CC BY
2
http://vestnik-
:-nauki.ru
ISSN 2413-9858
Обзорная статья УДК 626.86
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ МЕЛИОРАЦИИ ПОЛЬДЕРНЫХ ЗЕМЕЛЬ
Н.Р. Ахмедова1^
1 Калининградский государственный технический университет, Калининград, Россия *E-mail: [email protected]
Аннотация. Интенсивное земледелие в природно-климатических условиях Калининградской области требует проведения мелиоративных мероприятий по улучшению водного режима почвы и инженерной защиты польдерных земель от затопления. Польдеры -это сложные природно-техногенные системы, которые в результате длительной трансформации образуют уникальные польдерные ландшафты. Большая часть польдерных земель на территории области осушена. Интенсификация сельскохозяйственного производства, которая отмечается в последние годы, требует повышения технического уровня осушительных мелиоративных систем. При этом необходимо учитывать влияние мелиоративных мероприятий на компоненты природной среды. Все это требует решения ряда технических и научных вопросов. Целью данной работы является анализ данных, посвященных исследованию влияния мероприятий осушительной мелиорации на польдерах на водные объекты и прилегающие территории. Основной метод исследования - анализ информации, полученной из научных публикаций в области исследования польдерных систем. Определено, что мелиоративные системы и гидросооружения на польдерах значительно влияют на речной сток и гидрологический режим прилегающих территорий. Для эффективного управления водными ресурсами польдеров необходимо учитывать не только природно-климатические условия, но и режим работы насосной станции. Кроме того, явно прослеживается экологический аспект во взаимодействии элементов польдерной системы. Обзор научных работ по данной проблеме показал, что подробные всесторонние исследования по вопросу взаимодействия элементов польдерных систем, расположенных на территории Калининградской области, в настоящее время не проводятся и существует необходимость в расширении научных исследований в области взаимодействия элементов польдерных систем и их влияние на экосистему.
Ключевые слова: польдер; Калининградская область; осушение; мелиорация; речной
сток
Для цитирования: Ахмедова Н.Р. Некоторые вопросы мелиорации польдерных земель // Вестник науки и образования Северо-Запада России. 2024. Т.10, №3. С. 67-74.
Review article
1 Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, Russia *E-mail: [email protected]
Abstract. Intensive farming in the natural and climatic conditions of the Kaliningrad region
SOME ISSUES OF POLDER LAND RECLAMATION
N.R. Akhmedova1^
© Ахмедова Н.Р. 2024
requires melioration measures to improve the soil water regime and engineering protection of polder lands from flooding. Polders are complex natural and man-made systems that form unique polder landscapes as a result of long-term transformation. Most of the polder lands in the region are drained. The intensification of agricultural production, which has been observed in recent years, requires an increase in the technical level of drainage melioration systems. At the same time, it is necessary to take into account the impact of melioration measures on the components of the natural environment. All this requires solving a number of technical and scientific issues. The purpose of this work is to analyze data on the study of the impact of drainage melioration measures on polders on water bodies and adjacent territories. The main research method is the analysis of information obtained from scientific publications in the field of polder systems research. It has been determined that melioration systems and hydraulic structures on polders significantly affect river runoff and the hydrological regime of adjacent territories. For efficient management of water resources of polders it is necessary to take into account not only natural and climatic conditions, but also the operating mode of the pumping station. In addition, the ecological aspect is clearly traced in the interaction of polder system elements. A review of scientific works on this problem showed that detailed comprehensive studies on the issue of interaction of polder system elements located in the Kaliningrad region are currently not carried out and there is a need to expand scientific research in the field of interaction of polder system elements and their impact on the ecosystem.
Key words: polder; Kaliningrad region; drainage; melioration; river runoff.
For citation: Akhmedova N.R. Some issues of polder land reclamation // Journal of Science and Education of North-West Russia. 2024. Vol.10, No.3, pp. 67-74.
