CC BY
13УДК 631.67:631.6.02
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ РАЗВИТИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ПРОЦЕССОВ НА РАНЕЕ ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЛЯХ В КРЫМСКОМ РЕГИОНЕ
1 2 Захаров Р.Ю. , Волкова НЕ.
1 ФГАОУ ВО КФУ им. В.И.Вернадского, Академия строительства и архитектуры 295493, г. Симферополь, ул. Киевская, 181, е-mail: zakharovr@mail.ru 2 ФГБУН Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Крыма 295493, г. Симферополь, ул. Киевская, 150, е-mail: volkova_n@niishk.ru
Аннотация. Перекрытие внешнего водоисточника в Республике Крым привело к усилению дефицита водных ресурсов, что особо негативно отразилось на подотрасли орошаемого земледелия. Существенное сокращение площадей политых земель в свою очередь ведет к развитию процессов засоления почв, на которых раннее поддерживался промывной режим. Данные территории сосредоточены в степной зоне региона. Наиболее перспективным источником воды для полива этих участков может стать коллекторно-дренажный сток. Основным ограничивающим фактором развития этого направления в настоящее время являются качественные характеристики данной категории воды и временная неравномерность их формирования. То есть для дальнейшего внедрения в производство использования коллекторно-дренажных вод для целей орошения необходимо предусмотреть при необходимости их дополнительную водоподготовку и строительство (ремонт или реконструкцию в случае их наличия) водоаккумулирующих сооружений. Хотя такой подход и является довольно дорогостоящим, но имеет ряд положительных моментов, среди которых следует отметить повышение водообеспеченности сельскохозяйственной отрасли, поддержание благоприятной мелиоративной обстановки, уменьшение объемов загрязняющих веществ, поступающих с данной категорией воды в водные объекты.
Ключевые слова: дефицит водных ресурсов, засоление почвы, коллекторно--дренажные воды, аккумулирующие сооружения, опреснение, орошение.
ВВЕДЕНИЕ
Перекрытие внешнего водоисточника привело к усилению дефицита водных ресурсов на территории Крымского региона. Это наиболее негативно отразилось на подотрасли орошаемого земледелия: существенно сократились площади орошаемых земель; простаивает оросительная техника и оборудование; из-за сокращения прибыли получаемой сельхозтоваропроизводителями в ряде случаев не ведутся обязательные эксплуатационные работы на оросительной и коллекторно -дренажной сетях, что ведет к ухудшению их технического состояния, и мн.др. Если рассматривать влияние произошедших событий на мелиоративную обстановку, то тут следует отметить двойственную ситуацию. С одной стороны, в общем, ситуация изменилась в лучшую сторону -существенно уменьшились площади земель с уровнем залегания грунтовых вод менее 2 м (с 20 до 4,5 тыс. га), площади засоленных и солонцеватых земель остались практически на том же уровне [1]. Однако отказ от возделывания риса и прекращение ведения орошения в степной зоне Крыма может привести в ряде случаев к развитию процессов засоления, особенно на участках, где искусственно создавался промывной режим.
Источники пресной воды, которые можно было бы использовать для полива, в основном сосредоточены в предгорной и горной частях Крымского полуострова. В степной зоне имеется незначительное количество скважин, используемых для целей орошения, а согласно мнению специалистов, занимающихся вопросами разведки и эксплуатации подземных горизонтов, бурение новых объектов может привести к ухудшению качества подземных вод. Одним из возможных выходов в сложившейся вододефицитной обстановке является использование альтернативных источников воды. Наиболее перспективными из них для степной зоны Крыма являются коллекторно-дренажные воды, так как крупные канализационные очистные сооружения расположены в предгорной и прибрежной частях региона, а опреснение морской воды требует более значительных капиталовложений, потому что она имеет более высокую минерализацию, к тому же встает вопрос, куда утилизировать значительные объемы рассола после ее очистки.
