Поиск

Водный баланс заболоченных пойм
17.08.2015

Знание изменения составляющих водный баланс пойм компонентов позволяет судить, когда и какие воды вызывают избыточное увлажнение, чтобы регулировать водный режим в соответствии с требованиями сельскохозяйственного производства для получения высоких и устойчивых урожаев возделываемых культур.
Теория водного баланса осушаемых земель предложена А.Н. Костиковым еще в 1916 г., однако до сих пор водный баланс не получил необходимого практического применения при проектировании осушительных систем, несмотря на его крайне важное значение.
Это объясняется сложностью водного режима заболоченных пойм и динамичностью отдельных составляющих водного баланса до и особенно после проведения мелиорации.
При проектировании гидромелиоративных мероприятий следует исходить как из существующего, так и того водного баланса, который установится на поймах после их мелиорации, Разным типам пойм соответствуют свои составляющие водного баланса.
В формировании водного баланса пойм принимают участие следующие факторы: аллювиальные воды; грунтовые и грунтово-напорные воды, поступающие с водосбора; делювиальные, поверхностные воды в виде склонового стока; фильтрационные воды рек и водохранилищ; атмосферные осадки в виде дождя и снега; испарение с поверхности воды и почвы; транспирация растений; конденсационные воды.
В зависимости от конкретных условий отдельные факторы участвуют в формировании водного баланса пойм с разной степенью интенсивности (постоянно или периодически, в разные годы или в течение одного года).
Для проведения гидромелиоративных мероприятий при использовании пойм необходимо знать количественные изменения составляющих водный баланс компонентов и их зависимость друг от друга, особенно в вегетационный период и во время производства сельскохозяйственных работ.
Для развития сельскохозяйственных культур почва должна содержать определенное количество влаги, воздуха и питательных веществ в зависимости от периода вегетации, типа почв, элементов рельефа пойм, климатических условий конкретного года. Важно знать количественные изменения влаги в почве, ее химический и микробиологический состав, содержание питательных веществ, температуру, доступные и недоступные формы почвенной воды. Одни воды полезны для культурных растений, другие вредны; одни содержат питательные вещества, но бедны кислородом и имеют низкую температуру; другие богаты кислородом, но не содержат питательных веществ и т. д. И, наконец, могут быть холодные воды, содержащие вредные растворы солей и вредные газы, бедные кислородом. Поэтому при интенсивном использовании пойм нужно знать не только общий запас влаги в почве, но и составляющие его элементы и их динамику в течение года и за ряд лет.
С помощью гидромелиоративных мероприятий удаляются избыточные и вредные воды и обеспечивается подача недостающих полезных вод для культурных-растений; регулируются продолжительность и сроки весеннего затопления; преграждается поступление на пойму в вегетационный период грунтовых и грунтово-напорных вод (с вредными солями, низкой температурой и бедных кислородом).
Уравнение водного баланса, по А.Н. Костикову, выражается формулой

S = P - E - F - V + K,

где S — сток;
P — осадки;
E — испарение почвы и растений;
F — просачивание влаги ниже критического горизонта данного грунта (откуда вода не может возвратиться силами капиллярности);
V — увеличение запаса влаги в. почве (выше критического горизонта);
К — запас влаги в почве, образующейся вследствие конденсации.
Общее уравнение водного баланса для заболоченных пойм имеет следующий вид:
З = А + О + Д + Г + Гн + Гф + Гал + К - И - Т,