Введение
Природно-климатические условия Калининградской области не позволяют вести сельскохозяйственное производство без мероприятий осушительной мелиорации. Практически все земли области, имеющие сельскохозяйственное назначение (53 % территории области1), мелиорированы. Важное место в земельном фонде региона занимают польдеры, которые, как правило, обладают высоким естественным плодородием и представляют высокую ценность для растениеводства [1-5].
Польдерные земли представляют собой пониженные участки суши, которые ограждены дамбами, при этом обвалованная территория осушается. Образованные в результате гидротехнического строительства, в ходе длительной трансформации эти земли сформировались как уникальные польдерные ландшафты, одним из основных назначений которых является защита прилегающей территории от затопления.
Основные массивы польдерных земель Калининградской области расположены в пойме реки Неман, на побережье Куршского и Калининградского (Вислинского) заливов. От затопления со стороны водных объектов данные участки защищены дамбами, а обвалованные территории осушаются преимущественно открытой сетью каналов с помощью механического водоподъема. Из общей площади польдеров региона около 80 % расположено в дельте реки Неман [3, 6-7] и все польдерные системы (ПС) классифицируются как незатапливаемые (зимние).
Дельтовая равнина Немана занимает всю Нижненеманскую низменность и характеризуется плоским рельефом со слабым уклоном (рисунок). Одним из основных факторов формирования водного режима р. Неман является сток с водосбора. Можно предположить, что значительная доля осушаемых земель в структуре площади водосбора
1 Государственный доклад «Об экологической обстановке в Калининградской области в 2022 году» // Правительство Калининградской области. Калининград, 2023. 201 с.
68
может влиять на гидрологические характеристики р. Неман и малые водотоки Неманской низменности.
Рисунок - Физическая карта Калининградской области2 Цель данной работы - анализ данных, посвященных исследованию влияния мероприятий осушительной мелиорации на польдерах на водные объекты и прилегающие территории.
Методика и результаты исследования
Основная задача управления ПС - поддержание необходимого уровня воды, при этом должны учитываться последствия принятых мероприятий. Различным вопросам исследования ПС посвящено большое количество научных публикаций [8-19].
В [8] рассмотрены механизмы и результаты влияния мелиорации на речной сток. Автор работы проанализировал уровни воды в р. Припяти по данным многолетних измерений на трех водомерных постах. При этом наблюдения были разделены на периоды по степени влияния ПС и мелиоративных мероприятий на водосборе на гидрологический режим р. Припяти. В результате было установлено, что:
1) осуществление мелиоративных работ по осушению на водосборе реки вызвало сокращение продолжительности затопления поймы;
2) в период, когда основная часть дамб не была построена и мероприятия по осушению не оказывали еще значительного влияния на гидрологический режим, максимальные уровни весеннего половодья 1%-ной и 5%-ной обеспеченности на всех водомерных постах были выше.
В работе [9], посвященной вопросам управления водными ресурсами польдеров в Нидерландах, отмечается, что одним из основных последствий применения осушительных
2 Географический атлас Калининградской области. Калининград. 2002. 276 с.
69
мелиоративных мероприятий на ПС, является высокий риск пиковых расходов, которые вызваны интенсивными осадками. Проблема усугубляется тем, что в исследуемых районах штормовые явления стали более экстремальными и количество хорошо проницаемых поверхностей значительно сократилось. Авторы работы предлагают метод управления, который называется Cascade PI-Control, предусматривающий задержание воды в верхнем бьефе до тех пор, пока не наступит возможность сбросить ее в нижний бьеф. Тем самым реализуется стратегия «сначала удержать, затем сохранить, и только потом сбросить».
В [10] указывается, что при обваловании речного русла, которое применяют для создания ПС, характер речного потока значительно изменяется и данный факт необходимо учитывать при проектировании.
В работе [11] отмечено, что из-за изменения режима затопления поймы высокими водами после проведения мелиоративных мероприятий на них и прилегающей территории, изменились и процессы формирования пойм. Полученные автором выводы подтверждают данные многолетних наблюдений в период эксплуатации осушенных земель. При этом трансформации происходят и на пойме, и в пределах водосбора (в зависимости от условий затопления).