Однако вопрос использования этого альтернативного источника воды для целей орошения требует детальной проработки. Это обосновано рядом факторов, среди которых следует отметить качественный состав коллекторно-дренажного стока, нерегулярность его формирования. Однако реализация этой идеи позволила бы: повысить водообеспеченность сельскохозяйственной отрасли; поддерживать благоприятную мелиоративную обстановку на участках, где ранее искусственно
создавался промывной режим; уменьшить объем сброса загрязняющих веществ в водные объекты; получить дополнительные финансовые средства на поддержание коллекторно-дренажных систем в хорошем техническом состоянии.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ; МАТЕРИАЛОВ, МЕТОДОВ
Вопросом использования коллекторно-дренажных вод для целей орошения занимались: Духовный В.А., Соколов В.И., Якубов Х.Э., Умаров П.Д., Кропина Е.А., Шомантаев А.А., Уринбаев С. и мн.др. Результаты проведенных ими исследований нашли отражение в ряде публикаций [2-9]. Данные работы объединяет общий вывод: в вододефицитных регионах целесообразно применять коллекторно-дренажные воды для целей орошения. Однако при этом необходимо предусмотреть их дополнительную водоподготовку. Повторное использование данной категории воды для целей орошения имеет ряд положительных моментов:
- в них содержится больше питательных элементов, так как данный сток формируется на полях, где предусмотрено внесение минеральных удобрений;
- уменьшается объем нитратов, гербицидов и др. загрязняющих веществ, попадающих в водные объекты с сельскохозяйственных угодий;
- более рационально используются имеющиеся водные ресурсы.
Как было отмечено выше, в ряде случаев необходима дополнительная водоподготовка коллекторно-дренажного стока, прежде чем подавать его на поля. Наиболее распространенным способом, который используют для этого, является разбавление пресной водой. Однако в ряде публикаций разрабатываются другие подходы для решения данной проблемы. Так, к примеру, М.Х. Хамидов в статье «Снижение минерализации коллекторно-дренажных вод» предлагает уменьшать содержание солей в воде путем выращивания в ней водорослей Ряска маленькая [7], а коллектив авторов в работе «Перспективы использования для орошения очищенных канализационных стоков и коллекторно-дренажных вод на территории Крыма» предложили применять для снижения этого показателя технологию обессоливания [9]. Следует подчеркнуть, что выбор способа водоподготовки этого альтернативного источника воды для целей орошения необходимо осуществлять исходя из конкретных условий участка, где планируется осуществлять полив, и качественных характеристик стока.
ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Цель данной работы - оценить возможность использования коллекторно-дренажных вод для предупреждения развития экологически опасных процессов засоления на участках, где ранее искусственно создавался промывной режим. Для этого планируется:
- укрупнено оценить зоны расположения участков ранее орошаемых земель, где возможно развитие процессов засоления, и формирования коллекторно-дренажных вод;
- оценить пригодность данной категории на примере конкретного пилот-объекта (коллектора ГК-4);
- проанализировать изменение качественных показателей коллекторно-дренажного стока после его водоподготовки путем обессоливания.
ОСНОВНОЙ РАЗДЕЛ
Для защиты от подтопления и регулирования водно-солевого режима почв в Республике Крым построен и функционирует дренаж на площади 187,4 тыс. га, в том числе на орошаемых землях на площади 118,8 тыс. га. Протяженность межхозяйственных дренажных коллекторов составляет 1193,4 км (из них 347,0 км закрытые), внутрихозяйственной - 12332,5 км. По проектам дренажный сток отводится самотеком с площади 161,8 тыс. га, принудительно - с 25,6 тыс. га (84 дренажные насосные станции). Кроме того дренаж устроен в 200-х населенных пунктах (197 сел и 3 пгт). Его площадь составляет 18,6 тыс. га, а протяженность сети - 1478,0 км. Техническое состояние коллекторно-дренажных систем с каждым годом ухудшается. Большинство из них выведены из строя из-за разрушенных и заиленных устьевых сооружений и дрен. Практически на всех дренажных участках, где смотровые колодцы не переоборудованы на «потайные», отсутствуют крышки. Дренажные насосные станции разукомплектованы и разрушены (из 118 внутрихозяйственных ДНС в рабочем состоянии только 12). Часть дренажных систем на участках с принудительным отводом дренажного стока переведена на самотечный режим (49 ДНС), следует
отметить, что эти мероприятия позволяют лишь частично улучшить обстановку, так как порог возможного снижения эксплуатационных отметок незначительный (от 0,3 до 2 м), что не позволяет понизить УГВ на этих дренажных системах до проектных глубин [10]. Ниже в таблице 1 приведена информация по наличию дренажа в разрезе подразделений эксплуатационной службы.