где З — запас воды в почве;
А — аллювиальные, паводковые воды, задерживающиеся на пойме;
О — осадки, выпадающие на пойму;
Д — делювиальные воды, поступающие на пойму с водосбора и задерживающиеся на ней;
Г— грунтовые воды, поступающие с водосбора на пойму и задерживающиеся на ней;
Гн — грунтово-напорные воды, поступающие с водосбора на пойму и задерживающиеся на ней;
Гф — грунтовые фильтрационные воды, поступающие из рек и водохранилищ на пойму;
Гал — грунтовые воды, образующиеся на пойме за счет аллювиальных паводковых вод;
К — конденсация;
И — испарение;
T — транспирация.
В общем уравнении водного баланса отдельные составляющие после мелиорации будут изменяться или совсем отсутствовать в зависимости от типа пойм.
Для разных типов пойм уравнение водного баланса различно.
На древнеозерных поймах намывного аллювиального питания в создании водного режима участвуют в основном паводковые воды. Они могут задерживаться на поверхности поймы, затапливать ее и просачиваться вглубь при легких грунтах. Атмосферные осадки в зависимости от времени их выпадения могут удлинять продолжительность паводкового затопления или поднимать уровень грунтовых вод. При тяжелых грунтах паводковые воды и атмосферные осадки будут застаиваться на поверхности и только частично проникать в грунт,
Уравнение водного баланса имеет вид:
З = А + О + Г(ал+ос) + К - И - Т.

С помощью гидромелиоративных мероприятий можно регулировать продолжительность и глубину затопления, ускорять отвод или задерживать на пойме йоды атмосферных осадков, понижать или повышать уровень грунтовых вод и вместе с этим изменять величину испарения.
На древнеозерных поймах грунтового питания в создании водного режима участвуют грунтовые воды, поступающие с водосбора, аллювиальные воды и атмосферные осадки, которые застаиваются на поверхности и подпитывают грунтовые воды.
Уравнение водного баланса имеет вид:
З = А + О + Г + Г(ал+ос) + К - И - Т.

С помощью гидромелиоративных мероприятий регулируется продолжительность затопления, перехватываются грунтовые воды и понижается их уровень, ускоряется отвод вод атмосферных осадков или, наоборот, повышается уровень грунтовых вод, задерживаются атмосферные осадки, подается вода из реки в засушливые периоды, изменяется испарение.
В создании водного режима древнеозерных пойм грунтово-напорного питания участвуют аллювиальные, грунтово-напорные воды и атмосферные осадки. Кроме того, могут участвовать и грунтовые воды верхних горизонтов, образующиеся за счет аллювиальных, делювиальных вод и атмосферных осадков, и делювиальные воды, поступающие со склонов, если водосбор состоит из слабо фильтрующих грунтов.
Уравнение водного баланса имеет вид:
З = А + О + Д + Гн + Г(ал+дел+ос) + К - И - T

или
З = Д + О + Гн + К - И - Т.

В этом случае регулируется продолжительность паводкового затопления, ускоряется отвод атмосферных осадков, перехватываются напорные воды, поступающие с водосбора, и понижается их уровень на пойме. Во время весенних паводков возможно поступление делювиальных вод на пойму, а в вегетационный период, особенно во время летних паводков, они не допускаются на пойму.
Водный режим древнеозерных пойм намывного делювиального питания формируется в основном за счет аллювиальных и делювиальных вод и атмосферных осадков. Грунтовые воды имеют небольшие выходы в отдельных местах склонов.
З = А + Д + О + К - И - Т.

Осушение поймы достигается вследствие сокращения продолжительности паводкового затопления, преграждения поступления делювиальных вод с водосбора, ускорения стока вод атмосферных осадков. Поймы обогащаются питательными веществами за счет аллювиальных и делювиальных вод во время весеннего половодья. В вегетационный период при недостатке воды можно подавать ее на пойму из реки или водохранилищ.
На пониженно-равнинных затопляемых поймах решающую роль в формировании их водного режима играют водохранилища. После гидромелиоративных мероприятий и ограждения поймы незатопляемыми дамбами ее водный режим резко меняется. В формировании водного режима участвуют те же воды, что и до затопления, кроме аллювиальных и фильтрационных вод водохранилища, которые после ограждения поймы дамбами будут находиться в подпоре.
При ограждении временно затопляемой поймы дамбами, заливаемыми весной, в формировании водного режима участвуют и паводковые воды.
При продолжительном паводковом затоплении в создании водного режима участвуют аллювиальные, грунтовые, делювиальные и грунтово-напорные воды, осадки, поступающие с водосбора. Ho обычно в этом случае основную роль в водном питании играют паводковые воды, а в притеррасье — грунтовые. Последние подпитываются паводковыми водами и атмосферными осадками.
З = А + О + Г + Ги + Гф + Д + К - И - Т.