В [12] так же отмечают, что ПС, функционирующие в пойме реки, изменяют гидрологический режим прилегающих территорий. В работе представлены результаты исследований влияния ПС на лесные ландшафты, которые расположены в пойме р. Припять. Авторы выделили основные причины негативного воздействия ПС на лесные экологические системы: неверные проектные решения и нарушение эксплуатационного режима мелиоративных объектов.
Эксплуатация польдеров существенно отличается от эксплуатации систем самотечного осушения. Эксплуатационная откачка воды с польдеров приводит не только к колебанию уровней воды в мелиоративных каналах. В результате увеличения скорости потока в проводящей сети происходит размыв и, как следствие, отложение наносов при сбросе воды в водоприемник [3, 13-15].
В [16] представлены результаты исследования 15 почвенных профилей с шести польдеров (на территории Японии), которые имеют различные типы землепользования. В работе рассматривается влияние процессов, протекающих на ПС, на состав и свойства почв. В данном исследовании акцент делался на гранулометрическом составе почв польдеров, которые образовались на рыхлых осадочных породах. Авторами установлено, что распределение почвенных частиц (фракционный состав) и реакция почвы являются основными факторами почвообразования на польдерах. Эти данные представляют интерес для сельского хозяйства при разработке агрохимических мероприятий.
Экологический аспект взаимодействия элементов ПС рассмотрен в работах [17-19].
В [17] на примере польдеров, расположенных в Германии (среднее течение р. Эльбы), исследована проблема возникновения экологического риска при эксплуатации ПС. В речных польдерах обвалование дамбами приводит к тому, что скорость удерживаемой воды в верхнем бьефе иВБ « 0 м/с и это способствует созданию дефицита растворенного кислорода в воде. Данный показатель имеет очень важное значение для водных экосистем.
В [1 7] было установлено, что во время эксплуатации ПС Havel (Германия) концентрация растворенного кислорода в удерживаемой воде составила 0,2 мг/л, что привело к широкомасштабной гибели рыбы. На сокращение концентрации растворенного кислорода в поверхностной воде так же повлияло поступление неочищенных (недостаточно очищенных) сточных вод и затопление возделываемых сельскохозяйственных угодий, при котором потребление кислорода происходит быстрее. Авторы предлагают квазидвумерную компьютерную модель для оцени экологического риска, который появляется при эксплуатации ПС, с помощью которой можно регулировать концентрацию растворенного кислорода в воде и рекомендуют не удерживать длительное время паводковые воды.
Влияние грунтовых вод на качество поверхностных вод на польдерах, расположенных на территории Амстердама, рассмотрено в [18]. В работе проанализированы данные ежемесячных измерений концентраций загрязняющих веществ (общего азота TN, NOз, КЙ4, SO4, общего фосфора TP, Са, НСО3, О) за период с 2006 г. по 2013 г. с 14 ПС. Авторами получена высокая степень корреляционной связи между растворенными веществами грунтовых и поверхностных вод. Данный факт в совокупности с близким сходством их пространственных моделей позволяет сделать вывод о влиянии грунтовых вод на химический состав поверхностных вод, особенно на ПС с почвами, имеющими высокую скорость инфильтрации (просачивания). В [18] так же отмечается, что на качество поверхностных вод ПС имеют влияние такие факторы, как диффузные антропогенные источники загрязнения (например, внесение удобрений) и скорость перекачки воды насосом.
Влияние режима работы насосной станции на концентрацию химических веществ в поверхностной воде рассмотрено в [19]. Результаты исследований подтверждены данными мониторинга ПС, расположенной в Нидерландах. Оперативное управление насосами осуществлялось автоматически датчиками давления. При этом расход, создаваемый насосной станцией, измерялся непрерывно. Авторы рекомендуют при оценке качества воды в водных объектах ПС учитывать время отбора проб относительно часов работы насосной станции.
Заключение
Значительное количество работ в области исследования ПС связано с польдерами, расположенными на территории Нидерландов. Считается, что именно эта страна является родиной польдерного осушения и история управления водными ресурсами польдеров здесь восходит к XI веку. Более 50 % территории Нидерландов расположены на польдерах различного типа, на долю Калининградского региона приходится 70 % польдеров Российской Федерации (около 100 тыс. га). При этом подробных систематических исследований о взаимодействии элементов ПС, расположенных на территории Калининградской области, не наблюдается.