Таблица 1.
Площадь дренажных систем в разрезе подразделений эксплуатационной службы
Наименование подразделений эксплуатационной службы Водоприемник Площадь дренажа всего, га
га %
Бахчисарайский филиал речки 453 0,2
Филиал эксплуатации КДС (Джанкойский район) Сиваш 72423 35,2
Кировский филиал Сиваш 19422 9,4
Красногвардейский филиал Сиваш 6405 3,1
Красноперекопский филиал Каркинитский залив 24711 12,0
Ленинский филиал Сиваш 4116 2,0
Нижнегорский филиал Сиваш 40258 19,6
Раздольненский филиал Каркинитский залив 4272 2,1
Первомайский филиал Каркинитский залив 2872 1,4
Сакский филиал озера 920 0,4
Крыммелиоводхоз балки 216 0,1
Советский филиал Сиваш 29544 14,4
Белогорский филиал бессточные балки 184 0,1
Итого 205796 100,0
Как видно из анализа таблицы 1, наибольшая площадь коллекторно-дренажных систем сосредоточена на территории Джанкойского, Красноперекопского, Нижнегорского и Советского районов. Как было отмечено выше во введении после перекрытия внешнего водоисточника за обследованный период (2014-2016 гг.) площадь засоленных земель, относящихся к категории орошаемые, осталась практически такой же, однако если сопоставить данные за 2016 и 1990 годы, то здесь произошли существенные изменения (табл. 2).
Таблица 2.
Изменение площади засоленных орошаемых земель в Крымском регионе за период 1990-2016 гг. [10, 11]
Район Площадь засоленных земель, га
1990 г. 2016 г. разница
Джанкойский 8268 6313 1955
Кировский 457 847 -390
Красногвардейский 286 659 -373
Красноперекопский 5290 4711 579
Ленинский 295 331 -36
Нижнегорский 5874 3190 2684
Первомайский 409 1540 -1131
Раздольненский 2468 1741 727
Сакский 1306 0 1306
Советский 2917 1282 1635
с/х зона г. Армянск 0 1073 -1073
с/х зона г. Судак 0 34 -34
с/х зона г. Феодосия 0 170 -170
Всего по РК 27570 21891 5679
Из анализа таблицы 2 наглядно видно, что в целом за период 1990-2016 гг. на землях, относящихся к категории орошаемые, произошло довольно существенное сокращение площади засоленных земель с 27,6 до 21,9 тыс. га (на 20,1%). Это в первую очередь было обусловлено поддержанием искусственного промывного режима на ранее засоленных землях Джанкойского, Красноперекопского, Нижнегорского, Раздольненского, Сакского и Советского районов.
Если наложить друг на друга данные таблиц 1 и 2, наиболее перспективными районами, где можно было бы использовать коллекторно-дренажные воды с целью поддержания благоприятной мелиоративной обстановки, являются Джанкойский, Нижнегорский и Советский. По мнению экспертов на их территории формируется сток около 15-20 млн. м3 (в зависимости от водности года). Его можно было бы использовать для орошения около 4-5 тыс. га.
В Республике Крым коллекторно-дренажные воды применялись в небольших объемах. Основным потребителем были сельскохозяйственные предприятия, которые применяли их для целей орошения (рис. 1). Основным сдерживающим фактором использования данной категории воды является их качественный состав, в первую очередь довольно высокая минерализация.
Годы
Рис. 1. Динамика использования коллекторно-дренажных вод для целей орошения
Из анализа рисунка 1 наглядно видно, что после перекрытия внешнего водоисточника они перестали применяться вовсе. Это обусловлено рядом причин, среди которых следует выделить следующие:
- существенное сокращение объемов коллекторно-дренажных вод, вследствие значительного уменьшения площадей поливаемых земель и отказа от возделывания риса;
- нерегулярность их формирования - основные объемы приходятся на выпадение ливневых осадков, в то время как ранее они формировались на протяжении всего вегетационного периода.
