Гидротехнические мелиорации

21

совыми веществами, образуя железоорганические соединения. Отсутствие железа вызывает у растений хлороз, а высокое содержание двухвалентной формы токсично для растений.

Следовательно, показатели плотности, зольности, степени разложения определяют богатство болотных почв, содержание в них элементов питания, что имеет большое значение для оценки лесомелиоративных свойств осушенных земель.

Под влиянием осушения и связанных с ним изменений в почве корни деревьев осваивают более глубокие горизонты. Вследствие этого, а также усиления микробиологических и биохимических процессов возрастает запас азота и других питательных веществ, доступных растениям.

Данные о запасе питательных веществ различных видов торфа (низинного, переходного и верхового) необходимы для выявления наиболее перспективных объектов гидролесомелиорации.

1.5. Водный режим осушаемых торфяных почв

Водный режим является одним из определяющих экологических факторов жизни растений. Важным показателем характера увлажнения служит уровень грунтовых вод (УГВ). Именно УГВ определяет формирование болотных экосистем в данном регионе. Изменение климатических факторов по годам, а также сезонная периодичность обусловливают колебания УГВ как в течение сезона, так и в различные годы.

После весеннего таяния снега почвенно-грунтовая вода довольно долго стоит близ поверхности почвы. В середине лета уровень ее падает, а осенью снова несколько повышается. Из-за длительного весеннего переувлажнения верхнего горизонта почвы начало вегетации древесных пород в болотных лесах запаздывает, что приводит к сокращению роста болотных древостоев.

22

Несмотря на более высокий уровень почвенно-грунтовой воды, болотно-травяные ельники характеризуются гораздо лучшими таксационными показателями, чем сосняки кустарничково-сфагновые. Так, запас древесины на 1 га в ельниках болотно-травяных 100 - 150-летнего возраста составляет 100 - 180 м3. Причина крайне низкой продуктивности сосняков заключается не только в бедности верхового сфагнового торфа питательными веществами, но и в том, что при летнем понижении уровня почвенно-грунтовой воды верхний слой малоразложившегося влагоемкого сфагнового торфа остается полностью насыщенным водой. Это затрудняет проникновение

ккорням атмосферного кислорода, препятствует отправлению ими функций дыхания и всасывания водных растворов, а также подавляет жизнедеятельность микоризы.

Важным показателем производительности почвы служит ее биологическая активность, т.е. степень развития в ней физиологических и биохимических процессов, совершающихся под воздействием населяющих почву корней растений, беспозвоночных животных, бактерий, водорослей и грибов. Основная масса организмов, участвующих в жизни почвы, относится к группе аэробных, нуждающихся в снабжении почвы кислородом. Поэтому аэрация почвы является необходимым условием ее биологической активности. Так как в болотных почвах из-за высокой влажности наиболее аэрирован лишь самый верхний слой, в нем и сосредотачивается основная деятельность почвенных организмов.

Неблагоприятные условия произрастания древесной растительности на неосушенных болотных почвах ограничивают породный состав болотных лесов лишь теми представителями древесной растительности, которые в той или иной степени приспособлены

кдлительному переувлажнению почвы, слабой аэрации и недостатку питательных веществ, пригодных для восприятия корнями. К таким породам у нас относятся сосна обыкновенная, лиственница, ель, береза пушистая и отчасти бородавчатая, ольха черная и серая и не-

23

сколько видов ивы. Однако среди перечисленных пород также есть виды более или менее стойкие к заболачиванию и сопутствующим ему явлениям. Так, наибольшей стойкостью отличается сосна, выносящая застойное увлажнение на кислых и бедных кальцием и питательными веществами почвах верховых болот.

1.6. Экологическое обоснование мелиорации

Повышение производительности лесов остается главной задачей лесного хозяйства Российской Федерации. В достижении ее важная роль отводилась и, безусловно, будет отводиться осушению переувлажненных земель, или гидролесомелиорации. Благодаря этому мероприятию заметно возрастает прирост древесины, улучшается ее товарная структура, расширяется покрытая лесом площадь за счет облесения болот, создаются условия для увеличения заготовки сосновой живицы, побочного пользования, лесоотпуска и, в частности, для поддержания последнего на оптимальном уровне в хозяйствах с истощенной лесосырьевой базой на суходолах. С помощью гидролесомелиорации можно активно влиять на биоразнообразие, создавать новые экологические ниши для зверей и птиц, повышая продуктивность охотничьих угодий, а также регулировать накопление радионуклидов древесными растениями в зонах катастроф, подверженных радиоактивному загрязнению. Гидролесомелиорация оказывает в целом благотворное влияние на климат, водный режим рек, условия жизни и труда людей.