С целью создания благоприятных условий для растениеводства на польдерных землях региона, для дальнейшего развития мелиорации существует необходимость в расширении научных исследований в области взаимодействия всех элементов ПС и их влияние на экосистему.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Анциферова О. А. Изученность водного режима почв Калининградской области // Известия КГТУ 2019. № 53. С. 11-24.
2. Анциферова О. А. Гидрологический режим почв Самбийской равнины и его агроэкологическая оценка: автореф. дис. ... д-ра с.-х. наук: 03.02.13/ Анциферова Ольга Алексеевна; ФГБНУ ФИЦ «Почвенный институт им. В.В. Докучаева». М. 2022. 43 с.
3. Ватутин Г.И. Особенности природных условий и некоторые вопросы мелиорации польдерных земель Калининградской области // Природные условия мелиорации земель Калининградской области. 1977. С. 15-28.
4. Пунтусов В.Г., Диваков О.В., Лапин В.Г. Перспективы развития мелиорации земель Калининградской области // Состояние и перспективы развития водохозяйственного комплекса региона. Калининград: ФГБОУ ВПО «КГТУ». 2012. С.102-106.
5. Спирин Ю. А., Зотов С. И. Геоэкологические аспекты устойчивого развития польдерных земель в Калининградской области // Географический вестник. 2022. № 3 (62). С. 137-152. DOI: 10.17072/2079-7877-2022-3-137-152.
6. Пунтусов В.Г., Валл И.В. Разработка критериев безопасности осушительной насосной станции № 21А в Калининградской области // Вестник науки и образования Северо-Запада России. 2023. Т.9. №1. С. 56-62.
7. Пунтусов В. Г., Ерин А. А. Совершенствование реконструкции осушительных систем Калининградской области // Вестник науки и образования Северо-Запада России. 2022. Т. 8. № 1. С. 25-29.
8. Русецкий А.П. Влияние мелиорации на гидрологические характеристики р. Припяти // Мелиорация. 2010. № 2 (64). С. 27-35.
9. Overloop P. Drainage control in water management of polders in the Netherlands // Irrigation and Drainage Systems. 2006. Volume 20. P. 99-109. DOI: 10.1007/s10795-006-5424-0.
10. Михневич, Э. И. Методика гидравлического расчета обвалования рек и определения параметров оградительных дамб // Наука и техника. 2017. Т. 16. № 4. С. 298303. DOI: 10.21122/2227-1031-2017-16-4-298-303
11. Карнаухов В.Н. Динамика эрозионно-аккумулятивных процессов на осушенных поймах // Мелиорация. 2010. № 1 (63). С. 24-35.
12. Машков И. А. Булко Н.И., Шабалева М.А., Толкачёва Н.В., Москаленко Н.В. Формирование устойчивого землепользования в нарушенных лесных ландшафтах под воздействием польдерных систем // Почвенно-земельные ресурсы: оценка, устойчивое использование, геоинформационное обеспечение: материалы Международной научно-практической конференции. Минск. 2012. С. 297-299.
13. Валл Е.В., Ахмедова Н.Р. Гранулометрический состав донных отложений локальных участков реки Анграпы // Вестник науки и образования Северо-Запада России. 2019. Т. 5. № 2. С. 20-27.
14. Михневич Э.И., Русецкий А.П. Твердый сток с польдерных систем и меры снижения его влияния на водоприемники // Наука и техника. 2006. № 1. С. 15-21.
15. Карнаухов В. Н. Эрозионно-аккумулятивные процессы на открытой сети мелиоративных систем. Минск: Белорусская наука. 2013. 348 с.
