Бабиков Б. В. Гидротехнические мелиорации (2002)

неосушенных болотах имеется, как правило, выпуклая централь­ ная часть и краевые ложбины на границе торфяной залежи с не­

заболоченной частью водосбора. Сток с болот и его внутригодо­ вое распределение обусловлены, в основном, различием водо­ пропускной способности деятельного и инертного горизонтов. При весеннем снеготаянии, на период которого приходится боль­ шая часть годового стока, талые воды быстро сбрасываются с

центральных участков болота по деятельному горизонту в крае­

вые ложбины. По ложбинам вода поступает в водотоки и питает

реки. Этим вызывается быстрый подъем воды в реках весной.

Летом грунтовые воды понижены часто за пределы деятельного горизонта и сток по нему либо прекращается, либо остается край­ не низким. Если в краевых ложбинах нет воды, то ее сток в ру­

чьи с болот также прекращается или оказывается незначитель­ ным. Длительность прекращения стока летом может достигать

на неосушенных болотах как нескольких дней (в сырые годы), так и месяцев (в засушливые годы). Гидрограф стока имеет рез­

кие подъемы весной, часто осенью, иногда летом при выпаде­ нии ливневых дождей.

На осушенных болотах формирование и внутригодовое распреде­

ление стока иное. В результате осушения в почве создается сво­

бодная от воды порозность, обеспечивающая аккумуляцию осад­

ков и постепенный отвод их в осушительные каналы и водотоки.

Кроме того, каналы за счет кривой депрессии (гл. 5.7), увеличивая уклон грунтовых вод, способствует стоку воды. Поэтому длитель­ ность бессточных периодов (нулевого стока) уменьшается в несколь­

ко раз по сравнению с неосушенными болотами.

5.5. Категории осушаемых земель и объекты осушения

При лесохозяйственном производстве осушению в OCHOBHOr-.'1 под­

лежат следующие категории земель: избыточно увлажненные зеi\l­

ли лесхозов ~ парклесхозов; лесопарки и парки; земли ПИТОI\НШКОВ

ПО выраЩИ:ВЮIИЮ посадочного материала для лесных культур и

озеленения' населенных мест; сельскохозяйственные угодья лесхо­

зов и llapk-леСХО'30В. Осушение земель каждой категории имеет свои

особеll ности.

90

Площадь земель, испытывающих избыточное увлажнение, в гос­ лесфонде Российской Федерации (рис. 30) составляет 224,3 МЛН.га, или около 22 % общей площади лесных земель [зо}.

Рис. 30. Распр~делсние гидро~!е:lИоративного фонда по вида;\! зе;\!СJlЬ, ~!ЛН. га

в европейской части наибольшая заболоченность лесного фон­ да наблюдается в Калининградской области - около 90, в Псков­

ской - 51, Архангельской - 45, Ленинградской - 44, Вологодской -

41, Новгородской - 36%. В Западной Сибири 65 % заболоченных леСНblХ земель приходится на Новосибирскую обл., 53 - на Омскую и 47 % - на Томскую обл. 8 Беларуси 21 % заболочеННblХ земель.

ГидромелиораТИВНblЙ фонд этой республики составляет 1,547 МЛН.га.

Общая площадь гидромелиоративного фонда в Северо-Западном

районе европейской части страны составляет СВblше 42 МЛН.га, в

Западной Сибири более 67 МЛН.га.

ОбъеКТbl осушения леСНblХ земель можно разделить на три основ­

ных типа: 1) болота с мощностью торфа не менее 30 Cr-.·1 и с посто­

ЯННblМ избblТОЧНblМ увлажнением; 2) заболоченные земли с мощ­ ностью торфа менее 30 см, характеризующиеся ПОСТОЯННblМ избbl­

ТОЧНblМ увлажнением; 3) BpervleHHo избblТОЧНО увлажнеННblе земли,

на которых торфа нет, а избblТОК влаги наблюдается только весной

и осенью и в отдеЛЬНblе i\'1НОГОВОДНblе пеРИОдbl года.

