книги из ГПНТБ / Марков Е.С. Мелиорация пойм нечерноземной зоны
.pdfАрхеологические находки, остатки дорог, мостов, ору дий, посуды, костей животных и человека позволяют уста новить возраст торфяника или аллювиальных отложений, а следовательно, и интенсивность их роста.
При создании водохранилищ нельзя игнорировать про цессы зарастания мелководий, резкого уменьшения площа дей и объемов.
Нельзя также согласиться, что стадии развития болота связаны только с климатическими периодами. Все стадии развития болота существуют в настоящее время на разных озерах.
Река, пойма и водосбор тесно связаны друг с другом. Сток поверхностных и грунтовых вод с водосбора иа пойму зависит от рельефа поверхности, геологического строения и гидрогеологических условий, почвенного и растительного покрова. Изменения в факторах, .влияющих на поверхност ный и внутренний сток с водосбора, приводят к изменению расходов воды в реке, состава содержащихся в воде веществ и микроорганизмов. С изменением водного режима реки изменяются водный режим поймы, продолжительность, площадь и глубина затопления. С уровнем воды в русле связано положение грунтовых вод на пойме.
С водосбора на пойму поступают поверхностные воды и содержащиеся в них наносы, выклиниваются грунтовые и напорные воды в притеррасье и других элементах поймы.
Но поймы не только зависят от водного режима рек, а и сами оказывают большое влияние на него. При широких пой мах паводковые воды разливаются по ним, насыщают почву, уменьшая расходы воды, проходящей по руслу, снижая пики паводков, увеличивая продолжительность паводково го периода. Широкие поймы с мощной толщей фильтрующих грунтов отдают реке воду, накопленную в паводок, увели чивают меженный сток рек и поднимают их уровень.
От высотного положения русла и поймы по отношению к водосбору зависят скорости стока поверхностных и грунто вых вод с него, а вместе с этим и эрозионные процессы (смыв почвы и образование оврагов), а также положение грунтовых вод и поступление и отложение наносов на пойме.
Закономерная зависимость между водосбором, рекой и поймой позволяет путем гидромелиоративных, водохозяй ственных, агротехнических и лесотехнических мероприятий изменять и регулировать водный режим и связанные с ним условия в необходимом для сельскохозяйственного исполь зования направлении.
Рельеф поверхности. Рельеф поверхности заболоченных пойм имеет свои характерные особенности. Он формируется при воздействии речных, паводковых, склоновых и грун товых вод, растительного покрова и производственной дея тельности человека. Паводковые воды оказывают особенно сильное воздействие на образование пойменного рельефа, что сказывается в отложении наносов, перемещении русла на некоторых поймах и перераспределении аллювиальных наносов, размыве их в одних и отложении в других частях поймы. На распределение наносов по пойме в паводки влияет также кустарниковая и древесная растительность.
Существующий рельеф пойм можно изменить в необходи мом для сельскохозяйственного использования направлении путем изменения движения потоков паводковых, склоновых и грунтовых вод с помощью сооружений, лесных насажде ний, каналов, дорог. Планировкой устраняют отдельные неровности в рельефе, мешающие работе сельскохозяй ственных машин, равномерному увлажнению пахотного слоя и освоению пойм под овощи, картофель, кормовые куль туры и пастбища.
Заторфованные поймы обычно характеризуются относи тельно плоским рельефом, так как отложения торфа сгла живают их первоначальные неровности. Поймы с супесча ными аллювиальными почвами отличаются шнроковолнистым рельефом, чередованием грив, ложбин, а поймы с суглинистыми почвами — плоскоравнинным рельефом.
Давно подмечено, что пойменный рельеф неоднороден и.разные участки поймы имеют неодинаковую высоту по сравнению с уровнем воды в реке. С. Конардов выделил шесть ступеней поймы по высоте над меженью реки.
А.А.- Колесов установил десять ступеней поймы по высоте.
А.М. Дмитриев в сложном рельефе пойм выделил три зоны: прирусловую (наиболее повышенную), пониженную у под ножия второй террасы и среднюю, равнинную.
В.Р. Вильяме, рассматривая «идеальную» пойму, выде лял на ней следующие элементы рельефа: область прирусло вой поймы, прирусловые дюны; область центральной пой мы, тальвег поймы; область притеррасной поймы, притер расную речку, притеррасные дюны.
