CC BY
17
УДК 626:8:624.131.6
ВЛИЯНИЕ МЕЛИОРАЦИИ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ ПРИЛЕГАЮЩИХ К МЕЛИОРАТИВНЫМ СИСТЕМАМ ЗЕМЕЛЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
К.К. Жибуртович, к.т.н.
Белорусский государственный аграрный технический университет, e-mail: sopromat_239@mail.ru
М.С. Григоров, д.т.н.
Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия, e-mail: vniioz2009@rambler.ru
Изложена вероятностно-стахостическая модель влияния мелиоративных систем на уровневый режим смежных территорий. Дана оценка суммарного эффекта влияния осушения на продуктивность прилегающих земель с учетом зон положительного, отрицательного и нейтрального его проявления.
Ключевые слова: осушение, продуктивность сельскохозяйственных культур, стохастическая модель, уровень грунтовых вод.
INFLUENCE OF AMELIORATION ON PRODUCTIVITY OF AGRICULTURAL LANDS BORDERED UPON TO AMELIORATIVE SYSTEMS K.K. Zhiburtovich, M.S. Grigorov
The stochastic model of influence of drainage on a mode of adjacent territories is stated. The estimation of total effect of influence of drainage on efficiency of agricultural crops on the adjoining grounds is given, in view of zones ofpositive, negative and his neutral display.
Keywords: drainage, efficiency of agricultural crops, stochastic model, level of subsoil waters.
Под влиянием осушения и сельскохозяйственного использования болот изменяются условия формирования грунтовых вод на прилегающей к ним территории: увеличиваются глубины залегания уровней, возрастают уклоны потоков грунтовых вод и изменяются элементы их баланса (инфильтрация, испарение, отток, взаимосвязь с нижележащими водоносными горизонтами). Оценка этих изменений представляет не только научный, но и производственный интерес, поскольку в результате их возможны нежелательная для человека смена агробиоценозов и снижение продуктивности сельскохозяйственных угодий на прилегающей территории, а также изменение дебитов водозаборных скважин и родников.
Изменение уровневого режима грунтовых вод на прилегающих к осушенным массивам землях проявляется многообразно и зависит от существовавшего до осушения болота режима УГВ на прилегающих землях, режима УГВ на болоте после осушения, количества ин-фильтрующихся осадков достигающих УГВ и др. На высоко расположенных по отношению к осушенному болоту прилегающих землях с залеганием грунтовых вод более двух метров от поверхности влияние осушенного болотного массива на водообеспеченность растительного покрова не отмечено.
Исследования режима грунтовых вод на территориях, примыкающих к осушенным болотным массивам, дают основание утверждать, что влияние осушения во времени имеет конечную, вполне определенную величину. В большинстве случаев стабилизация уровней грунтовых вод на сопредельных территориях протекает в сравнительно короткое время и редко превышает четыре года. Время стабилизации зависит сугубо от гидрогеологических условий сопредельных территорий и величины понижения УГВ на осушаемом массиве. С практической точки зрения при проектировании мелиоративных систем и разработке природоохранных мероприятий с достаточ-
ной степенью точности продолжительность периода, неустановившегося режима грунтовых вод на сопредельной территории, можно оценить по следующей зависимости:
T :
FW,
2nKhaBI2
где Т - продолжительность понижения уровня грунтовых вод, сут.; ДН0 - величина понижения УГВ на границе осушительной системы или по трассе нагорно-ловчего канала, м; K - среднее значение коэффициента фильтрации грунтов в зоне влияния мелиоративной системы, м/сут.; h - средняя мощность грунтового потока, м; ^ -водоотдача грунтов, дол. ед.; I - среднее значение гидравлического уклона грунтовых вод при естественном режиме УГВ на исследуемой территории; aB - коэффициент «висячести», учитывающий несовершенство канала по степени вскрытия водоносного горизонта, значение которого определяется по формуле С.Ф. Аверьянова:
ав= 1+Ah/B A=1'466/g sin (nS/2h)
(2),
где S = h + а (а - ширина канала по дну, м; h - глубина воды в канале, м); В - длина грунтового потока, м.
При В/h > 20 значении aB > 0,85. Поэтому для случая, когда по границе осушительной системы проходит канал, т.е. грунтовый поток является полуограниченным и имеет большую протяженность, а мощность водоносного горизонта составляет 20 м и более, значениями аВ в формуле (1) можно пренебречь. Время стабилизации Т содержит период времени, за которое поток конечной длины в целом (после того как испытал воздействие) в основном достигнет нового, измененного, более или менее «стационарного режима». До истечения времени Т в любой из точек пространства, принадлежащего ширине зоны влияния L, режим грунтовых вод не может рассматриваться как «стационарный».
Продолжительность периода Т, в течение которого на расстоянии Х от осушительной системы на приле-
цДИо
гающей территории наблюдается «неустановившийся режим» грунтовых вод, можно рассчитать по формуле:
г - •<*» ТК.;?''
где t(x) - время запаздывания (своего рода «добегание») влияния мелиоративной системы на УГВ сопредельной территории на удалении Х от границы осушения. Остальные обозначения см. формулу 1.
Оценка продолжительности периода Т - формирования зоны влияния осушительной системы по зависимости (формула 1) - хорошо согласуется с натурными данными, полученными при проведении экспериментальных работ в бассейнах р. Припять (Бовтрамович, 1986).
Утверждение, что от границы болота в сторону прилегающих земель фиксируется кривая депрессии, описываемая экспоненциальной зависимостью, не учитывает характерные особенности этой кривой (Минаев, Жибур-тович, 1981). Более того, на некотором удалении от осушаемого болота имеет место прогиб с точкой минимума на многолетней кривой депрессии (Жибуртович, 1983).