Осушение переувлажнеННblХ земель любblХ категорий может быть

полеЗНblМ в целях леСОВblращивания. Однако лесоводственная

эффективность осушения (гл. 1О) дЛЯ раЗНblХ объектов различна.

91

Исследованиями установлено весьма слабое улучшение роста леса при осушении сфагновых болот. В России малозольные верховые

сфагновые болота широко используют для добычи подстилочного торфа, применяемоro на животноводческих фермах, с дальнейшим

применением его в виде удобрения. Торф используется также для

брикетирования и сжигания в качестве топлива и в других целях. Поэтому большую часть болот верхового типа осушать для ле­

сохозяйственных целей нецелесообразно. Для ограничения разрас­ тания в стороны сфагновые болота следует ограждать защитными

каналами.

Низинные болота характеризуются высоким содержанием пита­ тельных веществ. В связи с широким развитием работ по освоению Нечерноземной зоны осушение таких болот должно производиться

С учетом возможности их сельскохозяйственного использования.

Земли временного избыточного увлажнения обычно заняты дре­ востоями II-II1 классов бонитета. Осушение таких земель может

улучшить рост леса до 1-11 классов бонитета, Т.е. относительное увеличение прироста в этом случае небольшое.

Всеверных районах европейской части страны и многих райо­

нах Сибири дополнительный прирост древесины после осушения

пока остается низким. Есть и другие ограничительные факторы для

полного освоения гидромелиоративного фонда.

Вкачестве первоочередного этапа рекомендуются к осушению

38 МЛН.га, из них в европейской части - около 26 млн. га лесных

земель, расположенных преимущественно на Северо-Западе. На­

мечаемые к осушению объекты в основном представлены заболо­

ченными землями, переходными и частично низинными болотами.

Земли временно избыточно увлажненные в лесохозяйственных це­ лях осушаются редко, так как здесь и без осушения произрастает

древостой 11-111 классов бонитета. Осушать их целесообразно в ле­

сах зеленых зон в эстетических целях.

•

.5.6. Способы и методы осушения

Осушение земель в лесном и садово-парковом хозяйствах про­

водят в основном двумя способами - открытыми каналами и закры­

тым дренажем. Лесные земли осушают преимущественно откры-

92

тыми каналами, в садово-парковом хозяйстве используют также дренаж. Применяют два метода осушения: 1) ускорения внутрен­ него стока с отводом воды через почвогрунт ниже основной массы корней или через корнеобитаемую зону; 2) ускорения поверхност­

ного стока.

В основу выбора метода и способа осушения положен тип вод­ ного питания и способ отвода избыточной воды. При атмосферном водном питании осушение должно быть основано на ускорении внут­

реннего или поверхностного стока. Дnя этого устраивают открытые каналы. При грунтовом и грунтово-напорном питании отдается пред­ почтение ускорению внутреннего стока ниже корнеобитаемой зоны

путем понижения уровня грунтовых вод открытыми каналами или

закрытым дренажом. Для перехвата притока грунтовых вод при

неглубоком их залегании можно устраивать перед осушаемым учас­

тком специальные ловчие каналы. При склоновом водном питании рекомендуется устройство со стороны склона нагорных каналов с целью перехвата поступающего склонового стока. В условиях на­

мывного водного питания гидромелиоративные мероприятия долж­

ны быть направлены на исключение затопления участков во время

половодий и паводков. В этих случаях необходимо или регулировать

речной сток путем его ускоренного сброса по рекам, или задержи­

вать его в верховьях рек и их притоков с помощью водохранилищ,

или устраивать дамбы для защиты затапливаемых участков.

5.7. Действие осушительных каналов

Теоретические основы современной гидрологии земель пост­

роены на изучении физических характеристик почвогрунтов, оп­

ределяющих их водный режим. Гидрологический режим терри­

тории есть функция прихода и расхода влаги, определяющая глу­

бину расположения уровней грунтовых вод и их динамику. Осу­

шение земель воздействуя на баланс влаги коренным образом

изменяет режим грунтовых вод. После осушения почвенно-грун­

товые воды почти постоянно находятся ниже поверхности почвы ,

особенно возле осушительных каналов. Поскольку с ближайших

к осушителям участков грунтовая вода проходит меньший путь

при движении к каналам , чем с удаленных, и встречает меньше

93

сопротивления движению благодаря большим уклонам, то вблизи

осушительного канала наблюдается большее понижение грунтовых

вод с постепенным ПОВblшением их по мере удаления от канала.