Таким образом, если говорить о дальнейшем использовании коллекторно-дренажных вод для целей орошения, необходимо предусмотреть строительство новых водоаккумулирующих сооружений или использование уже существующих пустых, которые ранее наполнялись за счет внешнего водоисточника. Так, к примеру, согласно статье «Очищенные сточные воды как альтернативный источник наполнения прудов в Республике Крым» в Нижнегорском районе из 50 прудов по состоянию на 01.01.2015 г. 22 были пустые [12].
Основным фактором, сдерживающим применение этого альтернативного источника воды для целей орошения в настоящее время, остается качественный состав. Коллекторно-дренажный сток имеет в основном довольно высокую минерализацию и требует дополнительной водоподготовки.
Согласно литературному источнику [9] в Республике Крым в 2015 году проводились исследования по обессоливанию коллекторно-дренажной воды ГК-4 (пробы отбирались вблизи г. Джанкой). Ниже в таблице 3 приведены результаты анализов исходной воды и после ее водоподготовки.
Из анализа таблицы 3 видно, что подобная водоподготовка позволила существенно улучшить солевой состав. Оценим пригодность исходной и полученной в результате обессоливания воды для целей орошения. Для этого используем широко применяемые в Российской Федерации методики - расчет ирригационного коэффициента, коэффициента ионного обмена, натриевого адсорбционного отношения, а так же почвенно-мелиоративную классификацию.
Таблица 3.
Результаты химического анализа воды (р. Победная, ГК-4) [9]
Показатель Единицы измерения Солевой состав
на входе на выходе разница
Сумма солей мг/дм3 2553 341 2212
Карбонаты мг/дм3 0 0 0
Гидрокарбонаты мг/дм3 268 37 231
Сульфаты мг/дм3 864 125 739
Хлориды мг/дм3 667 71 596
Кальций мг/дм3 280 32 248
Магний мг/дм3 170 7 163
Натрий+калий мг/дм3 304 69 235
Исходя из солевого состава воды, ирригационный коэффициент (Кн) будет определяться по формулам [13]:
- для исходной воды:
K = (1)
н 5rCl
где: rCl - эквивалентное содержание химического элемента в воде.
- для воды прошедшей водоподготовку:
K =-288--(2)
н (rNa + 4rCl)
где: rNa - эквивалентное содержание химического элемента в воде.
Для расчета коэффициента ионного обмена (К) будет использована следующая формула [13]:
к_ (rCa + rMg) (3)
(rrNa+0,238S)
где: rCa, rMg - эквивалентное содержание химического элемента в воде, S - минерализация, г/л.
Натриевое адсорбционное отношение (SAR) определяется по формуле [13]:
SAR =-
rNa
(4)
л/0,5(гСа + М)
Результаты расчета перечисленных выше коэффициентов сведены в таблицу 4, а оценка по почвенно-мелиоративной классификации - в таблицу 5.
Таблица 4.
Результаты оценка пригодности коллекторно-дренажной воды ГК-4 для целей орошения по методикам,
широко используемым в РФ
Показатель Коллекторно-дренажная вода Значения, при которых вода считается безопасной для орошения
исходная после водоподготовки
Ирригационный коэффициент 3,1 26,2 >18
Коэффициент ионного обмена 2,0 07 >1
Натриевое адсорбционное отношение 3,6 2,9 <8
Таблица 5.
Оценка пригодности коллекторно-дренажной воды ГК-4 для целей орошения на основе почвенно-
Место отбора пробы Степень опасности развития Класс воды
общего засоления хлоридного засоления натриевого осолонцевания магниевого осолонцевания содообра-зования
р. Победная, ГК-4 (до очистки) IV IV II I I IV
р. Победная, ГК-4 (после очистки) I II III I I III
Из анализа таблицы 4 видно, что по ирригационному коэффициенту исходное качество коллекторно-дренажной воды ГК-4 практически не пригодно для целей орошения, а после ее водоподготовки солевой состав полностью удовлетворяет требованиям безопасного ведения орошения. Однако расчет коэффициента ионного обмена показал, что после очистки, из-за существенного содержания ионов натрия в воде, необходимо предусмотреть проведение дополнительных мелиоративных мероприятий в виде гипсования почвы или известкования воды.