Притеррасные речки, образовались ли они из стариц когда-то проходившего здесь основного русла реки, или при отклонении от своего пути боковых притоков основной реки при вступлении их в пойму, или в результате замирания процессов отложения наносов от русла рек по направлению
U
притеррасья, отличаются от основной реки. К ним стекают поверхностные и грунтовые воды со склонов, а в некоторых случаях и глубокие грунтовые воды, воды, атмосферных осадков, аллювиальные воды разливов. Таким образом соз дается своеобразная, явно отличная от прирусловой и цент ральной пойм притеррасная пойма.
Разделение поймы на элементы, согласно схеме В. Р. Вильямса, нашло широкое признание и приложение при решении практических вопросов. При мелиорации и освоении пойм необходимо учитывать характер и динамич ность рельефа, так как с ним связаны распределение поч венного и растительного покрова, водный режим.
Геологическое строение и гидрогеологические условия заболоченных пойм. При мелиорации пойм необходимо знать их геологическое строение и гидрогеологические усло вия для определения причин заболачивания и типов водно го питания, выбора метода и схемы мелиорации поймы, строительства гидротехнических сооружений и дорожной сети, установления способа производства работ и выбора механизмов.
Без данных о геологическом строении и гидрогеологи ческих условиях пойм нельзя составить проект их мелио рации, освоения и эксплуатации мелиоративных систем. При этом следует выявить строение не только современных аллювиальных отложений, но и подстилающих их древних отложений.
Однако заболоченные поймы еще слабо изучены в геоло гическом и гидрогеологическом отношениях (нет ни одной обобщающей работы по этим вопросам). Даже специальные геологические и -гидрогеологические исследования заболо ченных пойм в целях гидромелиорации и освоения их в большинстве случаев ограничиваются заложением шурфов и неглубоких (5—10 м) скважин. При составлении гидрогео логических обзоров пойм на них механически переносят данные геологического строения с водосборов по скважинам для водоснабжения. Режим грунтовых вод пойм до мелио рации не изучают, если не считать эпизодических замеров уровней в скважинах и шурфах при изысканиях. Поэтому проекты по мелиорации и освоению пойм разрабатывают часто на необоснованных геологических и гидрогеологиче ских данных.
Геологическое строение заболоченных пойм в общих чер тах может быть охарактеризовано следующим образом. Ко ренными породами современных речных долин и их пойм
12
являются юрские, пермские или другие отложения (в зави симости от местонахождения и времени образования долин и строения их водосборов). На поверхности коренных пород залегают четвертичные отложения, состоящие из древнеаллювиальных и покрывающих их современных аллювиаль ных отложений.
Древнеаллювиальные образования обычно представле ны крупнозернистыми песками, содержащими гравий и гальку, и суглинистыми отложениями потоков. Современные аллювиальные образования состоят из песка, суглинка, ило ватого осадка, болотной руды, ключевой извести, сапропеля, торфа. Распределение этих отложений по поверхности пой мы крайне разнообразно и связано с затоплением паводко
выми |
водами, поступлением грунтовых и делювиальных |
вод |
со склонов. |
О причинах формирования пойменного аллювия выска зываются разные точки зрения.
По В. В. Докучаеву, закономерным для всех пойм яв ляется следующее геологическое строение: расположение в верхних слоях песчаных и лессовидных, а в нижних — черно-синеватых глинистых элементов и залегание в этих образованиях отдельных изолированных котловин с тор фяными массивами; старицы соединяются с руслом, или переходят в озеро, или полностью покрываются отложе ниями ила, торфа и песка. Положение В. В. Докучаева о закономерном чередовании пород, слагающих аллювиаль ные отложения долин, не разделял С. Н. Никитин."
Но В. В. Докучаев, С. Н. Никитин и другие рассматри вают только современные аллювиальные образования и не касаются строения подстилающих их более древних отло-_ жений.
В.- Р. Вильяме рассматривает нижний песчаный горизонт пойм как результат переработки талыми ледниковыми во дами основной морены, а супесчано-суглинистый горизонт как отложения послеледникового периода.
Н. И. Николаев различает пять разновидностей аллю виальных отложений: русловые, пойменные, озерно-болот- ные, аллювиально-делювиальные, перевеянные песчаные.