На участках, осушеННblХ системой параллельных каналов, фор­ мируются кривые депрессии уровней грунтовых вод (рис. 31). На­

личие уклона в сторону каналов создает впечатление, что движе­

ние грунтовой воды происходит в соответствии с уклоном кривой

депрессии. Фактически движение воды подчиняется более слож­

ным законам.

Рис. 31. Кривая депрессии уровня грунтовых вод на осушенных зеi\IЛЯХ

Исследованиями Н.Е. Жуковского установлено, что грунтовая

вода может поступать в каналы по всему поперечному профилю

ниже уровня грунтовых вод, включая и дно канала. Это движение

происходит под действием давления, создаваемого разностью уров­

ней грунтовой воды на полосе между каналами и воды в канале,

определяемого величиной напора Н. Количество поступающей воды

в каналы и величина стока примерно пропорциональны, как это

установлено проф. Х.А. Писарьковым, квадрату напора:

(85)

где q - модуль стока; С - коэффициент, зависящий от типа почв и расстояний между каналами; Н - величина напора (см. рис. 31).

Теоретически понижение грунтовых вод может распространяться на очень большие расстояния от каналов. Однако сопротивления,

встречаемые движущейся водой в грунте, уменьшают, согласно за­

кону Дарси, скорость фильтрации, ограничивают действие каналов определенными, довольно небольшими расстояниями. Скорость

движения и ко~ичество грунтовои воды, поступающеи в каналы,

следовательно; и режим грунтовых вод зависят от величины напо­

ра и изменения водопроницаемости грунта с глубиной, а на торфя­ ных почвах - и от глубины залегания водоупора. На мелких торфя­ никах водоупором является минералЬНblЙ грунт, подстилающий

94

торф. На болотах с большой глуби ной торфа водоупором может

оказаться хорошо разложившийся плотный торфяный горизонт.

ВерхнИЙ слой залежи выполняет функции деятельного горизонта (гл. 5.4), и торфяник приобретает двухслойный характер.

Наблюдения показали, что на маломощных однослойных торфяни­

ках (табл. 14) действие каналов распространяется на всю полосу меж­

ду каналами. При расстоянии между каналами 128 м посередине между ними отмечено понижение грунтовых вод до 60 см. В таких

условиях формируется полноценная сомкнутая кривая депрессии

уровней грунтовых вод. На двухслойных торфяниках при том же

.расстоянии между каналами грунтовые воды понизились только до

22 см, а практически действие каналов прекращалось на расстоянии

30-40 м. Уровни грунтовых вод образуют не кривую депрессии, а

только кривые спада уровней. Еще меньше влияние каналов на мел­ ких торфяниках, залегающих на тяжелых грунтах. В таких услови­

ях их действие прекращалось на расстоянии 15-20 м от каналов.

ТаБЛZLЦа /4 СреДНllе многолетнне уровни грунтовых вод, см, по мере удаления от

каналов на торфяниках с разным строением залежи

По исследованиям проф. Х.А.Писарькова, в условиях, где фор­

мируется кривая депрессии, обеспечивается более устойчивое осуше­

ние. Каналы отводят всю воду с полосы между ними. Дополнительного

подтока со стороны нет. Каналы действуют в условиях сфОР"'1Ирован­

ного внутреннего водного питания. В тех случаях, когда формируются ТОлько кривые спада и уровни грунтовых вод понижаются до опреде­ ленного расстояния от каналов, а далее остаются на той же глубине, как

и до осушения, имеется постоянный приток воды со стороны. Каналы

95

действуют в условиях внешнего водного питания. Возможность при­

тока воды со стороны уменьшает расстояние действия каналов.

Подавляющая масса воды перемещается выше водоупора. При залегании его ниже дна каналов нет особых препятствий для пос­ тупления воды по всему профилю канала, включая и дно. Линии отекания грунтовых вод при глубоком залегании водоупора приве­

дены на рис. 32, а. В этом случае действие осушительных каналов проявляется сильнее и их можно располагать на большем расстоя­ нии друг от друга, определяемом характером грунта и глубиной

каналов.