Оценка по почвенно-мелиоративной классификации (табл. 5), так же свидетельствует о том, что после обессоливания коллекторно-дренажный сток ГК-4 может использоваться для целей орошения и характеризуется как относительно пригодный. Использование данной воды может привести к развитию процессов натриевого осолонцевания, поэтому при организации процесса орошения целесообразно вести мониторинговые наблюдения за состоянием почвы и в случае увеличения содержания натрия в почвенно-поглотительном комплексе предусмотреть указанные в предыдущем абзаце мероприятия.
Таким образом, коллекторно-дренажные воды после их водоподготовки можно использовать для целей орошения, однако, при выборе технологии и оборудования по их доочистке следует стремиться к тому, чтобы на выходе вода бала первого-второго класса качества по почвенно-мелиоративной классификации (минерализация до 1000 мг/дм3, содержание хлор-иона до 141 мг/дм3, соотношение Na+/Ca2+ не более 1, соотношение Mg2+/Ca2+ не более 1,5).
Использование коллекторно-дренажных вод для орошения участков, на которых ранее поддерживался искусственный промывной режим может оказать благоприятное влияние не только на функционирование сельскохозяйственной отрасли, но так же будет способствовать улучшению экологической обстановки на водных объектах. Однако внедрение данного направления в практику потребует значительных капиталовложений, поэтому необходима проработка государственных механизмов, направленных на создание заинтересованности среди собственников или арендаторов земель, на землях которых планируется организовать процесс ведения орошения с использованием альтернативных источников воды.
ВЫВОДЫ
В результате проведенного исследования были сделаны следующие выводы:
- наиболее перспективным альтернативным источником воды для целей орошения для степной зоны Крыма являются коллекторно-дренажные воды;
- наибольшая площадь коллекторно-дренажных систем сосредоточена на территории Джанкойского, Красноперекопского, Нижнегорского и Советского районов;
- наиболее перспективными районами, в которых можно было бы использовать коллекторно-дренажные воды с целью поддержания благоприятной мелиоративной обстановки на землях, где раньше поддерживался искусственный промывной режим, являются Джанкойский, Нижнегорский и Советский. Формирующийся на них сток можно было бы использовать для орошения около 4-5 тыс. га;
- для дальнейшего использования коллекторно-дренажных вод для целей орошения, необходимо предусмотреть строительство новых водоаккумулирующих сооружений или использование уже существующих пустых, которые ранее наполнялись за счет внешнего водоисточника;
- основным фактором, сдерживающим применение данного альтернативного источника воды для целей орошения, является качественный состав. Коллекторно-дренажный сток имеет в основном довольно высокую минерализацию и требует дополнительной водоподготовки;
- коллекторно-дренажные воды после их водоподготовки (обессоливания) целесообразно использовать для целей орошения;
- для внедрения в практику использования данной категории воды для целей орошения необходима проработка государственных механизмов, направленных на создание заинтересованности среди собственников или арендаторов земель в применении этого альтернативного источника.
ЛИТЕРАТУРА
1. Захаров, Р.Ю. Мелиоративное состояние земель как фактор рационального природопользования / Р.Ю. Захаров, Н.Е. Волкова // Экономика строительства и природопользования. - 2017. - №4(65). - С. 14-20.
2. Рекомендации по безопасному использованию коллекторно-дренажных вод на орошение.
- Ташкент: Научно-информационный центр МКВК, 2007. - 24 с.
3. Шахмалиева, С.М. Использование коллекторно-дренажных вод при поливе хлопчатника с целью рационального использования водных ресурсов / С.М. Шахмалиева // Современные проблемы управления проектами в инвестиционно-строительной сфере и природопользовании: материалы VIII международной научно-практической конференции. - 2018. - С. 391-395. -[Электронный ресурс]. -Режим доступа: https://elibrary.ru/download/elibrary_32738862_71391274.pdf.