В настоящее время точка зрения В. В. Докучаева о за кономерности в распределении аллювия наиболее признана.
Существуют два мнения об образовании двух горизонтов аллювиальных отложений пойм: одни ученые считают, что они образовались в разные периоды и являются следствием изменения режима реки во времени (процессы образования
13
речной долины и накопления аллювия — самостоятельные процессы, то есть сначала река врезает свою долину, а по сле этого на дне ее отлагается аллювий); другие рассматри вают образование долин и формирование аллювия как не отделимые друг от друга процессы; верхний и нижний горизонты аллювия образуются одновременно, являясь следствием перемещения русла по дну долины, сезонных колебаний уровней и расходов реки.
Современные реки и их заболоченные поймы занимают древние долины и озера, заполненные древнеаллювиальными отложениями. Древние долины образовались в разные геологические эпохи и поэтому отличаются разнообразием состава. Сложность строения древних аллювиальных отло жений — одна из причин их малой изученности.
Геологическое строение и- гидрогеологические условия заболоченных пойм, образовавшихся на месте древнеозерных расширений, более сложны (вследствие того, что в фор мировании их помимо вод половодья участвуют грунтовые, грунтово-напорные,- делювиальные воды), чем пойм пони женно-равнинных, где превалирующую роль играют павод ковые воды (и только на склонах и притеррасье — грунтовые и делювиальные).
На заболоченных поймах формируется один или не сколько водоносных горизонтов грунтовых вод. Грунтовые воды приурочены к современным и древним аллювиальным образованиям и коренным породам и разделяются слоями водонепроницаемых глин и суглинков.
Водоносные горизонты могут соединяться между собой через линзы — окна в местах размыва прикрывающих их водонепроницаемых слоев. Водоносный горизонт древних аллювиальных отложений питается в местах выхода аллю вия на поверхность путем вертикальной фильтрации из современных аллювиальных отложений и из более древних. Он может иметь напорность.
При проведении гидромелиоративных мероприятий на поймах большую помощь могут оказать геофизические ме- ^ тоды исследований, в частности электроразведка. Они поз воляют разделить исследуемую территорию на характерные участки по типам почв и грунтов и назначить места разме щения и глубину шурфов, буровых скважин, сообразуясь с природными условиями объекта, а не только с размерами осушаемой площади и стадией проектирования. С помощью электроразведки можно определить мощность слоев геоло гической толщи и мощность водоносного пласта, уровень
14
грунтовых вод, направление и скорости течения грунтового потока, степень минерализации грунтовой воды, коэффи циент фильтрации.
Геофизические методы пока не могут заменить собой пол ностью геологические, поэтому при изысканиях их следует проводить совместно. Грунты отличаются друг от друга электрическим сопротивлением, что позволяет выделить границы участков с одинаковыми сопротивлениями (грун тами). Песчаные грунты имеют сопротивление больше 100 ом, суглинки или торф — 20—30 ом, легкие суглинки с про слоями песка — 30—50 ом. По картам изоом легко наметить места шурфов, скважин для наиболее детальных исследо ваний. С помощью электроразведки можно составить гидро электрические профили, которые интерпретируются с гид-
м | «ДО 1 460 | 500 | 425 1 750 \ 350\ 465 \340\ 830 |
Рис. 1. Геоэлектрический (а) и геологический (б) профили поймы р. Яхромы в створе Бунятино — Куликово:
/ — суглинок тяжелый; 2 — глина; 3 — суглинок средний; 4 =^ торф; 5 — песок; 6 — супесь.
15
рогеологическими. На рисунке 1 изображены гидроэлект рический и геологический профили поймы р. Яхромы, составленные для участков поймы, расположенных на близком расстоянии друг от друга.
Проведенные опыты позволили установить корреляцион ную связь коэффициентов фильтрации грунтов с их удель ными сопротивлениями и сделать вывод, что зоны с одина ковыми интервалами удельных сопротивлений имеют оди наковый порядок коэффициентов фильтрации. Это очень важное положение позволит, по-видимому, в связи с труд ностью определения коэффициентов фильтрации современ ными методами, перейти при расчетах от коэффициентов фильтрации к коэффициентам электрических сопротивле ний, определяемых более быстро и точно.