При проведении гидромелиоративных мероприятий составляющие водного баланса изменяются: паводковое затопление из стихийного превращается в регулируемое по продолжительности, глубине и площади; положение грунтовых вод регулируется в зависимости от требований; приток делювиальных и грунтовых вод, поступающих на пойму, преграждается или регулируется. В засушливые периоды воду из реки подают для орошения пойменных угодий.
З = А + О + Г + К - И - Т.

На пониженно-равнинных подтопляемых поймах паводкового затопления не допускают, или его регулируют, или же пропускают до начала сельскохозяйственных работ.
В данном случае основным фактором, создающим фон водного режима пойм, является подтопление вследствие подпора уровня внутри естественных берегов или дамб обвалования при подпорах в реке или создании водохранилищ. Основные составляющие водного баланса для этого типа пойм:
З = А + О + Д + Г + Тн + Гф + Гал + К - И - Т

или
З = А + О + Г + Гф + Гад + К - И - Т.

При отсутствии аллювиального питания уравнение имеет вид:
З = О + Г + Гф + К - И - Т.

После проведения гидромелиоративных мероприятий регулируется водный режим подтопляемых пойм, преграждается поступление на пойму фильтрационных грунтовых вод из реки или водохранилища и с водосбора. Иногда предусматривается ускорение поверхностного стока и понижение уровня грунтовых вод. При небольшом притоке грунтовых вод с водосбора и в тех случаях, когда до подпора грунтовые воды залегали на значительной глубине, мелиоративные мероприятия можно ограничить только перехватом грунтовых фильтрационных вод,
З = О + Гф + К - И - Т,

Водный режим пойм следует определять для двух стадий: для естественного состояния (до проведения гидромелиоративных мероприятий) и для перспективы (после этих мероприятий). Сопоставление водных режимов позволит определить, какие воды и в какие периоды года создают избыток почвенной влажности и когда воду нужно подавать в почву.
Влияние гидромелиоративных мероприятий на изменение элементов водного баланса, водно-физических свойств, термического и воздушного режимов и микробиологических процессов, протекающих в почве, имеет большое научное и практическое значение. Гидромелиоративные системы в настоящее время проектируют для существующих условий. Ho под влиянием мелиорации изменится водный режим, а вместе с тем должен измениться и характер осушительных мероприятий. Часть элементов мелиоративных систем может оказаться лишней. Это необходимо заранее знать, чтобы строить одни сооружения как постоянные (капитальные), другие как временные.
Для определения водного баланса пойм необходимы следующие материалы:
- графики изменения уровней воды в реке; план поймы в масштабе 1 : 5000 или 1 : 10 000 для выявления площадей, продолжительности и глубины затопления паводковыми водами отдельных участков поймы;
- графики изменения уровня грунтовых вод на разных участках поймы;
- среднесуточные данные об осадках, температурах, испарении;
- данные об определении влажности почвы и соответствующих уровнях грунтовых вод — зависимость влажности почвы от глубины залегания грунтовых вод;
- данные о коэффициенте фильтрации, скорости впитывания, водоотдаче;
- почвенно-геологическая карта или гидрогеологические профили;
- данные о планируемом сельскохозяйственном использовании поймы, составе культур, процентном соотношении, размещении по элементам поймы, планируемой урожайности, сроках посева, основных сроках главных фаз вегетации культур, сроках уборки, водопотреблении.
На основании этих данных представляется возможность правильно выбрать методы осушения, систему гидромелиоративных мероприятий по регулированию водного и питательного режимов пойм, то есть установить количество, характер и сроки отвода избыточных и подачу недостающих вод.