/777777777/777777////777777777

а

*п~~

6

Рис. 32. Действие осушительной сети на болотах с разной глубиной торфа

в зависимости от характера rюдстилающих грунтов

При близком залегании водоупора поступление воды в каналы

затруднено водоупорным горизонтом, коэффициент фильтрации которого ничтожно мал. В этом случае вода в каналы поступает в основном TOJV>KO через откосы каналов выше водоупора. Исследо­

ваниями К.9.Лундина [15] установлено, что увеличение степени

разложения' на 1О % уменьшает коэффициент фильтрации пример­ но в 10 раз.

В наших исследованиях на слоистых торфяниках, где верхний

слой торфа со степенью разложения 5-100/0 подстилался торфом со

96

степенью разложения 30-400/0, коэффициент фильтрации верхнего

слоя был равен 0,028 см/с, а нижнего подстилающего 0,0026 см/с.

Действие каналов на мелких торфяниках с водонепроницаемым ло­ жем и на слоистых торфяниках снижается (рис. 32, б). Для обеспече­

ния необходимой величины понижения почвенно-грунтовых вод не­

обходимо уменьшение расстояний между каналами (рис. 32, в). При осушении мелких торфяников на песках возможно увели­

чение расстояний между каналами, если имеется отвод воды из пес­

чаного горизонта, во избежание иссушения торфа.

5.8. Норма осушения

Понятие «норма осушения» введено в гидромелиоративную на­ уку академиком А.Н.Костяковым [11]. Под нормой осушения для

земель, используемых в лесном хозяйстве, понимается величина,

на которую следует понизить грунтовые воды для создания опти­

мального водно-воздушного режима почв и нормального роста дре­

востоя. На участках, где достигнута норма осушения, можно выра­

щивать древостой максимально возможной в данных почвенных условиях производительности, определяемой плодородием почвы.

В идеальном случае норму осушения следует обеспечивать с нача­

ла роста растений весной и поддерживать на протяжении всего пе­

риода вегетации, желательно также не допускать подтопления кор­

необитаемой зоны и вне этого периода.

Максимальный эффект улучшения роста леса может быть полу­

чен при условии соблюдения нормы осушения на всей полосе меж­

ду осушительными каналами с весны до осени. Однако в природ­

ной обстановке невозможно обеспечить понижение уровней воды

в почве весной к началу роста и поддерживать их на заданной глу­

бине в течение всего периода вегетации. Следует учитывать также,

что поскольку между осушительными каналами грунтовые воды

располагаются по кривой депрессии, то их уровни различны и по

мере удаления от каналов.

Сложность вопроса вызвала необходимость многочисленных ис­

следований для установления норм осушения. Первые придержки

На основе собственных исследований и литературных данных про­

вел академик А.Д. Дубах. Он отмечал, что для лесовыращивания

о

Рис. 33. Динамика грунтовых вод на осушенных болотах (205, 130,65 м - расстояния между каналами на верховом и 128 м - на переходном)

от грунтовых вод. Наиболее высокие за период вегетации (май-сен­ тябрь) уровни грунтовых вод наблюдаются в мае. Положение грун­

товых вод в этом месяце существенно определяет рост леса на осу­

шенных землях, поскольку начинается рост древесных растений.

Поэтому в качестве придержек к норме осушения недостаточно при­ нимать только среднюю за период вегетации глубину грунтовых вод, необходимо указать и требуемую глубину на период начала активного роста леса в высоту (табл.

Та6лzща 16

Глубина ГРУНТОВЫХ вод (см) при осушении ТОРфЯНblХ почв дЛЯ СОСНОВЫХ

древостоев

среднем за май-сентябрь

Необходимая величина понижения почвенной воды в мае в силь­ Ной степени зависит оттипа почвы. На почвах верховых болот, бед­

Ных по содержанию питательных веществ, необходимо большее

Понижение грунтовых вод, чем на богатых переходных. Меньшая

99