При помощи электроразведки институт «Росгнпроводхоз» проводил изыскания на поймах pp. Пра, Лух, Черная Калитва и др.
Исследования X. А. Ярвела по определению влажности почвы с помощью гамма-лучей осушенных дренажем гли нистых почв в Эстонской ССР показали применимость гам ма-лучевого метода для измерения влажности на мелиори руемых землях, особенно для стационарных наблюдений. Этот метод в несколько раз оперативнее весового, но для изучения динамики запасов влаги по почвенным горизон там следует определить начальную влажность термовесо вым способом, знать плотность и объемный вес грунта.
Перспективным является нейтронный метод определения влажности почвы. Нейтронные влагомеры можно будет применять для определения водопотребления сельскохозяй ственных культур, содержания влаги в почве, испарения, водоотдачи грунтов, инфильтрации атмосферных осадков, предполивной влажности почвы, распределения влаги в почве после полива и т. д.
За разработку и внедрение нейтронных методов и прибо ров для гидротехники и мелиорации президиум ВАСХНИЛ присудил группе авторов под руководством В. А. Емельяно ва премию ВАСХНИЛ за 1972 г. •
Почвы заболоченных пойм. Почвообразование и фор мирование растительного покрова пойм связано с активным воздействием зональных-и аллювиальных факторов и дея тельностью человека. Зональные факторы, определяемые климатом, рельефом, почвами, геологическим строением, гидрогеологическими условиями и облесенностью водосбора, способствуют'образованию на поймах почвенных типов и
18
растительных сообществ, отчасти аналогичных почвам и растительности водосборов. Аллювиальные факторы, ха рактеризующиеся поемиостыо (длительностью затопления, мощностью затапливающего слоя воды, количеством и со ставом поступающих на пойму отложений), изменяют влия ние зональных факторов и содействуют образованию пой менных типов почв и соответствующих им растительных сообществ.
На влияние зональных и аллювиальных факторов впер вые обратили внимание В. В. Докучаев, Д. П. Мещеряков,
Р. А. Елеиевский и др.
В.Р. Вильяме разделял почвы пойм на три генетических типа: зернистые и слоистые центральной поймы и болотные притеррасья. Образование зернистых и слоистых почв он связывал с условиями прохождения в реке и пойме весеннего паводка в зависимости от наличия леса на водосборе и баро метрическим давлением.
При обезлесенном водосборе паводок проходит по реке и пойме с высокими уровнями и большими скоростями. Поэтому содержащиеся в паводковых водах органические вещества и илистые частицы, являющиеся наиболее ценным материалом для образования плодородных почв поймы, вода уносит за ее пределы, а на ней остаются крупные пес чаные частицы, которые служат для образования слоистых почв или слоистой поймы.
При облесенном водосборе лесная подстилка задержи вает воду, паводок проходит по пойме медленно с неболь шим подъемом. По В. В. Вильямсу, для отложения наносов на пойме необходимо, чтобы во время паводка понизилось барометрическое давление, антициклон сменился циклоном и грунтовые воды, имеющие кислую реакцию, поступили со склонов на пойму. Воды паводка, имеющие щелочную реакцию, и грунтовые воды, имеющие кислую реакцию, сое динившись, увеличивают концентрацию солей в полой воде; органические и илистые частицы свертываются в хлопья и оседают на поверхность поймы. После высыхания и растре скивания из них образуются высокоплодородные зернистые почвы поймы, или зернистая пойма.
Зернистые структурные почвы состоят из двух горизон тов, изменяющихся по своим свойствам в пределах поймы. Верхний горизонт состоит из тяжелой зернистой глины, содержащей 35—50% илистых частиц (меньше 0,001 мм), буро-желтого или буро-красного цвета ич-чя пригуттрия - окиси железа, На глубине около 50 си" dl^^iq^ppwMiwr
1 научно-твхнидки
незаметно |
сменяется |
нижним, в котором |
окись железа |
|
перешла |
в закись. Такие почвы отличаются |
наилучшими |
||
пищевым, водным, воздушным и температурным |
режимами |
|||
и биологическими условиями для возделывания |
овощных |
|||
культур. |
Луга здесь |
также обладают высокой |
урожай |
|
ностью, и они не переходят в болото, несмотря на располо жение в наиболее пониженных элементах рельефа, близость уровня грунтовых вод и тяжелые глинистые почвы. Забо лачиванию этих лугов препятствуют хорошая аэрация, изобилие зольной п азотной пищи в усвояемой растениями форме, прочнокомковатая структура почвы.