В прогнозных расчетах положения кривой депрессии на прилегающих к осушенным массивам землях, не имеющих нагорно-ловчих каналов, исходят из того, что уровень понижения грунтовых вод на осушенном болоте известен и является величиной постоянной (Кривецкая, 1975). Однако на практике такого фиксированного уровня не существует, поскольку на мелиоративных системах имеет место значительное колебание УГВ в течение года в зависимости от водопотребления сельскохозяйственных культур и метеорологических условий. Неучет этих колебаний, а также инфильтрации осадков к УГВ на прилегающих землях, приводит к значительному завышению размеров зоны влияния мелиорации на смежные территории.
Как показали исследования (объект «Средняя Морочь»), снижение УГВ на прилегающих землях на расстоянии 1427 м от границы мелиоративной системы составило в среднем 21 см. Приведенные данные по снижению уровней грунтовых вод под влиянием осушения, хорошо согласуются с данными при исследованиях на Мещерской низменности (Маслов, Седова, 1973). Необходимо отметить, что в дальнейшем, в период эксплуатации мелиоративных систем, на положение УГВ на сопредельных территориях оказывает влияние осадка и сработка торфяной залежи на самом осушенном болоте.
Величина сезонных и годовых амплитуд колебания уровней грунтовых вод зависит, прежде всего, от мощности зоны аэрации и в меньшей степени от геоморфологической принадлежности участка. Зимний спад уровня происходит с января по февраль включительно, прерываемый локальными повышениями с очень незначительными амплитудами до 0,3 м. Продолжительность зимнего спада 25-50 дней. Начало весеннего подъема приходится на конец февраля начало марта. Максимум весеннего подъема с 30 марта по 10 апреля. Следующий за весенним подъемом - летний спад уровней начинается в основном во второй половине апреля и продолжается до конца периода наблюдений. Амплитуда летнего спада колеблется от 0,36 м до 1,53 м.
Нами были проанализированы колебания УГВ по скважине (Полесская экспедиция), расположенной на расстоянии 1427 м от границы болотного массива «Средняя Морочь», и отмечены максимальные и минимальные отметки УГВ до осушения (1973-1976 гг.) и после осушения с 1979 по 1983 г. Положение уровней грунтовых вод в пределах болота (объект «Средняя Морочь») изменялось в летний период (май-сентябрь) в пределах 0-40 см до осушения и 50-160 см после осушения. Максимальная
глубина залегания уровней наблюдалась в конце и в середине лета, минимальная - в начале вегетационного периода. Полученные данные позволили разработать вероятностно-стахостическую модель влияния мелиоративных систем на уровенный режим смежных территорий. Модель разработана на основе метода Монте-Карло (Жибуртович, 2005, Силин-Бекчурин, 1965).
Ежегодные колебания УГВ на осушенном болоте происходят значительно быстрее, чем на прилегающих землях в результате действия мелиоративной сети. Кривая депрессии, отражающая годовой цикл колебания УГВ, в таком случае приобретает сложное очертание с точкой перегиба на некотором удалении от болота. В наших исследованиях это расстояние составило 148 м. Это обусловлено также и тем, что инфильтрация влаги до УГВ на осушенном болоте и прилегающих землях не адекватна из-за различия слагаемых почв, зон аэрации, растительности и других условий. Кривые депрессии в сторону болота строятся по ординатам, вычисленным по формулам установившегося движения грунтовых вод: и 2_к 2 р
Hx = V И!2 + H2 Hl X + s0 (Lj.n - X) X (4),
Кривые депрессии от болота в сторону прилегающих земель рассчитывают по формулам неустановившегося движения:
Z = 1 - T (t, x) (5).
Кривая имеет точку минимума, отстоящую на расстоянии Х от болота. Существование перегиба с точкой минимума на многолетней кривой депрессии подтверждается исследованиями Ш.И. Брусиловского (1966), Е.Д. Орлова (1973), Н.А. Красильникова (1979). Очевидно, что точка минимума и должна считаться начальной для построения кривой депрессии снижения УГВ на прилегающих землях.
Для оценки суммарного эффекта влияния мелиорации на прилегающие территории необходимы сведения о пространственном распределении зон влияния. Такие материалы получены в результате натурных наблюдений за глубиной залегания грунтовых вод за периоды до и после осушения на мелиорированном и естественном водосборах (Окульник, 1984). Представляется целесообразным увязывать фактическую величину понижения УГВ на смежных площадях с исходным их положением для того, чтобы определить границы зон положительного, отрицательного и нейтрального влияния сниженного УГВ на продуктивность угодий.
Исследования показали, что до проведения мелиоративных работ 7,4-9,8% прилегающих к болотам территорий были переувлажнены. За счет краевого эффекта осушения их водный режим изменился в благоприятную сторону без дополнительных материальных затрат. После осушительных работ увеличились площади земель с уровнями грунтовых вод от 1,1 до 2,0 м, в разряд которых перешли и ранее переувлажненные участки.
В практике сельскохозяйственного производства представляется важным определение реакции возделываемых культур на изменение водного режима. Имеющиеся отрицательные последствия чаще всего перекрываются положительным эффектом. Отмечено, что во влажные годы в целом по прилегающим территориям, подверженным влиянию мелиорации, урожай полевых культур заметно выше, чем на суходольных землях.
Таким образом, возможное влияние осушения болот на водный режим и продуктивность прилегающих территорий сельскохозяйственного назначения не приводит к суммарному отрицательному эффекту.
