скорости фильт­ рации в таких случаях (м/сут)

где k — коэффициент вертикальной фильтрации, м/сут;

/— градиент;

Нг — начальная глубина залегания грунтовых вод, м. Количество влаги 1ЁВП (м3/га), необходимое для заполнения

свободной капиллярной порозности, в зависимости от соотношения между величинами Тъп и Т ст определяется по следующим фор­ мулам:

и пойдет на пополнение грунтовых вод, что будет происходить, когда Гст>Гв„, можно определить по формуле

1Еф=104'Пф(Гст—Гвп) . (43)

Отток грунтовых вод за границы рассматриваемого массива Wr и количество грунтовых вод, дренируемое протекающими во­ дотоками или расположенными на этом массиве водоемами 1КД, от­ несенные к одному гектару, можно подсчитать по формуле (26), подставив в нее соответственно величины, определяющие размер оттока или дренирования.

Исходные значения параметров k0, к, р, (Зпр и рн, входящих в приведенные выше формулы, определяют для всех основных поч­ венно-грунтовых разновидностей, выделяемых на исследуемом объекте, а глубину залегания грунтовых вод Я — по .графикам колебания уровня грунтовых .вод или по картам гидроизогипс или (что гораздо хуже) разовыми замерами. Расчетные значения этих величин вычисляют по формуле средневзвешенной, принимая за вес каждого частного значения величину характеризуемой им площади.

При однообразии климатических и геологических условий вод­ ный режим корнеобитаемого слоя зависит главным образом от рельефа, почвенно-растительного покрова и хозяйственного ис­ пользования земель. Поэтому при изучении водного режима число балансовых участков и их размещение устанавливают таким об­ разом, чтобы:

140

на рассматриваемой территории были охвачены все выявлен­ ные климатические районы и подрайоны;

можно было характеризовать основные элементы макрорелье­ фа (водоразделы, средняя и нижняя часть склонов и дно долины) с наиболее распространенными геологическим строением и гидро­ геологическими условиями. При широких и развитых поймах должны быть охвачены также и разные элементы поймы (прирус­ ловая, центральная, притеррасная);

были охвачены все выделенные типы местообитаний при раз­ личных видах их хозяйственного использования (пашня, сенокос, пастбище, болото, лес).

По возможности балансовые участки закладывают по створам, пересекающим все элементы рельефа.

Площадь балансового участка зависит от пестроты почвенно­ растительного покрова, но должна быть не менее 10—15 га.

Водный баланс корнеобитаемого слоя рассчитывают примени­ тельно к условиям выращивания всех основных сельскохозяйст­ венных культур в годы средней (обеспеченность 50%), избы­ точной (обеспеченность 10%) и недостаточной (обеспеченность 75—80%) увлажненности. Поскольку на водный режим корнеоби­ таемого слоя существенное влияние оказывают условия увлажне­ ния за предшествующие периоды, баланс целесообразно состав­ лять не за календарные, а за гидрологические годы. Следует так­ же иметь в виду, что при составлении водных балансов для отдельных сезонов или периодов метеорологические данные необ­ ходимо принимать за те годы, для которых характерна обеспечен­ ность искомого периода или сезона.

возможно лишь при условии ликвидации избыточной увлажненно­ сти. Осушение с наименьшими затратами труда и материальных средств может быть достигнуто, если в результате примененных мероприятий и устройств будут устранены причины, вызывающие заболачивание, либо коренным образом изменены условия воздей­ ствия этих причин на почву. Иными словами, для разработки ра­ циональной системы осушения необходимо в первую очередь знать причины заболачивания.

Чем же вызывается заболачивание? Почему в одной и той же природно-климатической зоне один участок заболочен, а другой нет? На эти вопросы за последние 80—100 лет неоднократно пыта­ лись ответить многие отечественные и зарубежные ученые.

«Болота являются результатом зарастания озер»,—говорили Вебер, Потонье и другие немецкие болотоведы прошлого столе­ тия. И это положение правильно, так как многие болота в Запад­

141

ной Европе, да и у нас в Советском Союзе представляют собой бывшие озера. Однако эти авторы не объясняли, почему заторфовалась только часть озер, а многие озера, даже мелкие, сохрани­ лись. Кроме того, к концу прошлого столетия русскими ботаника­ ми (Флеров и др.) было показано, что большинство болот в нашей стране образовалось путем заболачивания суши и что водоемные болота встречаются значительно реже наземных.

Заболачивание суши вызывается главным образом характером

и избыточно увлажненные территории расположены в понижени­ ях, на безуклонных равнинах, а также на территориях, поверх­ ность которых испещрена замкнутыми котловинами, блюдцами и другими отрицательными формами рельефа. Однако можно при­ вести много примеров, когда на таких же пониженных территори­ ях, расположенных буквально рядом с заболоченными, влажность корнеобитаемого слоя не превышает нормальной.

В. В. Докучаев [23] в докладе, посвященном вопросу осушения болот, указывал, что «для первоначального зарождения болот существенно необходимы непроницаемое дно и избыток метеорной воды». По существу этой же точки зрения придерживаются многие мелиораторы (А. Д. Брудастов, А. Д. Дубах и др.) и почвоведы (А. А. Роде, А. А. Немчинов и др.), которые считают основной причиной заболачивания избыточную увлажненность корнеобитае­ мого слоя. Наиболее ярко эта позиция выражена у А. А. Немчино­ ва [62], который пишет: «...определенной степени заболоченности отвечает соответствующая степень длительности и интенсивности переувлажнения».

В. Р. Вильямс [16] высказывает прямо противоположное мне­ ние. «Причина образования болот,— пишет он,— недостаток в поч­ ве зольных элементов пищи растений, содержание же воды в бо­ лоте есть простое следствие большой влагоемкости органического вещества».

Накопленные отечественной наукой и практикой данные пока­ зывают, что и эти точки зрения справедливы только частично и ни одна из них не может быть признана универсальной. Громад­ ные болотные массивы Полесья, Мещеры, Горьковской и Киров­ ской областей, подстилаемые мощными отложениями песков, доказывают возможность возникновения наземных болот и при отсутствии водонепроницаемых грунтов в основании торфяников,

то есть опровергают точку зрения В. В. Докучаева и его сторон­ ников.

Быстрое и интенсивное заболачивание высокопродуктивных поемных лугов, обусловленное подтоплением или длительным за­ топлением в результате строительства водоподпорных плотин, мостов и других сооружений, вызывающих повышение уровня воды в реках, наличие в районах полупустыни и даже пустыни бо­ лот и заболоченных земель только в предгорьях, где выклини­

142