Слоистые почвы менее плодородны. По механическому составу они представляют собой элементы пыли: песчаной (0,25—0,05 мм), крупной (0,05—0,1 мм) и средней (0,01— 0,005 мм) с примесью небольшого количества мелкого (0,5— 0,25 мм) песка. Слоистыми их называют из-за чередования сдоев песка и пыли. Вследствие волнистого рельефа пойм и различия сроков и интенсивности паводка по годам почвы эти находятся в условиях неравномерного^! неустойчивого водного режима. В притеррасной части поймы развиты болотообразовательные процессы, вследствие поступления делювиальных и грунтовых вод образуются притеррасное болото или ольховые топи. Торфяная залежь содержит прослойки делювиальных минеральных отложений или отложений притеррасного болота (охра, вивианит, ракови ны, пни), отличается богатством питательных веществ.
На заболоченных поймах торф образуется не только в притеррасье, но и на других элементах поймы.
По Р. А. Еленевскому, на облесенных с песчаными поч вами водосборах при слабой и растянутой волне половодья, замедленной скорости течения преобладают песчаные отло жения. На обезлесенных водосборах с плодородными распа ханными почвами при довольно быстром прохождении по лых вод на поймах преобладают глинистые отложения. Полые воды, не имеющие течения, в состоянии отложить лишь самую незначительную пленку илов. На реках с чис тыми водами (Днепр, Припять, верховья Камы) эта пленка
совершенно неощутима. Л. И. Прасолов считает |
схему |
|
В. Р. Вильямса приемлемой лишь в самой |
общей |
форме, |
так как она не учитывает многие природные |
явления. |
|
Почвы пойм постоянно развиваются и изменяются в связи с изменением условий и факторов их образования. В естественных условиях на неосвоенных поймах с прекраще нием отложения аллювия аллювиально-луговые почвы по-
18
степенно переходят в соответствующие зональные почвы, а в притеррасных частях —• в торфяники. Торфообразование развивается при активной деятельности микроорганизмов. Торфяные залежи по богатству микроорганизмами прибли жаются к наиболее плодородным почвам.
Развитию жизнедеятельности бактерий в низинных боло тах способствуют обильное минеральное питание и нейт ральная или слабощелочная реакция среды. Органическое вещество быстро разлагается и превращается в минеральные соединения и богатый азотом гумус. Аэробные процессы имеют основное, анаэробные'•—второстепенное значение в разложении торфа. Чем меньше влаги и больше кислорода
итепла, тем сильнее разлагается торф. Микробиологические исследования на опытных площад
ках древнеозерной Сашниковской поймы р. Клязьмы, вы полненные И. П. Бабьевой, обнаружили высокую биогенность пойменных почв по сравнению с дерново-подзолисты ми почвами водосбора.
Наибольшее количество микроорганизмов содержится в луговой почве центральной поймы и верхнем горизонте торфяно-глеевой почвы притеррасной поймы.
В дерново-подзолистых почвах поймы и коренного берега преобладает грибной процесс разложения клетчатки, в лу говых почвах — бактериально-грибной и в торфяно-гле- евых — бактериальный.
Численность почвенной микрофлоры изменяется в за висимости от водно-воздушного и теплового режимов почвы.
Исследования М. Ф. Бабайцевой на осушенном торфя нике поймы р. Яхромы показали, что с повышением интен сивности осушения увеличивается количество азотфиксирующих бактерий и бактерий, переводящих органическое вещество в усвояемые формы.
Неосушенные болотные почвы характеризуются постоян ной избыточной влажностью, недостатком воздуха,-низкой температурой вследствие большой теплоемкости содержа щейся в них воды (холодные почвы). Почвенный воздух со держит недопустимо большое для культурных растений количество углекислоты, метана, а почвенно-грунтовые во ды — сероводорода. После проведения гидромелиоратив ных мероприятий и освоения заболоченных пойм они в те чение нескольких лет превращаются в плодороднейшие угодья.
Несмотря на большое сельскохозяйственное, значение пойменных почв, до сих пор нет единой классификации и
19