16. Nishikura S., Kawahigashi M. Effect of particle size distribution of sediments on development of polder soils in Japan // J Soils Sediments. 2024. DOI: 10.1007/s11368-024-03831-9
17. Lindenschmidt K.E., Pech I., Baborowski M. Environmental risk of dissolved oxygen depletion of diverted flood waters in river polder systems - A quasi-2D flood modelling approach // Science of The Total Environment. 2009. Volume 407. Issue 5. P. 1598-1612. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2008.11.024
18. Yu L., Rozemeijer J., Breukelen B.M., Ouboter M., Vlugt C., Broers H. P. Groundwater impacts on surface water quality and nutrient loads in lowland polder catchments: Monitoring the greater Amsterdam area // Hydrology and Earth System Sciences. 2018. Volume 22. Issue 1. P. 487-508. DOI:10.5194/hess-22-487-2018
19. Grift B., Broers H. P., Berendrecht W., Rozemeijer J., Osté L., Griffioen J. High-frequency monitoring reveals nutrient sources and transport processes in an agriculture-dominated lowland water system // Hydrol. Earth Syst. Sci. 2016. Volume 20. Issue 5. P. 1851-1868. DOI:10.5194/hess-20-1851-2016
REFERENCES
1. Antsiferova O.A. Izuchennosf vodnogo rezhima pochv Kaliningradskoj oblasti [Study of the water regime of soil in the Kaliningrad region]. IzvestiyaKGTU. 2019. No. 53, pp. 1124.
2. Antsiferova O. A. Gidrologicheskij rezhim pochv Sambijskoj ravniny i ego agroekologicheskaya ocenka [Hydrological regime of soils of the Sambian plain and its agroecological assessment]: avtoref. dis. ... d-ra s.-h. nauk: 03.02.13/ Anciferova Olga Alekseevna; FGBNU FICz «Pochvennyj institut im. V.V. Dokuchaeva». Moscow. 2022, 43 p.
3. Vatutin G.I. Osobennosti prirodnyh uslovij i nekotorye voprosy melioracii poldernyh zemeV Kaliningradskoj oblasti [Peculiarities of natural conditions and some issues of melioration of polder lands of the Kaliningrad region]. Prirodnye usloviya melioracii zemeV Kaliningradskoj oblasti. 1977, pp. 15-28.
4. Puntusov V.G., Divakov O.V., Lapin V.G. Perspektivy razvitiya melioracii zemeV Kaliningradskoj oblasti [Prospects for the development of land reclamation in the Kaliningrad region]. Sostoyanie i perspektivy" razvitiya vodoxozyajstvennogo kompleksa regiona: sbornik nauchnyh trudov. Kaliningrad: KGTU Publ., 2012, pp. 102-106.
5. Spirin Yu. A., Zotov S. I. Geoekologicheskie aspekty ustojchivogo razvitiya pol dernyh zemeV v Kaliningradskoj oblasti [Geoecological aspects of sustainable development of polder lands in the Kaliningrad region]. Geograficheskij vestnik. 2022. No 3 (62), pp. 137-152. DOI: 10.17072/2079-7877-2022-3-137-152
6. Puntusov V.G., Vall I.V. Razrabotka kriteriev bezopasnosti osushiteVnoj nasosnoj stancii № 21A v Kaliningradskoj oblasti [Development of safety criteria for the drainage pumping station № 21A in the Kaliningrad region]. Vestnik nauki i obrazovaniya Severo-Zapada Rossii. 2023. Vol. 9. No. 1, pp. 56-62.
7. Puntusov V.G., Erin A.A. Sovershenstvovanie rekonstrukcii osushitel'nyh sistem Kaliningradskoj oblasti [Improving the reconstruction of drainage systems in the Kaliningrad region]. Vestnik nauki i obrazovaniya Severo-Zapada Rossii. 2022. Vol. 8. No. 1, pp. 25-29.
8. Rusetsky A.P. Vliyanie melioracii na gidrologicheskie harakteristiki r. Pripyati [Impact of reclamation on hydrological parameters of the Pripyat river]. Melioraciya. 2010. No. 2 (64), pp. 27-35.