Многочисленными работами было убедительно доказано, что по степени влияния осушения на повышение производительности лесов, длительности сохранения данного эффекта и комплексному положительному значению для лесного хозяйства гидролесомелиорация должна и может занять в перспективе ведущее положение в ряду других хозяйственных мероприятий во многих регионах России.

24

Вевропейской части России мелиорировано около 6,0 млн. га. Необходимо изучить, оценить и предвидеть как положительные, так

иотрицательные последствия гидролесомелиорации на трансформацию естественных биогеоценозов.

Учитывая невозможность сохранения всех болот в естественном состоянии и высокие темпы воздействия на них, необходимо решить вопрос об оптимальном соотношении осушенных и неосушенных земель, так как для каждого региона существует определенный экологический предел мелиоративных мероприятий, который обеспечивает сохранение экологического равновесия в природе.

Внастоящее время в силу экономических и ряда других причин новое лесоосушение в Российской Федерации практически не проводится. Многие лесоосушительные системы либо вышли из строя, либо находятся в неудовлетворительном состоянии. Сведены к минимуму объемы капитального ремонта и реконструкции лесоосушительных систем. Растут площади, нуждающиеся в проведении всех видов ухода и ремонта на каналах осушительной сети. Часть ранее осушенных земель вторично заболотилась, и этот процесс продолжается. Площадь осушаемых земель с удовлетворительным регулированием водного режима не превышает 3,5 млн. га.

Перед гидролесомелиораторами России стоят новые задачи. В первую очередь необходима инвентаризация всех объектов гидролесомелиорации, следует сохранить наиболее ценные леса на осушаемых землях, провести на них неотложные работы по капитальному ремонту и реконструкции лесоосушительных систем. Решение указанных задач должно быть увязано с требованием рационального природопользования и направлено на обеспечение устойчивого управления ресурсами переувлажненных земель, контролируемого равновесия, биоразнообразия и улучшения эстетических свойств ландшафтов с максимальным использованием опыта и достижений предшественников.

25

При проведении мелиоративных мероприятий происходит самое непосредственное воздействие на природу. В этом смысле все мелиоративные мероприятия служат целям улучшения и охраны природы мелиорируемых объектов. В то же время необходимо предусматривать и более отдаленные последствия мелиорации как на самих мелиорируемых объектах, так и на смежных территориях, которые могут быть вовлечены в сферу влияния ранее проведенных мероприятий. Экологическое обоснование мелиорации – важнейшее направление экологии. В силу экологического принципа неопределенности или неполноты информации о природных процессах любое техническое вмешательство в экосистемы должно соизмеряться с вековым опытом хозяйственной деятельности человека. Очевидно, назрела необходимость в новой научной дисциплине как теоретического, так и практического направления – «Экологические мелиорации».

26

2

ЭЛЕМЕНТЫ ОСУШИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ И РАСПОЛОЖЕНИЕ ЕЕ В ПЛАНЕ

Осушительная система – комплекс инженерных сооружений, устройств и мероприятий, которые обеспечивают создание оптимального водного режима переувлажненных земель. Лесоосушительная система состоит из регулирующей, ограждающей и проводящей сети, водоприемника, гидротехнических сооружений, дорожной сети, эксплуатируемых сооружений, осушаемых земель и проводимых на них мероприятий.

Регулирующая сеть служит для понижения грунтовых и отвода поверхностных вод. Она включает мелкие каналы – осушители (ОС) и гидрологические собиратели (С).

Проводящая (транспортирующая) сеть предназначена прово-

дить (транспортировать) воду с осушаемой площади в водоприемник. Она состоит из транспортирующих собирателей (ТС) и магистральных каналов (МК), связывающих регулирующую сеть с водоприемником.

Оградительная сеть включает:

а) ловчие каналы (ЛК), которые служат для перехвата выклинивающихся на склонах грунтовых вод и проектируются вдоль линии выхода этих вод;

б) нагорные каналы (НК), предназначенные для перехвата вод. Схема размещения каналов осушительной сети приведена на

рис. 1.