4. Шомантаев, А.А. Сельскохозяйственное использование коллекторно-дренажных вод для орошения в регионе Приаралья / А.А. Шомантаев, Ж.А. Абзалиева, Р.К. Бейсетаева // Гидрометеорология и экология. - 2010. - №4. - С. 173-178.
5. Уринбаев, С. Смягчение дефицита водных ресурсов с привлечением для орошения коллекторно-дренажных вод в Республике Узбекистан / С. Уринбаев, Ф.А. Бараев // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия. - 2015. - №4(60). - С. 98-104.
6. Насруллаев, А.А. Динамика минерализации поливных вод и их влияние на деградации орошаемых почв / А.А. Насруллаев, Х.У. Юлдашев // Кишоварз. - 2015. - №4. - С. 14-16.
7. Хамидов, М.Х. Снижение минерализации коллекторно-дренажных вод / М.Х. Хамидов, У.А. Жураев // Аграрная наука. - 2016. - №6. - С.2-3.
8. Кропина, Е.А. Перспективы повторного использования дренажно-сбросных вод для орошения / ЕА Кропина, С.М. Васильев // Мелиорация и водное хозяйство. - 2010. - №2. - С. 22-23.
9. Перспективы использования для орошения очищенных канализационных стоков и коллекторно-дренажных вод на территории Крыма. - Симферополь: ФГБУН «НИИСХ Крыма», 2017. - 32 с.
10. Информация о мелиоративном состоянии орошаемых земель Крыма и гидрогеолого-мелиоративной обстановке на прилегающих к ним территориях на начало вегетационного периода 2016 г. - Симферополь: Крымская гидрогеолого-мелиоративная экспедиция, 2016. - 66 с.
11. Орошаемое земледелие и водное хозяйство Крымской АССР / [сост. А.Ф. Шавин]. -Симферополь: Управление мелиорации и водного хозяйства Крымской АССР, 1991. - 256 с.
12. Захаров, Р.Ю. Очищенные сточные воды как альтернативный источник наполнения прудов в Республике Крым / Р.Ю. Захаров, Н.Е. Волкова // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия. - 2015. - № 2 (58). - С. 100-106.
13. Шуравилин, А.В. Практикум по мелиорации сельскохозяйственных земель: учеб. пособие / А.В. Шураввилин, Ю.А. Можайский. - Рязань: изд-во РГАТУ, 2011. - 214 с.
14. Мелиорация и водное хозяйство. Т. 6. Орошение: справочник / Под ред. Б.Б. Шумакова.
- М.: Агропромиздат, 1990. - 415 с.
Экономнка CTpoHTe^bCTBa h npup0g0n0flb30BaHHH № 2 (67) 2018 r.
PREVENTION OF DEVELOPMENT OF PROCESSES OF SALINIZATION ON EARLIER IRRIGATED LANDS IN THE CRIMEAN REGION
Zakharov R. Yu.1, Volkova N. Ye.2 1 V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Simferopol, Crimea 2 Federal State Budget Scientific Institution "Research Institute of Agriculture of Crimea"
Annotation. Overlapping of an external water source in the Republic of Crimea has led to strengthening of deficiency of water resources that has especially negatively affected subsector of the irrigated agriculture. Essential reduction of the areas of the watered lands in turn leads to development of processes of salinization of soils on which early the washing mode was supported. These territories are concentrated in a steppe zone of the region. The collector and drainage drain can become the most perspective source of water for watering of these sites. The major limiting factor of development of this direction are qualitative characteristics of this category of water and temporary unevenness of their formation now. That is for further introduction for irrigation it is necessary to provide in production of use of collector and drainage waters if necessary their additional water treatment and construction (repair or reconstruction in case of their existence) water heat-sink constructions. Though such approach also is quite expensive, but has a number of the positive moments among which it should be noted increase in water security of agricultural branch, maintenance of a favorable meliorative situation, reduction of volumes of the pollutants coming with this category of water to water objects.
Keywords: deficiency of water resources, salinization of the soil, collector and drainage waters, heat-sink constructions, desalting, irrigation.