9. Overloop P. Drainage control in water management of polders in the Netherlands // Irrigation and Drainage Systems. 2006. Vol. 20, pp. 99-109. DOI: 10.1007/s10795-006-5424-0
10. Mikhnevich E. I. Metodika gidravlicheskogo rascheta obvalovaniya rek i opredeleniya parametrov ograditel nyh damb [Methodology for Hydraulic Calculation of River Regulation and Determination of Dike Parameters]. Science and Technique. 2017. Vol. 16. No. 4, pp. 298-303. DOI: 10.21122/2227-1031-2017-16-4-298-303
11. Karnaukhov V.N. Dinamika erozionno-akkumulyativnyh processov na osushennyh pojmah [Dynamics of Erosion-Accumulative Processes in Reclaimed Bottomlands]. Melioraciya. 2010. No. 1 (63), pp. 24-35.
12. Mashkov I. A. Bulko N.I., Shabaleva M.A., Tolkachyova N.V., Moskalenko N.V. Formirovanie ustojchivogo zemlepol zovaniya v narushennyh lesnyh landshaftax pod vozdejstviem pol 'dernyh sistem [Formation of sustainable land use in disturbed forest landscapes under the influence of polder systems]. Pochvenno-zemefnye resursy: ocenka, ustojchivoe ispofzovanie, geoinformacionnoe obespechenie: materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Minsk. 2012, pp. 297-299.
13. Wall E.V., Akhmedova N.R. Granulometricheskij sostav donnyh otlozhenij lokal 'nyh uchastkov reki Angrapy [Granulometric composition of bottom sediments of local areas of the Angrape river]. Vestnik nauki i obrazovaniya Severo-Zapada Rossii. 2019. Vol. 5. No. 2, pp. 20-27.
14. Mikhnevich E.I., Rusetsky A.P. Tverdyj stok s pol dernyh sistem i mery snizheniya ego vliyaniya na vodopriemniki [Suspended sediment run-off from polder systems and measures for decreasing its influence on natural water basins]. Science аnd Technique. 2006. No. 1, pp. 15-21.
15. Karnauhov V. N. Erozionno-akkumulyativnye processy na otkrytoj seti meliorativnyh system [Erosion and accumulation processes in the open network of melioration systems]. Minsk: Belorusskaya nauka Publ., 2013. 348 p.
16. Nishikura S., Kawahigashi M. Effect of particle size distribution of sediments on development of polder soils in Japan. J Soils Sediments. 2024. DOI: 10.1007/s11368-024-03831-9
17. Lindenschmidt K.E., Pech I., Baborowski M. Environmental risk of dissolved oxygen depletion of diverted flood waters in river polder systems - A quasi-2D flood modelling
approach. Science of The Total Environment. 2009. Vol. 407. No. 5, pp. 1598-1612. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2008.11.024
18. Yu L., Rozemeijer J., Breukelen B.M., Ouboter M., Vlugt C., Broers H. P. Groundwater impacts on surface water quality and nutrient loads in lowland polder catchments: Monitoring the greater Amsterdam area. Hydrology and Earth System Sciences. 2018. Vol. 22. No. 1, pp. 487-508. D0I:10.5194/hess-22-487-2018
19. Grift B., Broers H. P., Berendrecht W., Rozemeijer J., Osté L., Griffioen J. High-frequency monitoring reveals nutrient sources and transport processes in an agriculture-dominated lowland water system. Hydrol. Earth Syst. Sci. 2016. Vol. 20. No. 5, pp. 1851-1868. D0I:10.5194/hess-20-1851-2016
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
Ахмедова Наталья Равиловна - кандидат биологических наук, доцент, Калининградский государственный технический университет (236022, Россия, г. Калининград, Советский пр-т 1, e-mail: [email protected]) Akhmedova Natalya Ravilovna - Candidate of Biological Sciences, Associate Professor, Kaliningrad State Technical University (236022, Russia, Kaliningrad, Sovetsky Ave. 1, e-mail: [email protected])
Статья поступила в редакцию 02.08.2024; одобрена после рецензирования 15.08.2024, принята к публикации 20.08.2024.
The article was submitted 02.08.2024; approved after reviewing 15.08.2023; accepted for publication 20.08.2024.