Водоприемники необходимы для приема воды из осушительной сети. Водоприемниками могут служить ручьи, реки, озера, водохранилища, карстовые воронки, балки и др.

27

Рис. 1. Схема размещения осушительных каналов при систематическом осушении участка

Гидротехнические сооружения на открытой осушительной сети подразделяются на три типа: дорожно-транспортные, сопрягающие регулирующие. К дорожно-транспортным относятся мосты, трубыпереезды, пешеходные мостики; к сопрягающим – перепады, быстротоки; к регулирующим – шлюзы-регуляторы.

На осушаемых участках предусматривается строительство сети служебно-эксплуатационных дорог (ΙΙΙ типа), достаточной для обеспечения транспортом выполнения планируемых лесохозяй-

28

ственных мероприятий и текущего ухода за каналами осушительной сети.

Расположение осушительной сети в плане определяется: а) типом и интенсивностью водного питания; б) типом леса, характером почв и подстилающих фунтов;

в) рельефом и конфигурацией осушаемого участка; г) хозяйственно-эксплуатационной организацией территории;

д) существующей сетью каналов, пригодных для дальнейшей эксплуатации (без ремонта и с ремонтом), дорогами, квартальными просеками, расположением сооружений.

При проектировании регулирующей сети необходимо руководствоваться следующими основными положениями:

1)трассы регулирующей сети, по возможности, должны быть приурочены к существующим просекам и дорогам;

2)расположение регулирующей сети должно обеспечить поступление в каналы избыточных вод в наибольшем количестве и по кратчайшему пути. В целях наиболее полного перехвата поверхностных и грунтовых вод каналы регулирующей сети должны быть, как правило, расположены под острым углом к горизонталям рельефа;

3)каналы регулирующей сети должны располагаться на местности с увеличением глубины торфа и к их устью;

4)на оторфованных площадях следует стремиться прокладывать каналы по равномерной глубине торфа, так как чередование глубоких и мелких торфов приводит к неравномерной просадке дна каналов и размыву его на минеральных грунтах;

5)сопряжение каналов регулирующей сети с собирателями в плане проводится под углом в 60 - 90°. Следует стремиться проектировать двустороннее впадение регулирующей сети в проводящие каналы;

6)тальвеговые каналы должны располагаться по самым низким местам: ложбинам, лощинам, низинам;

29

7) каналы регулирующей сети должны быть параллельны между собой, а длина их, как правило, должна составлять от 500 до 1500 м в зависимости от условий рельефа, расстояний между собирателями и хозяйственно-эксплуатационных условий.

Основное значение при проектировании осушительной сети имеет рельеф. Поэтому необходимо изучить рельеф участка и определить уклоны поверхности для его характерных частей (по расстоянию между горизонталями).

Уклон вычисляется по формуле

где l – длина линии, перпендикулярной горизонталям; h – разность отметок между горизонталями.

Затем определяется средний (арифметический) уклон для каждой выделенной на плане части.

30

3 ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Основной задачей гидрологических расчетов является определение расходов воды для проектируемых каналов и сооружений. Основные расчеты делаются на основании Свода правил по проектированию и строительству СП 33-101-2003, в котором предусмотрены различные варианты расчетов.

При осушении лесных земель, объектов садово-паркового и ландшафтного строительства за расчетные расходы принимаются:

1) расходы весеннего половодья с вероятностью превышения 5 %, на пропуск которых рассчитываются отверстия мостов и труб на лесохозяйственных дорогах;

2) расходы весеннего половодья с вероятностью превышения

25 %, при пропуске которых проверяется устойчивость откосов и дна каналов на размыв;

3)расходы летне-осенних паводков с вероятностью превышения 25 %, на пропуск которых рассчитываются поперечные сечения проводящих каналов;

4)расходы меженного периода с вероятностью превышения 50 % для определения минимальных незаиляющих скоростей расчетных горизонтов воды для сопряжения дна каналов разного порядка и высоты искусственного крепления русла каналов в неустойчивых грунтах.

Рассмотрим методы определения расчетных максимальных расходов воды при отсутствии гидрометрических наблюдений.

В основу расчетов была положена классификация рек Российской Федерации, представленная в табл. 1.